JAHRESBERICHT - Institut für Solarenergieforschung

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JAHRESBERICHT
ANNUAL REPORT
2015
An-Institut der
Institut für Solarenergieforschung Hameln
Hinweise zu den Umschlagbildern/About the cover images:
A: Blick über das Hauptgebäude des ISFH (in der Mitte) und das SolarTeC (rechts unten) in das Weserbergland.
View over the main building of the ISFH (middle) and over the SolarTeC (right) into the Weser Hills.
B: Laboranlage zum thermischen Vorspannen von Gläsern für Dicken bis hinunter auf 2 mm.
Laboratory equipment for thermal toughening of glass down to 2 mm thickness.
C: Messplatz zur Bestimmung der Strom-Spannungs-Kennlinie von großflächigen (industrietypischen) Solarzellen unter Standardtestbedingungen
gemäß IEC60904.
Measurement setup to determine the current-voltage-characteristic of large area (industrial) solar cells under standard test conditions in accordance
with the IEC60904.
D: Messplatz zur Bestimmung der differentiellen spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit von großflächigen (industrietypischen) Siliziumsolarzellen.
Measurement setup to determine the differential spectral response of large area (industrial) solar cells.
E: Der niedersächsische Umweltminister Stefan Wenzel eröffnet die Umwelttage in Hameln.
Lower Saxon Environment Minister Stefan Wenzel opening the Environmental Days in Hamelin.
A
B
C
D
E
JAHRESBERICHT 2015
ANNUAL REPORT
Messplatz zur Bestimmung der differentiellen spektralen Bestrahlungsstärkeempfindlichkeit von großflächigen
Siliziumsolarzellen.
Setup to measure the differential spectral irradiance sensitivity of large-area silicon solar cells.
Associated with
Streiflichter
At a glance
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ISFH-Jahresbericht 2015
2
Streiflichter
At a glance
Abbildung/Figure 2:
Der Stand des ISFH auf der Hannover-Messe 2015; links im Bild das Exponat zum Thema „Thermochrome Schichten“.
The ISFH stand at the Hanover Fair 2015; on the left in the picture is the exhibit on the subject of “Thermochrome Layers”.
Abbildung/Figure 3:
Betriebsausflug 2015 – Diesmal besuchten die Kollegen den Tierpark in Springe, wo u. a. eine Flugshow mit einheimischen Vögeln geboten wurde.
ISFH annual outing 2015 – this time the staff visited the animal park in Springe where, inter alia, there was an airshow with native birds.
Abbildung/Figure 4:
Teilnehmer des bundesweit stattfindenden Green Day besuchten am 12. November 2015 das ISFH. Hier gibt Ihnen ein Mitarbeiter eine Einführung in die
Elektronenmikroskopie.
Participants in the nationwide Green Day visited the ISFH on 12 November 2015. Here a member of staff is giving them an introduction into electron
microscopy.
Abbildung/Figure 5:
Messtisch für Silizium-Solarzellen.
Measuring table for silicon solar cells.
Abbildung/Figure 6:
Mitgliedertreffen des Leibniz Forschungszentrums „Energie 2050 (LiFE 2050)“ der Leibniz Universität Hannover. Hier versammeln sich die Teilnehmer
während einer Sitzungspause zum Gruppenfoto.
Members meeting of the Leibniz “Energie 2050 (LiFE 2050)” Research Center of the Leibniz Universität, Hanover. Here the participants are gathering
for a group photo during a break in the meeting.
Abbildung/Figure 7:
Der Stand des ISFH auf der Fachmesse „Intersolar“ in München.
The ISFH stand at the specialized fair “Intersolar” in Munich.
ISFH Annual Report 2015
3
Inhalt
Contents
Streiflichter ◆ At a glance .................................................................................................................................................. 2
Inhalt ◆ Contents .............................................................................................................................................................. 4
Vorwort ◆ Preface ............................................................................................................................................................ 6
1
Institut für Solarenergieforschung .................................................................................................................................. 8
Kurzportrait ◆ Brief portrait ......................................................................................................................................... 8
Organisation ◆ Organization ..................................................................................................................................... 10
Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaics department ............................................................................................... 10
Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ........................................................................................... 15
Calibration & Test Center (CalTeC) ◆ Calibration & test center (CalTeC) .................................................................. 16
Zentrale Dienste ◆ Central services ............................................................................................................................ 18
Aufsichtsrat ◆ Supervisory Board ................................................................................................................................ 19
Wissenschaftlicher Beirat ◆ Scientific Advisory Board ................................................................................................. 20
Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Solarenergieforschung e.V. (Förderverein) ............................................ 22
Society for the Promotion of the Institut für Solarenergieforschung (Friends of the ISFH)
Das Institut in Zahlen ◆ Statistics of the Institute .......................................................................................................... 25
Energiemanagement am ISFH ◆ Energy management at ISFH ....................................................................................... 27
2
Forschungsabteilungen ◆ Research departments .......................................................................................................... 30
Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaics department ..................................................................................................... 30
Forschungsthemen ◆ Research topics ................................................................................................................... 30
Dienstleistungen ◆ Services ................................................................................................................................ 30
Apparative Ausstattung ◆ Equipment & facilities .................................................................................................... 30
Glanzlichter ◆ Highlights .................................................................................................................................... 31
Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ................................................................................................. 32
Forschungsthemen ◆ Research topics ................................................................................................................... 32
Dienstleistungen ◆ Services ................................................................................................................................ 32
Apparative Ausstattung ◆ Equipment & facilities .................................................................................................... 33
Glanzlichter ◆ Highlights .................................................................................................................................... 33
3
Wissenschaftliche Ergebnisse ◆ Scientific results ......................................................................................................... 34
Abteilung Photovoltaik ◆ Photovoltaic department ...................................................................................................... 34
Lichtinduzierte Degradation und Regeneration der Ladungsträger-Lebensdauer in multikristallinem Silizium ... 34
Light-induced degradation and regeneration of the carrier lifetime in multicrystalline silicon
Industrienahe ionenimplantierte und siebdruckmetallisierte bifaciale n-Typ PERT Solarzellen mit
Effizienzen von 21 % und Bifacialfaktoren größer 97 % ..................................................................................... 37
Industry-oriented Ion implanted and screen-printed metallized bifacial n-type PERT solar cells with
efficiencies of 21 % and bifacial factors exceeding 97 %
Entwicklung von Hocheffizienzmodulen und Analyse der optischen und elektrischen Verluste ........................ 39
Development of high-efficiency solar modules and analysis of optical and electrical losses
Risse in der Solarzellenmetallisierung und deren Auswirkung auf die Modulleistung ........................................ 43
Cracks in the solar cell metalization and their impact on the module power
4
Inhalt
Contents
Abteilung Solare Systeme ◆ Solar systems department ................................................................................................. 46
Überhitzungsschutz für Solarkollektoren ........................................................................................................... 46
Overheating protection for solar collectors
Das Gebäude als solarer Wärmespeicher .......................................................................................................... 50
The building as a solar heat storage
Projekt HEISTA – Entwicklung von Prüfverfahren für Frischwasser- und Wohnungsstationen ............................ 54
HEISTA Project – Development of test procedures for domestic hot-water modules and dwelling stations
4
Weiterbildung ◆ Education ........................................................................................................................................... 58
Akademische Ausbildung ◆ Academic education ....................................................................................................... 58
NILS – Die Lernwerkstatt am ISFH ◆ NILS – The learning workshop of the ISFH ............................................................. 61
5
Kooperationen ◆ Cooperations ..................................................................................................................................... 68
Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen ◆ Partners from universities & research facilities .......................... 68
Inland ◆ National ................................................................................................................................................ 68
Ausland ◆ International ....................................................................................................................................... 69
Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung ◆ Partners from industry, planning & development ................................... 70
Inland ◆ National ................................................................................................................................................ 70
Ausland ◆ International ....................................................................................................................................... 71
Institutsmitgliedschaften ◆ Institute memberships ........................................................................................................ 71
6
Dokumentation ◆ Documentation ................................................................................................................................ 72
Institutskolloquien ◆ Institute colloquia ...................................................................................................................... 72
Gastwissenschaftler ◆ Guest scientists ........................................................................................................................ 73
Mitarbeit in Fachgremien ◆ Membership in professional bodies .................................................................................... 73
Ausstellungen & Fachtagungen ◆ Fairs & congresses .................................................................................................. 74
Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften ◆ Peer-reviewed publications ............................................................... 75
Andere Veröffentlichungen ◆ Other publications ........................................................................................................ 77
Vorträge ◆ Presentations ............................................................................................................................................ 79
Poster ◆ Posters ........................................................................................................................................................ 81
Studien- & Bachelorarbeiten ◆ Seminar & bachelor papers .......................................................................................... 82
Diplom- & Masterarbeiten ◆ Diploma theses & masters ............................................................................................... 83
Doktorarbeiten ◆ Ph.D.-theses .................................................................................................................................. 83
Berufungen ◆ Appointments ...................................................................................................................................... 84
Lehrveranstaltungen ◆ Lectures ................................................................................................................................. 85
Preise & Auszeichnungen ◆ Awards ......................................................................................................................... 85
7
Presse ◆ Press ............................................................................................................................................................... 86
8
Autoren ◆ Authors ........................................................................................................................................................ 92
Impressum ◆ Impress ..................................................................................................................................................... 93
Streiflichter ◆ At a glance ................................................................................................................................................ 94
Notizen ◆ Notes ............................................................................................................................................................. 96
5
Vorwort
Preface
Das ISFH hat ein Ziel: Durch Forschung
dazu beizutragen, die Kosten für die Solarenergienutzung, einem wichtigen Teil unserer
Energiewende, klein zu halten. Auf diesem
Weg sind wir auch im letzten Jahr wieder ein
Stück vorangekommen.
The ISFH has a goal: to contribute through
research to keeping down the costs of
using solar energy, an important part of
energy change. In the last year we have
once again made progress along this
path.
Nach einem Rekord für siebgedruckte PERCSolarzellen können wir nun auch über einen
Wirkungsgradrekord für PV-Module mit PERCZellen berichten (s. S. 39 ff.). Wir erzielten im
Rahmen eines vom Bundesministerium für
Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten
Projektes einen Wirkungsgrad von 20,2 % für
ein 1,5 m2 großes Modul. Der Rekord wurde
nur erreicht, weil das Design der Solarzellen
und das des Moduls fein aufeinander abgestimmt wurden. Die Zellen alleine hätten keinen
Rekordwirkungsgrad gehabt.
After achieving a record for screen-printed
PERC solar cells, we can now also report
an efficiency record for PV modules with
PERC cells (see p. 39 pp.). We achieved
an efficiency level of 20.2 % for a 1.5 m2
module as part of a project funded by
the Federal Ministry for the Economy
and Energy (BMWi). The record was only
achieved because the design of the solar
cells and that of the module were finely
tuned to each other. The cells alone
would not have had a record efficiency.
Damit ist das Rekordmodul ein Gleichnis für
die Energiewende insgesamt: Auf die kluge
Integration kostengünstiger Einzelteile in ein
effizientes System kommt es an!
Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, Wissenschaftlicher
Leiter und Geschäftsführer der Institut für Solarenergieforschung GmbH in Hameln.
Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, Scientific head
and Director of the Institute for Solar Energy
Research in Hamelin.
Das große Ganze in den Blick zu nehmen ist in einer auf Spezialisierung und auf Wettbewerb ausgerichteten Gesellschaft nicht
leicht. Den einen konsensfähigen Masterplan für die Energiewende wird es nicht geben, weil es zu viele widerstreitende
Interessen gibt. Welcher der vielen möglichen Wege hin zu einer immer stärker erneuerbaren Energieversorgung soll also
beschritten werden?
Um diesen Weg zu finden, müssen verschiedene Systeme mit
starker regenerativer Komponente in einen Wettbewerb treten.
Manche Systemkonfigurationen werden sich bewähren und
werden andere Lösungen verdrängen. Damit dieser Wettbewerb
stattfinden kann, müssen die erneuerbar dominierten Energiesysteme aber erst einmal erdacht, hergestellt, geprüft und in den
Markt gebracht werden. Das ISFH will mit seiner Systemtechnikforschung und im Verbund mit seinen Forschungspartnern aus der
Industrie solare Energiesysteme für diesen Wettbewerb ertüchtigen.
Kostensenkungen brauchen einen Markt. Für die deutschen
Firmen ist ein starker heimischer Markt von besonders großem
Nutzen. Die Systemanforderungen werden sich mit zunehmender Marktdurchdringung der erneuerbaren Energien wandeln.
Wegen der im internationalen Vergleich schon hohen Marktdurchdringung von Wind- und Solarenergie ist unser heimischer
Solarmarkt für die Innovationskraft der Firmen also besonders
wichtig.
In this way, the record module is a metaphor for energy change as a whole: an
efficient system depends on the clever
integration of inexpensive components!
Seeing the complete picture is not easy in a society geared to
specialization and competition. There will not be one potentially
consensual master plan for energy change because there are too
many conflicting interests. Which of the many possible ways is
therefore to be taken towards an ever greater use of renewable
energy?
In order to find this way, various systems with a strong renewable
element must compete. Some system configurations will prove
successful and will supersede other solutions. In order for this
competition to be able to take place, however, predominantly
renewable energy systems must first be thought out, produced,
tested and brought onto the market. The ISFH wants to use its
system technology research together with its research partners in
the industry to prepare solar energy systems for this competition.
Cost reductions need a market. For German firms a strong home
market is particularly useful. System requirements will change
with the increasing market penetration of renewable energy.
Due to the already high market penetration of wind and solar
energy by international standards, our home solar market is
therefore particularly important for the innovational strength of
the firms.
With this background the currently too low rates of new installations of photovoltaic and solarthermal systems are worrying
and must surely be a hindrance to the early achievement of energy
change.
Vor diesem Hintergrund sind die derzeit zu niedrigen Raten der
Neuinstallationen von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen
besorgniserregend und sicher ein Hindernis für das rasche
Gelingen der Energiewende.
6
Vorwort
Preface
Die Vorteile der Solarenergienutzung sind überzeugend: Sonne
ist überall verfügbar, Solarstrom ist mit 8 bis 12 ct/kWh für immer mehr Endverbraucher konkurrenzlos günstig und kann geräuschfrei und fast ohne Belastung des Landschaftsbildes genutzt
werden. Solarenergie wird deshalb von der Bevölkerung besonders positiv bewertet.
The advantages of solar energy usage are convincing: the sun is
available everywhere, solar electricity at 8 to 12 ct/kWh is incomparably cheap for more and more end-consumers and can be
used noiselessly and almost without any visual impairment of
the landscape. Solar energy is therefore be assessed particularly
positively by the population.
Als Forscher und Entwickler geben wir uns nicht mit dem Erreichten zufrieden. Ich bin daher schon jetzt sehr gespannt auf
die Innovationen des kommenden Jahres und auf den Fortschritt unseres Gemeinschaftsprojektes „Energiewende“. Um mit
Kurt Marti zu sprechen:
As researchers and developers we do not content ourselves
with what we have achieved. I am therefore very excited about
the innovations of the coming year and the progress of our joint
“Energy Change” project. In the words of Kurt Marti:
„Wo kämen wir hin, wenn alle sagten,
wo kämen wir hin, und keiner ginge,
um zu sehen, wohin wir kämen, wenn wir gingen.“
Ich danke allen, die sich mit auf den Weg gemacht haben, um
zu sehen, wohin wir kommen, wenn wir gehen:
Zu vorderst den ISFH-Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern für die stets
engagierte Arbeit; unseren Auftraggebern und Forschungspartnern
aus der Industrie für die wirklich sehr gute Zusammenarbeit, den
Bundesministerien, hier insbesondere dem Bundesministerium für
Wirtschaft und Energie (BMWi), für die steten Projektfinanzierungen sowie zahlreichen weiteren Forschungsförderern für deren finanzielle Unterstützung. Dem Land Niedersachsen danke ich für
die institutionelle Förderung, die das Rückgrat unserer Arbeit ist.
Unsere Systemtechnikforschung hat seit Anfang des Jahres eine
wichtige Stärkung durch Prof. Oliver Kastner erhalten, der den Ruf
auf eine W2-Professur in der Fakultät für Maschinenbau and der
Leibniz Universität angenommen hat, die mit der Leitung unserer
Abteilung Solare Systeme verbunden ist. Der bisherige Abteilungsleiter Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf hat die Abteilungsleitung aus
persönlichen Gründen aufgegeben. Ich danke ihm für die langjährige sehr erfolgreiche Arbeit als Abteilungsleiter und freue mich,
dass er dem ISFH weiterhin erhalten bleibt. Prof. Robby Peibst,
Leiter unserer Arbeitsgruppe „Emergente Solarzellen Technologien“
wurde auf die Juniorprofessur „Siliziumtechnologie für erneuerbare Energie“ an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik der
Leibniz Universität Hannover berufen. Beiden neuen Professoren
einen herzlichen Glückwunsch! Ich freue mich über diese Festigung der guten Zusammenarbeit mit der Leibniz Universität.
In diesem Jahresbericht finden Sie, liebe Leserin und lieber Leser,
ausgewählte Forschungsergebnisse. Über Rückfragen und Anregungen freuen wir uns.
“Where would we get to if everybody said,
where would we get to, and nobody went
to see where we would get to if we went.” I thank all those who have set off to see where we get to when
we go:
First and foremost the ISFH staff for their invariably committed
work; our clients and research partners from the industry for the
really very good collaboration, the federal ministries, here in particular the Federal Ministry for the Economy and Energy (BMWi)
for the constant financing of projects as well as numerous other
research sponsors for their financial support. The State of Lower
Saxony I thank for the institutional funding which is the backbone of our work.
Our systems technology research has, since the beginning of
the year, received an important boost through Prof. Oliver
Kastner, who was appointed W2-Professor in the Engineering
Faculty at the Leibniz Universität, which is linked with the leadership of our Solar Systems Department. The previous Head of
Department, Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf gave up this job for
personal reasons. I thank him for his many successful years as
Head of Department and am pleased that he is remaining at the
ISFH. Prof. Robby Peibst, head of our “Emergent Solar Cells
Technologies” working group, was appointed Junior Professor
in “Silicon Technology for Renewable Energy” in the Electrical
Engineering and Computer Science Faculty of the Leibniz Universität, Hanover. Congratulations to both new professors! I am
very pleased at this strengthening of the good collaboration with
the Leibniz Universität.
In this Annual Report, dear readers, you will find selected research results. We look forward to receiving questions and
suggestions.
With best wishes for a sunny new research year of 2016 Mit den besten Wünschen für ein sonniges neues Forschungsjahr 2016
Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 31.12.2015
Wissenschaftlicher Leiter und Geschäftsführer/Scientific head and Director
7
1
Institut für Solarenergieforschung
Kurzportrait
Brief portrait
A
I
m Institut für Solarenergieforschung GmbH Hameln (ISFH)
werden innovative Komponenten und Systeme für die photovoltaische und solarthermische Nutzung der Sonnenenergie
entwickelt. Das physikalische Verständnis der einzelnen Komponente, die Entwicklung kostengünstiger Herstellungsprozesse
und das Betriebsverhalten des Gesamtsystems stehen im Zentrum des Interesses. Am ISFH hergestellte Komponenten werden
in Energiesystemen getestet, denn meist entscheidet erst das
Verhalten im System über den Erfolg einer Entwicklung.
nnovative components and systems for the photovoltaic and
solar thermal utilization of solar energy are developed at the
Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH). The physical
understanding of individual components, the development of
cost-saving production processes and the operational behavior
of the overall system are the focus of its interest. Components
manufactured at the ISFH are tested in energy systems as usually
their behavior within a system determines the success of the
development.
Gemeinsam mit unseren Industriepartnern und unseren Studierenden, die am ISFH ihre Studien- und Abschlussarbeiten anfertigen,
fördern wir die Nutzung von Solarenergie durch Forschung und
Innovation.
Together with our industrial partners and our students, working
on their seminar papers, diplomas or Ph.D.-theses, we encourage
solar energy utilization through research and innovation.
Das ISFH als außeruniversitäres Forschungsinstitut des Landes
Niedersachsen hat die Rechtsform einer gemeinnützigen GmbH.
Es ist ein An-Institut der „Gottfried Wilhelm Leibniz Universität
Hannover“ und unterhält Kooperationen mit anderen Universitäten und Fachhochschulen Niedersachsens sowie anderer Bundesländer.
Geschäftsführer des ISFH ist Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Brendel,
der gleichzeitig auch Universitätsprofessor an der Fakultät für
Mathematik und Physik der Leibniz Universität Hannover ist.
Professor Brendel leitet am Institut für Festkörperphysik die Abteilung Solarenergie.
The ISFH is a research institute of the state of Lower Saxony
with the legal status of a non-profit-making organization. It is an
affiliated institute of the “Gottfried Wilhelm Leibniz Universität
Hannover” and also undertakes joint projects with other universities and technical colleges in Lower Saxony and other
German states.
The director of the ISFH is Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Brendel,
who is also a university professor in the Faculty of Mathematics
and Physics at the Leibniz Universität Hannover. Prof. Brendel
also heads the Solar Energy Department at the Institute for Solid
State Physics.
Das ISFH besteht aus den Abteilungen „Photovoltaik“ und „Solare
Systemtechnik“ sowie einem unabhängigen Testzentrum, dem
2015 neugegründeten „ISFH Calibration & Test Center (CalTeC)“.
The ISFH is made up of the “Photovoltaics” and “Solar Systems
Technology” departments as well as an independent testing
center, the “ISFH Calibration & Test Center (CalTeC)” which
was newly founded in 2015.
In der Photovoltaikforschung gehören grundlegende Materialuntersuchungen ebenso zu den Aufgaben, wie die Entwicklung von
Prozessen und Anlagen für die Herstellung von Solarzellen.
Das Hauptinteresse gilt der Entwicklung neuer Siliziumsolarzellen
mit zugehöriger Modultechnologie für Wirkungsgrade oberhalb
von 20 %. Übergeordnetes Ziel ist das Senken der Produktionskosten von Solarmodulen.
Photovoltaic research includes the basic study of material
properties as well as the development of processes and equipment for manufacturing solar cells. The most important aim of
photovoltaic research is the development of silicon solar cells
with the accompanying module technology for efficiencies of
above 20 %. Above all, the aim is to reduce production costs
for solar modules.
Die Abteilung Solare Systeme stellt die integrierte Gesamtenergieversorgung für Strom und Wärme von dezentralen Einheiten
wie Gebäude und Siedlungen in den Mittelpunkt. Zielsetzung
ist eine kostengünstige und CO2-arme Energieversorgung in
qualitativ hochwertigen Systemen. Dazu werden am ISFH u. a.
thermische Sonnenkollektoren, neuartige Beschichtungsverfahren,
Speicherkonzepte sowie für Energiesysteme neue Anwendungen
und Kombinationen entwickelt, bewertet und optimiert.
The main focus of the Solar Systems department is the integrated total energy supply for heat and electricity in local units
like buildings and urban settlements. The objective is a cost-efficient and low-CO2 energy supply in high-quality systems. For
this purpose, ISFH develops, evaluates and optimizes amongst
other things new solar thermal collectors, functional coatings
and heat storage concepts as well as new applications and
combinations of energy systems.
Das Institut ist Mitglied im „ForschungsVerbund Erneuerbare
Energien“ (FVEE), einem Zusammenschluss außeruniversitärer
deutscher Forschungsinstitute, der auf nationaler Ebene seine
Forschungstätigkeiten im Bereich der regenerativen Energien
koordiniert.
The Institute is a member of the “Renewable Energy Research
Association” (FVEE), an association of German non-university
research institutes coordinating regenerative energy research
activities at a national level.
8
1
Teil der Südfassade des Hauptgebäudes.
Part of the south façade of the main building.
9
1
Organisation
Organization
Abteilung Photovoltaik
Photovoltaics department
Leitung: Dr. Karsten Bothe
Dr. Thorsten Dullweber
Prof. Dr. Jan Schmidt
W
Heads: Dr. Karsten Bothe
Dr. Thorsten Dullweber
Prof. Dr. Jan Schmidt
S
irkungsgrade von Solarzellen, die im Labor erreicht werden, sind gegenwärtig schon sehr beachtlich. Nach wie vor
mangelt es an Technologien, mit denen höchsteffiziente Solarzellen industriell, d. h. kostengünstig und rasch hergestellt werden
können. Die sechs Arbeitsgruppen der Abteilung Photovoltaik beschäftigen sich mit unterschiedlichen Aspekten der industriellen
Umsetzung unserer Laborentwicklungen und in zunehmenden
Maße mit Fragen nach künftigen Optionen für die Photovoltaik.
olar cell efficiencies achieved in the laboratory are already
remarkably high. There is still, however, a lack of industriallyapplicable technology to enable mass production of high-efficiency solar cells, i. e. which can be rapidly produced at a reasonable price. The six research groups in the Photovoltaics Department are occupied with different aspects of the industrial application of our laboratory developments and increasingly with
issues of future options for photovoltaics.
Photovoltaische Materialien
Leitung: Prof. Dr. Jan Schmidt
Ziel dieser Gruppe ist es, ein umfassendes Verständnis der Auswirkung von Defekten und Defektreaktionen in unterschiedlichen Siliziummaterialien auf Solarzelleneigenschaften zu entwickeln. Mit
Hilfe eines gezielten „Defect Engineering“ wird die Materialqualität
der heute in der Photovoltaik eingesetzten mono- und multikristallinen Siliziumwafer verbessert. Weitere Schwerpunkte sind neue
Ansätze zur Oberflächenpassivierung sowie neuartige Heteroübergänge für hocheffiziente Silizium-Solarzellen.
Photovoltaic materials
Head: Prof. Dr. Jan Schmidt
The aim of this group is to gain a comprehensive understanding
of the impact of defects and defect reactions in different silicon
materials on solar cell characteristics. Defect engineering techniques are being developed to improve the material quality of
today’s photovoltaic mono- and multicrystalline silicon wafers
significantly. Other foci are on the evaluation of new surface
passivation techniques as well as on novel heterojunctions for
the application to high-efficiency silicon solar cells.
Solarzellen Charakterisierung & Simulation
Leitung: Dr. Karsten Bothe
Die Aufgabe der Arbeitsgruppe Solarzellencharakterisierung und
Simulation ist es, neue Messverfahren zu entwickeln und Messsysteme aufzubauen, die notwendig sind, um in Kombination mit
Bauelementesimulationen ein umfassendes Verständnis der am
ISFH entwickelten Siliziumsolarzellen zu erlangen. Um auf aktuelle
Veränderungen im Zelldesign zu reagieren, werden die bestehenden
physikalischen Modelle für die numerische Simulation von Solarzellen und Modulen kontinuierlich angepasst und optimiert. Auf
Basis elektrischer und optischer Bauteilesimulationen werden außerdem Verbesserungspotentiale aufgezeigt und Strategien für weitere
Wirkungsgradsteigerungen festgelegt. Die Gruppe bietet der Photovoltaikindustrie ihre Analyseverfahren sowie ihr Simulations Knowhow als Serviceleistung an.
Solar cell characterization & simulation
Head: Dr. Karsten Bothe
The objective of the solar cell characterization and simulation
group is the development of new measurement and evaluation
techniques which are required to gain, supported by device
simulations, a comprehensive knowledge about the solar cells
developed at ISFH. In order to support the most recent solar
cell designs, we continuously adapt and optimize our physical
models used for the device simulation of solar cells and modules.
Based on electrical and optical simulations we demonstrate
potential optimization rules and define strategies for further
energy conversion efficiency improvements. The team offers its
facilities, experience and simulation know-how as a service to the
photovoltaic industry.
Industrielle Solarzellen
Leitung: Dr. Thorsten Dullweber
Die Arbeitsgruppe „Industrielle Solarzellen“ entwickelt Verbesserungen von Siliziumsolarzellen mit einem industrietypischen
Herstellungsprozess hinsichtlich Wirkungsgradsteigerung und
Kostenreduktion. Im Fokus der Aktivitäten stehen dabei industrielle, rückseitenpassivierte PERC (Passivated Emitter and Rear
Cell) Solarzellen sowie LID-freie Zell-Varianten wie z. B. n-PERT
BJ Solarzellen. Zudem ist die Optimierung der Siebdruckkontakte
hinsichtlich Feinliniendruck und Reduzierung des Silberverbrauchs ein weiterer Schwerpunkt für die Kooperation mit Firmen
aus der Photovoltaik Industrie.
Industrial solar cells
Head: Dr. Thorsten Dullweber
The “industrial solar cells” research group develops improvements
of industry-typical silicon solar cells with respect to increased
conversion efficiencies and reduced production costs. In particular, rear-passivated industrial PERC (Passivated Emitter and
Rear Cells) solar cells as well as LID-free n-PERT BJ cells are a
major focus of current research projects in collaboration with industry partners. In addition, advanced metallization techniques
such as fine-line screen and stencil printing are being explored
to reduce the consumption of expensive silver pastes.
10
1
Probenvorbereitung am DSR (Differential Spectral Response)-Messplatz.
Sample preparation at the DSR (Differential Spectral Response) set-up.
11
1
Emergente Solarzellentechnologien
Leitung: Prof. Dr. Robby Peibst
Diese Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer
Verfahren zur Herstellung kostengünstiger hocheffizienter Silizium-Solarzellen. Einen Schwerpunkt stellen „ladungsträgerselektive Kontakte“ auf Basis von polykristallinem Silizium dar, die eine
deutliche Erhöhung der Leerlaufspannung, des Füllfaktors und
damit des Wirkungsgrades ermöglichen. Anwendungspotenzial
besteht dabei sowohl für beidseitig kontaktierte Zellen, als auch
für rückseitenkontaktierte Zellen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die
Evaluation von Ionenimplantation zur Erzeugung lokaler Dotierungen für „konventionelle“ und für „ladungsträgerselektive“ Kontakte.
Emerging solar cell technologies
Zukunftstechnologien Photovoltaik
Leitung: Dr. Sarah Kajari-Schröder
Diese Arbeitsgruppe entwickelt Methoden und Technologien,
die neue Optionen für die Photovoltaik erschließen sollen. Ein
Schwerpunkt ist dabei die sägefreie Herstellung von monokristallinen Siliziumwafern. Dabei werden Technologien eingesetzt, mit
denen äußerst material- und energiesparend monokristalline
Siliziumschichten mit Standarddicken sowie mit Dicken weit unter
50 μm hergestellt werden können.
Future photovoltaic technologies
Head: Dr. Sarah Kajari-Schröder
This group develops methods and technologies enabling new
options for photovoltaics. One focus of the group is kerfless
manufacturing of monocrystalline silicon wafers. For this we
apply technologies that enable the material- and energy-efficient
production of monocrystalline silicon wafers with standard
thicknesses as well as thicknesses well below 50 μm.
Module
Leitung: Dr. Marc Köntges
Die Arbeitsgruppe „Module“ entwickelt neue Verbindungstechniken für Photovoltaikmodule und optimiert das Lichtmanagement im Modul, um Moduleffizienzen zu steigern. Dazu
gehört z. B. die Verwendung vieler dünner Stromableiter im
Modul, um sowohl Widerstandsverluste zu minimieren als auch
die Lichteinkopplung in Solarzellen zu optimieren. Die Gruppe
entwickelt Methoden für das Auffinden von Schäden in Solarmodulen. Schwerpunkt sind dabei bildgebende Verfahren, wie
z. B. die kamerabasierte Erfassung der UV-Fluoreszenz von Molekülen im Modullaminat. Daneben werden Auftragsarbeiten zur
Fehleranalyse von Modulen mit beschleunigten Alterungstests und
Standardprüfungen gemäß der Norm IEC 61215-2 durchgeführt.
Head: Prof. Dr. Robby Peibst
This group concentrates on the development of enabling techniques for production of high-efficient Si solar cells. One focus
are “carrier-selective junctions” based on polycrystalline silicon,
which enables a significant increase of the open circuit voltage,
of the fill factor, and therefore of the energy conversion efficiency.
These junctions have application potential for double-side
contacted as well as for rear-side contacted cells. A further major
research topic of the group is the evaluation of ion implantation for
the formation of locally doped regions for “conventional” as well
as for “carrier-selective” junctions.
Modules
Head: Dr. Marc Köntges
The “Modules” research group is engaged in the development
of new connection techniques for photovoltaic modules and
optimizes the light management in the module to increase the
module efficiency. These include, for example, the use of many
thin current conductors in the module to minimize resistance
losses and to optimize light coupling into solar cells. The group
develops methods to find damages in solar modules. Here, an
emphasis is put on imaging techniques such as camera based
detection of uv fluorescence of molecules of the module laminate.
Moreover commissions are carried out for failure analysis of modules with accelerated aging tests and standard tests according to
IEC 61215-2.
12
1
Probenvorbereitung für die Untersuchung im Röntgendiffraktometer (XRD).
Sample preparation for the examination in the X-ray diffractometer (XRD).
13
1
Probe eines selektiven Absorbers für winkelabhängige spektrale Reflexionsmessungen.
Sample of a selective absorber for angle-dependent spectral reflection measurements.
14
1
Abteilung Solare Systeme
Solar systems department
Leitung: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
D
ie Forschungsaktivitäten der Abteilung Solare Systeme umfassen die Integration der solar erzeugten Energie in kostengünstige und zuverlässige Anlagen zur Versorgung von Gebäuden und
Prozessen. Dazu werden grundlegende Arbeiten zu neuen Konzepten sowohl für Komponenten mit verbesserten Eigenschaften
als auch für neue Systemkombinationen entwickelt. Diese Konzepte werden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft erprobt
und umgesetzt. Die Sicherstellung der erwarteten Qualität unter
Berücksichtigung der Schnittstellen zum Gebäude und der
„konventionellen“ Systemkomponenten in Simulation, im Labor
und im Feld ist eine wesentliche Aufgabe. Des Weiteren werden
entwicklungsunterstützende und zertifizierende Auftragsprüfungen
durch das „Calibration & Test Center“ (CalTeC) angeboten.
Solarthermische Materialien
Leitung: Dr. Rolf Reineke-Koch
Die Arbeitsgruppe „Materialien Solarthermie“ evaluiert neue
Konzepte für Wärmeschutzverglasungen und selektive Beschichtungen von Absorbern in Kollektoren. Die Entwicklung von
Beschichtungen in eigenen Anlagen, die Unterstützung des
Transfers in die Industrie, die Prüfung der Alterungs- und Korrosionsbeständigkeit sowie die materialwissenschaftliche und
optische Charakterisierung einschließlich spektraler Ellipsometrie
sind Arbeitsschwerpunkte. In aktuellen Projekten stehen temperatur-induziert schaltende Absoberschichten im Fokus.
Kollektoren
Leitung: Dr.-Ing. Federico Giovannetti
Im Zentrum der Forschung stehen der Sonnenkollektor und der
Solarkreislauf. Gebäudeintegration, Kosten- und Materialeinsparung, Betriebssicherheit sowie Kollektoren für neue Einsatzbereiche sind die wesentlichen Aufgaben. Aktuelle Themen
sind Kollektoren, bei denen sich im Stagnationsfall kein Dampf
bildet, photovoltaisch-thermische Kollektoren, hocheffiziente
Flachkollektoren und neue Lösungen für die Fassade.
Systemkomponenten
Leitung: Dipl.-Ing. Carsten Lampe
Im Fokus dieser Arbeitsgruppe stehen die experimentelle Bewertung und Modellierung nichtsolarer Systemkomponenten wie
z. B. Frischwasserstationen, Wärmepumpen und Brennwertkessel
und Subsysteme wie z. B. Energiezentralen von Mehrfamilienhäusern. Besonders hervorzuheben sind die Entwicklung und
Optimierung von Warmwasserspeichern und die Vermeidung
von Einrohrzirkulation an den Speicheranschlüssen.
Head: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
T
he research activities of the solar systems department incorporate the integration of solar energy in cost efficient
and reliable supply systems for buildings and processes. In detail,
basic research is carried out with regard to both new components
with improved characteristics and new system combinations.
These concepts are proved and implemented in cooperation
with our project partners. Assuring of the expected quality
concerning the interfaces to the building and to the “conventional” system components with simulation methods, laboratory
experiments and field investigations is essential. Furthermore, the
accredited “Calibration & Test Center” (CalTeC) offers development support and certification tests to our industrial partners.
Solar thermal materials
Head: Dr. Rolf Reineke-Koch
The “Solar thermal materials” group is evaluating new concepts
for thermally insulating glazings and for selective coatings on
absorbers for use in thermal collectors. The main focus is on the
development of coatings, supporting their transfer to industry,
the testing of their ageing and corrosion behavior, as well as their
material scientific and optical characterization including spectral
ellipsometry. Absorber layers with temperature depending properties are currently one main topic.
Collectors
Head: Dr.-Ing. Federico Giovannetti
The research activities of this group focus on solar collectors
and collector loops. Building integration, cost and material saving,
operational reliability as well as solar collectors for new applications are the fundamental tasks. Current topics are solar collectors, which do not produce vapour in case of stagnation, photovoltaic thermal collectors, highly efficient flat plate collectors
and new solutions for façades.
System components
Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe
The focus of this group is directed to the experimental evaluation
and modeling of non-solar system components like hot water
modules, heat pumps and condensing boilers and subsystems
like central heat generation and distribution facilities in multifamily buildings. One main topic is the development of new
storage tanks with special emphasis on the energetic quality of
tank installations (e. g. avoiding tube internal recirculation).
15
1
Elektrische Energiesysteme
Leitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Kesting
Ziel der Arbeitsgruppe ist die wirtschaftliche und technische
Optimierung von Versorgungssystemen für elektrische Energie für
Wohngebäude, Siedlungen, Handel, Dienstleistung und Gewerbe.
Dabei wird die Wärmeversorgung aus Elektroenergie einbezogen,
so dass die Interaktionen zwischen elektrischen und thermischen
Komponenten bzw. Bedarfen eine wichtige Rolle spielen. Themen
sind Systemsimulationen und Dimensionierungsregeln, das Übertragungsverhalten von Komponenten oder Subsystemen sowie
Anlagenanalysen im Labor und Feld mittels eigener Messsysteme.
Adaptierende und vorausschauende Regelstrategien unter Einbeziehung der Schnittstelle mit dem Stromversorgungsnetz können,
mit optimiertem Einsatz der Wärme- und Stromspeicher, einen
weitgehend netzdienlichen Betrieb sicher stellen.
Thermische Energiesysteme
Kommissarische Leitung: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
Die Entwicklung und Bewertung von effizienten thermischen
Systemen zur Gebäude- und Prozessversorgung stehen im Mittelpunkt dieser Gruppe. Das umfasst neue Systemschaltungen wie
z. B. die Einbindung von Gebäudemasse als Wärmespeicher, die
Anwendung neuer Komponenten wie photovoltaisch-thermische
Kollektoren und die Kopplung mit konventionellen Wärmeerzeugern und den Versorgungskreisen. Die Kombination von Sonnenenergie mit Wärmepumpen ist ein zentraler F&E-Schwerpunkt.
Übergeordnet ist das Ziel, durch systemtechnische Maßnahmen
End- und Primärenergie einzusparen. Systemsimulation und messtechnische Analyse im Labor und im Feld einschließlich automatisierter Kontrollverfahren sind wesentliche Methoden.
Electrical energy systems
Head: Prof. Dr.-Ing. Martin Kesting
The objective of the electric energy systems group is the economic
and technical optimization of decentralized supply systems for
electricity used in residential buildings and areas, commerce
and industry. The heat supply generated by electricity is of
special importance; therefore the interaction between electric
and thermal components and demands is of concern. The main
topics are system simulation, design rules, transient response
properties of components or subsystems, system analyses in
laboratory experiments or field investigations. Self-adapting and
predictive control strategies may, with respect to the local electric
network, lead to a grid supporting operation of the building, if
electric and thermal storages are used in an optimum way.
Thermal energy systems
Provisional Head: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf
The development and the evaluation of efficient heat systems
for buildings and process supplies are in the focus of this group.
That incorporates new system set-ups like e. g. the activation of
building inertia as thermal storage, the application of new
components like photovoltaic thermal collectors and the coupling
of solar loops with conventional heat generators and supply
circuits. Particularly, the combination of solar energy with heat
pumps is currently a key aspect of the R&D work. The superior
aim is to save primary and end energy using system optimization
techniques. System simulation and experimental analyses in laboratory and field investigations including automatic yield control
procedures are important tools.
Calibration & Test Center (CalTeC)
D
er Bereich der nach DIN EN ISO/IEC 17025 akkreditierten
extern angebotenen Dienstleistungen wird seit 2015 im
CalTeC zusammengefasst. Er gliedert sich in drei Fachbereiche:
CalTeC – Thermal applications
Der Bereich „Thermal applications“ des CalTeC bietet als eine
der großen europäischen Prüfstellen einen Fundus an Erfahrungen in allen Bereichen des thermischen Solarkollektors und
der Solaranlage. Neben normgerechten Prüfungen nach den
europäischen Standards EN 12975, EN 12976 und EN 12977,
sowie dem internationalen Standard ISO 9806 und der Mitarbeit
in Normungsgremien werden entwicklungsbegleitende Untersuchungen durchgeführt sowie Prüfverfahren weiterentwickelt.
Leitung/Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe
S
ince 2015 the externally offered services, which are accredited according to DIN EN ISO/IEC 17025 run as CalTeC.
CalTeC is divided into three competence areas:
Leitung/Head: Dipl.-Ing. Carsten Lampe
The “Thermal applications” unit of the CalTeC as one of the
major testing facilities in Europe offers a wide range of different
tests and much expertise with thermal solar collectors and solar
thermal systems. In addition to doing tests in accordance with the
European standards of EN 12975, EN 12976 and EN 12977 as
well as the International standard of ISO 9806 and collaboration
with standardization organizations we provide our knowledge for
accompanying product development. Furthermore, test procedures
are developed and improved.
16
1
CalTeC – Solar cells & sensors
Der Bereich „Solar cells & sensors“ bietet sowohl die Bestimmung
der charakteristischen elektrischen Kenngrößen von kristallinen
Siliziumsolarzellen, als auch die Prüfung von Spektrometern bezüglich der korrekten Bestimmung der spektralen Bestrahlungssträrke
an. Die Bestimmung der elektrischen Kenngrößen erfolgt unter
Standardtestbedingungen und ist konform mit den IEC 60904
Normen. Die Prüfung von Spektrometern erfolgt unter Einhaltung
der Empfehlung der Commission internationale de L’éclairage
(CIE) in einer von der Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS)
gemäß ISO 17025 zertifizierten Prozedur.
CalTeC – Optics
Im Bereich „Optics“ des CalTeC werden die Prüfungen der optischen Eigenschaften zusammengefasst. Der Bereich ist akkreditiert
für die Prüfung der Alterungsbeständigkeit von Absorberschichten
gemäß dem internationalen Standard ISO 22975-3 und Ansprechpartner für die nationale Spiegelung dieses Standards beim
Deutschen Institut für Normung (DIN). Es werden Reflexions- und
Transmissions-Messungen im Spektralbereich von 220 nm bis
50.000 nm angeboten.
Leitung/Head: Dr. Karsten Bothe
The unit “Solar cells & sensors” offers the determination of the
characteristic electrical parameters of crystalline silicon solar
cells as well as the testing of the correct measurement of the
spectral irradiance of spectroradiometers. The determination of
the electric parameters is performed under standard testing
conditions and in accordance to the IEC 60904 standards. The
testing of the spectroradiometers is carried out in accordance
to the recommendations of the Commission internationale de
L’éclairage (CIE) in an ISO 17025 certified procedure.
Leitung/Head: Dr. Rolf Reineke-Koch
CalTeC summarizes all tests of optical qualities in its “Optics”division. It is certified for testing the resistance to aging of the
absorber layers in accordance with the international standard
ISO 22975-3. Division “Optics” is a national counterpart for
mirroring this standard into the corresponding committee of the
German Institute for Standardization (DIN). The division offers
reflectance and transmittance measurements in the spectral range
from 220 nm through to 50,000 nm.
Abbildung/Figure 13: Gruppenbild mit den Preisträgern bei der enercity-Preisverleihung im Schloss Herrenhausen: (v.l.n.r.) Prof. Dr. Friedbert Pflüger
(Direktor EUCERS und Vorsitzender der Jury), Dr. Thorsten Dullweber (Preisträger, Projektleiter am ISFH), Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Preisträger, Leiter des
ISFH), Prof. Dr.-Ing. Erich Barke (Präsident a.D. der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover), Michael Feist (Vorstandsvorsitzender der Stadtwerke Hannover AG).
Group picture with the award winners at the enercity award presentation ceremony in the Palace of Herrenhausen: (f.l.t.r.) Prof. Dr. Friedbert Pflüger
(Director EUCERS and head of the jury), Dr. Thorsten Dullweber (award winner, project leader at ISFH), Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (award winner, Director of
the ISFH), Prof. Dr.-Ing. Erich Barke (former President of Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover), Michael Feist (Chief executive officer of
the municipal works of Hanover).
17
1
Aufsichtsrat
Supervisory Board
Wissenschaftlicher Beirat
Scientific Advisory Board
ORR Dr. S. Huster
Prof. Dr.-Ing. P. Wriggers
Geschäftsführung & Wissenschaftliche Leitung
Executive office & Scientific
Management
Prof. Dr.-Ing. R. Brendel
Zentrale Dienste
Central services
Solare Systeme
Solar systems
(SY)
Dipl.-Ing. G. Rockendorf
Photovoltaik
Photovoltaics
Dipl.-Oec. W. Gaßdorf
(PV)
Dr. K. Bothe, Dr. T. Dullweber, Prof. Dr. J. Schmidt
Solarthermische Materialien
Solar thermal materials
Photovoltaische Materialien
Photovoltaic materials
Dr. R. Reineke-Koch
Prof. Dr. J. Schmidt
Kollektoren
Collectors
Solarzellen Charakterisierung & Simulation
Solar cell characterization & simulation
Dr. F. Giovannetti
Dr. K. Bothe
Systemkomponenten
Systems components
Industrielle Solarzellen
Industrial solar cells
Dipl.-Ing. C. Lampe
Dr. T. Dullweber
Elektrische Energiesysteme
Electrical energy systems
Emergente Solarzellentechnologien
Emerging solar cell technologies
Prof. Dr.-Ing. M. Kesting
Prof. Dr. R. Peibst
Thermische Energiesysteme
Thermal energy systems
Zukunftstechnologien Photovoltaik
Future photovoltaic technologies
Dipl.-Ing. G. Rockendorf (komm./prov.)
Dr. S. Kajari-Schröder
Weiterbildung/NILS
Education/NILS
Dr. R. Goslich
ISFH Calibration &
(CalTeC)
Test Center
Dipl.-Ing. C. Lampe
Thermal applications
Dipl.-Ing. C. Lampe
Solar cells & sensors
Dr. K. Bothe
Optics
Dr. R. Reineke-Koch
Module
Modules
Dr. M. Köntges
Das Organigramm des ISFH, Stand 12/2015.
The organization of the ISFH, effective 12/2015.
Zentrale Dienste
Central services
D
T
ie zentralen Dienste stützen die gesamte Infrastruktur des
Institutes. Sie bestehen aus einem technischen Bereich
mit Mechanikwerkstatt, EDV Support und einem administrativen
Bereich, dem die Sekretariate, das Rechnungswesen und die
Öffentlichkeitsarbeit zugeordnet sind. Die zentralen Dienste
werden von Dipl.-Oec. Wolfgang Gaßdorf geleitet, der gleichzeitig stellvertretender Institutsleiter ist.
he “Central services“ department sustains the whole infrastructure of the Institute. It comprises a technical section with
a mechanical workshop, data-processing support and an administrative section consisting of secretarial services, accounts, and
public relations work. Central services is headed by Dipl.-Oec.
Wolfgang Gaßdorf, who is also Deputy Director of the ISFH.
18
1
Weiterbildung/NILS
Education/NILS
Leitung: Dr. Roland Goslich
Eines der ersten Schülerlabore an einem wissenschaftlichen
Forschungsinstitut ist die bereits 1998 am ISFH gegründete
„Niedersächsische Lernwerkstatt für solare Energiesysteme“
(NILS). Es ist eine bundesweit vorbildhafte Bildungsinitiative, die
vom Kultusministerium des Landes Niedersachsen durch einen
Kooperationsvertrag unterstützt wird. Ziel der Einrichtung ist die
Heranführung von Kindern und Jugendlichen an den Themenbereich Energieerzeugung und Energienutzung insbesondere im
Hinblick auf Verfügbarkeit, Nachhaltigkeit, Wirtschaftlichkeit
und Klimaschutz.
Head: Dr. Roland Goslich
One of the first school laboratories at a scientific institute was
the “Lower Saxon Learning Workshop for Solar Energy Systems”
(NILS) founded at ISFH as early as 1998. It is an educational
initiative exemplary for the whole country which is supported by
the Ministry of Education of the State of Lower Saxony through a
cooperation agreement. The aim of the workshop is to introduce
children and young people to the topic of energy production and
energy use in particular in respect of its availability, sustainability,
economic viability and climate protection.
Aufsichtsrat
Supervisory Board
D
T
er Aufsichtsrat bestellt, überwacht und berät die Geschäftsführung. Er besteht gemäß dem Gesellschaftervertrag aus
bis zu neun Mitgliedern. Ein Teil der Mitglieder wird vom Land
Niedersachsen direkt entsandt, die übrigen werden von der Gesellschafterversammlung gewählt. Der Aufsichtsrat lädt zu seinen
halbjährlichen Sitzungen regelmäßig Gäste ein, die beratende
Funktion ausüben. Der Aufsichtsrat tagte am 29. Juni 2015 und
am 30. November 2015. Die Mitglieder dieses Gremiums sind:
he Supervisory Board appoints, controls and advises the
Managing Director. According to the Institute’s statutes it
consists of up to nine members. Some of the members are directly
appointed by the State of Lower Saxony, the rest being elected by a
shareholders’ general meeting. The Supervisory Board also regularly
invites guests to its biannual meetings who perform an advisory
function. The Board’s general meeting was held on 29 June 2015
and on 30 November 2015. The members of the Board were:
Der Aufsichtsrat der Institut für Solarenergieforschung GmbH in Hameln (von links): Prof. Dr. Jürgen Parisi, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Institutsleiter),
Dr. Ulrich Stiebel, BD Dr. Anke Grieße, ORR Dr. Sebastian Huster, Landrat Tjark Bartels, Dr. Winfried Hoffmann, Prof. Dr. Rolf Haug.
The Supervisory Board of the Institute for Solar Energy Research GmbH in Hamelin (from left): Prof. Dr. Jürgen Parisi, Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel (Director),
Dr. Ulrich Stiebel, BD Dr. Anke Grieße, ORR Dr. Sebastian Huster, County Commissioner Tjark Bartels, Dr. Winfried Hoffmann, Prof. Dr. Rolf Haug.
19
1
Mitglieder/Members
Oberregierungsrat Dr. Sebastian Huster
Vorsitzender des Aufsichtsrates/
Head of the Supervisory Board
Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur
Hannover
Stand/Effective: 31.12.2015
Prof. Dr. Rolf Haug
Institut für Festkörperphysik
Leibniz Universität Hannover
Dr. Winfried Hoffmann
ASE Applied Solar Expertise,
Hanau
Oberregierungsrätin Dr. Nina Eidam
Stellvertretende Vorsitzende des Aufsichtsrates/
Deputy Head of the Supervisory Board
Niedersächsisches Finanzministerium
Hannover
Landrat Tjark Bartels
Prof. Dr. Jürgen Parisi
Fachbereich Physik
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
Dr. Ulrich Stiebel
Landkreis Hameln-Pyrmont
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG
Holzminden
BD Dr. Anke Grieße
Niedersächsisches Ministerium für Umwelt,
Energie & Klimaschutz
Hannover
Wissenschaftlicher Beirat
Scientific Advisory Board
D
T
er wissenschaftliche Beirat berät den Aufsichtsrat und die
Geschäftsführung des ISFH in allen wissenschaftlichen,
technischen und organisatorischen Fragen. Die Beiratsmitglieder
werden durch den Aufsichtsrat gewählt.
he Scientific Board advises the Director and the Supervisory
Board of the ISFH on all scientific, technical and organizational issues. Board members are elected by the Supervisory
Board.
Die Mitglieder des Beirates sind anerkannte Wissenschaftler
aus Forschung und Industrie sowie Persönlichkeiten, die aus ihrer
Berufserfahrung besondere Kenntnisse in den Arbeitsfeldern des
ISFH haben.
The Board members are respected scientists from universities
and industry as well as other personalities who, through their
professionals experience, are familiar with the research topics
of the ISFH.
Der Beirat hielt seine jährliche Sitzung am 20. November 2015
im ISFH ab. Die Mitglieder des wissenschaftlichen Beirates sind:
This year’s general meeting of the Board was held at ISFH on
20 November 2015. The members of the Scientific Advisory
Board were:
Mitglieder/Members
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. E.h. Peter Wriggers
Vorsitzender des Beirates/
Head of the Scientific Advisory Board
Vizepräsident für Forschung
Prof. Dr. Günter Bräuer
Stellvertretender Vorsitzender des Beirats/
Deputy Head of the Scientific Advisory Board
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik
Braunschweig
Prof. Dr. Hans-Jörg Osten
Stellvertretender Vorsitzender des Beirats/
Deputy Head of the Scientific Advisory Board
Institut für Mikroelektronik
Prof. Dr. Silke Christiansen
Institut Nanoarchitekturen für die Energieumwandlung
Helmholtz-Zentrum Berlin
Dipl.-Ing. Martin Denz
Lehrte
20
1
Dr. Elimar Frank
Hochschule für Technik
Institut für Energietechnik
Rapperswil, Schweiz
Dr. Erik Sauar
Differ Group
Oslo, Norwegen
Dipl.-Ing. Rudolf Sonnemann
Dr. Bernd Hafner
Viessmann Werke GmbH & Co. KG
Allendorf
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG
Holzminden
Prof. Dr. Frithjof Staiß
Dipl.-Ing. Helmut Jäger
SOLVIS GmbH & Co. KG
Braunschweig
Prof. Dr. Stefan Kabelac
Institut für Thermodynamik
Dr. Holger Neuhaus
SolarWorld Innovations GmbH
Freiberg
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung
Baden-Württemberg (ZSW)
Stuttgart
Dr. Marc Vermeersch
King Abdullah University of Science and
Technology (KAUST), Thuwal, Saudi Arabien
Dr. Peter Wohlfart
SINGULUS Technologies AG
Kahl am Main
Erkundungstour im Modullabor: Der Wissenschaftliche Beirat besucht das Modullabor im Hauptgebäude und informiert sich bei Dr. Henning
Schulte-Huxel (links) über dessen Module aus halbierten Solarzellen.
Reconnaissance tour of the module laboratory: the Scientific Advisory Board visiting the module laboratory in the main building and obtaining information from Dr. Henning Schulte-Huxel about its modules with halved solar cells.
21
1
Gesellschaft zur Förderung
des Instituts für Solarenergieforschung e.V. (Förderverein)
Society for the Promotion of the
Institut für Solarenergieforschung (Friends of the ISFH)
A
T
Die Herausforderungen an die Forschung definieren die Aufgaben für den Verein:
The challenges to research define the tasks for the Friends:
nliegen des Fördervereins[1] ist die Unterstützung des Instituts
für Solarenergieforschung (ISFH) in Hameln. Das umfasst
sowohl finanzielle Förderung, als auch die Kontaktpflege zwischen
ISFH und Wirtschaft.
he aim of the “Friends”[1] is the support of the Institute for Solar
Energy Research (ISFH) in Hamelin. This includes both financial support and assistance with the maintenance of contacts between the ISFH and industry.
To communicate the particular points of view of market
Vermitteln der eigenen Sichtweisen von Teilmärkten an das
ISFH zur Gewährleistung einer ganzheitlichen Marktwahrnehmung, z. B. im Blick auf beobachtete Engpassfaktoren
sectors to ISFH to ensure awareness of the whole market e. g.
in respect of perceived bottleneck factors
Communication of the research achievements of ISFH
Vermittlung der Forschungsleistung des ISFH in die eigenen
politischen und wirtschaftlichen Netzwerke der Vereinsmitglieder
through Society members’ own political and economic
networks
Use of its own facilities (resources and networks) to integrate
Nutzung der eigenen Möglichkeiten (Ressourcen und Netz-
the Institute more closely into the region
werke), um das Institut in die Region stärker einzubinden
Abbildung/Figure 17: Referenzsolarzelle zur Einstellung der korrekten Lichtintensität eines Sonnensimulators für Messungen unter Standardtestbedingungen.
Reference solar cell for tuning the light intensity of a solar simulator for
measurements under standard test conditions.
[1] Kontakt/Contact: Gesellschaft zur Förderung des Instituts für Solarenergieforschung e.V., Dipl.-Ing. Horst Zacharias, 1. Vorsitzender/Chairman, Zacharias Gebäudetechnik GmbH, Wehler Weg
14, 31785 Hameln, Telefon 05151/9451-0, Email: [email protected]
22
1
Im Jahr 2015 hat der Verein das ISFH durch folgende konkrete
Maßnahmen unterstützt:
In the year 2015 the Friends supported the Institute through the
following concrete measures:
Finanzierung eines Spin Coaters zur Beschichtung von Solar-
Financing of a spin-coating device to cover solar cells with
zellen mit einem halbleitenden Kunststoff (rund 8.700 €)
Finanzierung eines 3D-Druckers für die mechanische Werk-
statt (rund 5.600 €), s. Abbildung 18
a semiconductant synthetic material (about € 8,700)
Financing of a 3D-printer for the mechanical workshop (about
€ 5,600), s. Figure 18
Finanzierung einer Referenzzelle für den Aufbau eines Kali-
The financing of a reference cell for the establishment of a
brierlabors (rund 2.300 €); in Deutschland gibt es nur ein
weiteres derartiges Labor
calibration laboratory (about € 2,300); in Germany there is
only one other such laboratory
Finanzierung der Teilnahme einer Doktorandin an einem
Financing of the participation of a PhD-student in a scientific
wissenschaftlichen Workshop im Rahmen der Förderung des
wissenschaftlichen Nachwuchses (rund 900 €)
workshop in the framework of funding junior scientific staff
Im Anschluss an die Mitgliederversammlung lud der Förderverein zu einem öffentlichen Vortrag ein: Prof. Hans-Martin
Henning, stellvertretender Direktor des Fraunhofer Instituts für
Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg, referierte zum Thema „Die
Transformation des deutschen Energiesystems – eine ganzheitliche Analyse unter Einbeziehung aller Verbrauchssektoren“.
Following the members’ meeting, the Friends of the ISFH arranged a public lecture: Prof. Hans-Martin Henning, Deputy
Director of the Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems
(ISE) in Freiburg, spoke on the subject of “The Transformation
of the German Energy System – an integral analysis involving
all areas of consumption”.
Abbildung/Figure 18: Seit 2015 verfügt die Metallwerkstatt über einen vom
Förderverein finanzierten, modernen 3D-Drucker.
Since 2015, the metal workshop utilizes a modern 3D-printer, which was
financed by the Friends of the ISFH.
23
1
Abbildung/Figure 19: Dipl.-Ing. Horst Zacharias (rechts), 1. Vorsitzender
des Fördervereins zusammen mit dem Gastredner, Prof. Dr. Hans-Martin
Henning (links) im Foyer des ISFH.
Dipl.-Ing. Horst Zacharias (right), Chairman of the “Friends of the ISFH”
together with the guest speaker, Prof. Dr. Hans-Martin Henning (left), in
the foyer of the ISFH.
Die jährliche Mitgliederversammlung des Vereins fand am 8. Oktober 2015 statt. Die Vereinsmitglieder sind:
The members’ meeting of the Friends took place on 8 October
2015. The list of members:
Mitglieder/Members
AME-TECHNIK Arendt, Mildner & Evers GmbH, Hameln
Nasarek Architekten-Team GmbH · BDA, Hameln
BHW Bausparkasse AG, Hameln
C.W. Niemeyer GmbH & Co. KG, Hameln
Dr. Paul Lohmann GmbH KG, Emmerthal
elektroma GmbH, Hameln
Gemeinde Emmerthal, Emmerthal
GWS Stadtwerke Hameln GmbH, Hameln
Hochschule Weserbergland (HSW), Hameln
Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer GmbH, Hameln
Innung SHK Hameln (Sanitär/Heizung), Hameln
Klimaschutzagentur Weserbergland, Hameln
Kreishandwerkerschaft Hameln-Pyrmont, Hameln
KSG Kreissiedlungsgesellschaft mbH des Landkreises HamelnPyrmont, Hameln
Die Kontaktdaten der Mitglieder finden Sie auf der Homepage
des ISFH.
NWDH Holding AG, Hameln
PAW GmbH & Co. KG, Hameln
proKlima – Der enercity-Fonds, Hannover
pv-tools GmbH, Hameln
riha WeserGold Getränkeindustrie GmbH & Co. KG, Rinteln
Sparkasse Weserbergland, Hameln
Stadt Hameln, Hameln
Stadtwerke Bad Pyrmont GmbH, Bad Pyrmont
Stadtwerke Rinteln GmbH, Rinteln
Steinmann BAU GmbH, Emmerthal
Specht + Partner, Hameln
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG, Holzminden
Westfalen Weser Netz GmbH, Paderborn
Zacharias Gebäudetechnik GmbH, Hameln
Contact data of the members may be found on the home page
of the ISFH.
Horst Zacharias
24
1
Das Institut in Zahlen
Statistics of the Institute
Haushalt & Personal
Budget & personnel
D
as Institut für Solarenergieforschung Hameln/Emmerthal
(ISFH) ist eine gemeinnützige Gesellschaft, deren einziger
Gesellschafter das Land Niedersachsen ist. Die institutionelle
Förderung erfolgt aus dem Haushalt des Ministeriums für Wissenschaft und Kultur und deckt im Berichtsjahr 24 % des Gesamtetats (Einnahmen im Jahr 2015) von 11 Millionen Euro ab. Neben
dieser institutionellen Förderung durch das Land Niedersachsen
erzielt das Institut Drittmitteleinnahmen von öffentlichen
Forschungsförderern, wie dem Bund, dem Land Niedersachsen
oder der Europäischen Union (EU). Die Einnahmen aus der
öffentlichen Projektforschung betragen im Berichtsjahr 8 Millionen Euro, davon den allergrößten Teil als Verbundforschung mit
der Solarindustrie. Hinzu kommen Drittmitteleinnahmen aus
der Industrie für Auftragsforschung, die 0,9 Millionen Euro im
Jahr 2015 betrugen.
T
he Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) is a
non-profit association whose sole proprietor is the state of
Lower Saxony. Basic funding comes from the budget of the
Ministry for Science and Culture and makes up 24 % of the total budget (income in 2015) of € 11 million for the reporting
year. In addition to this institutional support, the Institute receives
so-called third-party funding from public research sponsors such
as the Federal Government, the State Government of Lower
Saxony or the European Union (EU). The income from public
research projects was € 8 million in the reporting year, the largest
part of it was joint research together with solar industry. In addition, third-party funding also comes from industry for contract
research amounting to € 0.9 million in the year 2015.
16
Einnahmen/Income [106 €]
14
12
10
Bund, EU, Sonstige
Federal Government, EU, others
8
6
4
Industrie
Industry
2
Institutionelle Förderung
Institutional funding
0
15
20
14
20
13
20
12
20
11
20
10
20
09
20
08
20
07
20
06
20
05
20
04
20
Der Haushalt des ISFH nach Einnahmequellen aufgeschlüsselt. The ISFH budget broken down into funding sources.
Zum Ende des Jahres 2015 waren 145 Personen am ISFH beschäftigt. Bei der Mehrzahl der Beschäftigten handelt es sich um
im Rahmen von Forschungsprojekten zeitlich befristet angestellte
Doktoranden sowie wissenschaftliches und technisches Personal.
In der Gruppe der studentischen Mitarbeiter sind es Praktikanten,
Studienarbeiter und Diplomanden von Universitäten und Fachhochschulen, die im Rahmen ihrer wissenschaftlichen Ausbildung
am ISFH beschäftigt werden. 37 Mitarbeiter sichern als permanent
At the end of 2015 the ISFH had 145 employees. The majority
of the staff consist of scientific and technical personnel and
Ph.D. students employed on a temporary basis to undertake
research projects. The students involved comprise undergraduates from universities or technical colleges employed as part of
their scientific training. 37 staff are permanently employed
guaranteeing the continuity of the scientific work and maintenance of the infrastructure in Central services.
25
1
160
140
Techniker
Technicians
Beschäftigte/Employees
120
FH-Ingenieure
Engineers
100
Studierende
Students
80
Doktoranden
Ph.D. students
60
Wissenschaftler
Scientists
40
Sonstige Mitarbeiter
Others
Zentrale Dienste
Central Services
20
0
15
20
14
20
13
20
12
20
11
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10
20
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08
20
07
20
06
20
05
20
04
20
Die Personalstruktur und Beschäftigtenzahlen am ISFH. The structure of personnel and number of employees at ISFH.
Beschäftigte die Kontinuität der wissenschaftlichen Arbeit und in
den zentralen Diensten die Aufrechterhaltung der Infrastruktur.
Das Gelände der Institut für Solarenergieforschung GmbH am
Ohrberg umfasst insgesamt eine Fläche von 31.812 m2; davon
entfallen auf das Hauptgebäude 2.975 m2 und auf die 2008
vollendete Technologiehalle (SolarTeC) 1.659 m2 Nutzfläche.
Daneben gibt es die Versuchshäuser mit 399 m2 und die Versuchsflächen im Außengelände mit 198 m2 Flächenbedarf. Das in 2013
neu hinzugekommene Gebäude der „Integrierten Solaren Systemtechnik (ISS)“ bietet 576 m2 Nutzfläche.
The Institut für Solarenergieforschung GmbH site on the Ohrberg
comprises a total area of 31,812 m2; of which the main building
has a floorspace of 2,975 m2 and the technology building (SolarTeC) completed in 2008 covers 1,659 m2. In addition, there are
the experimental houses with 399 m2 and the outdoor experimentation areas which take up 198 m2. The “Integrated Solar
Systems” building, which was added in 2013, has a floorspace of
576 m2.
26
1
Abbildung/Figure 22: 55 kWp PV-Anlage, die im November 2014 am ISFH in Betrieb ging.
The 55 kWp PV system, which went into operation at ISFH in November 2014.
Energiemanagement am ISFH
Energy management at ISFH
G
T
lobal denken, lokal handeln! Dieser Grundsatz hat uns
am Institut für Solarenergieforschung (ISFH) motiviert, die
Möglichkeiten des effizienten Energieeinsatzes an unserem Institut
anzusehen und Verbesserungen direkt umzusetzen.
hink globally, act locally! This principle motivated us at the
Institute for Solar Energy Research (ISFH) to look at the possibilities for efficient energy use at our Institute and to implement
improvements in the short-term.
Durch die Installation dezentraler Stromzähler konnten elektrische
Energieflüsse in Prozessanlagen und Anlagen der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) visualisiert, aufgeschlüsselt und schließlich
analysiert werden.
The installation of decentralized electricity meters enabled us to
visualize, itemize and ultimately analyze electrical energy flows
in processing units and technical building equipment (TBE).
Seither wird das Energiemanagement am ISFH in der Weise durchgeführt, dass sämtliche Anlagen ohne Komfort- oder Funktionseinbußen so effizient wie möglich betrieben werden. Mit dieser
Vorgabe wurden die vorhandenen Anlagen in einen optimalen
Betriebsmodus versetzt.
Zusätzlich wurde eine benachbarte Wohnsiedlung, die mittels
eines Nahwärmenetzes geheizt wird, in das Energiemanagement
eingebunden. Dabei wird die Prozessabwärme des ISFH der Siedlung zum Heizen zur Verfügung gestellt, im Gegenzug erhält das
ISFH entsprechende Kälteleistung für den eigenen Kühlkreislauf.
Zudem wurde eine PV-Anlage installiert, die aus einer Ost-West
ausgerichteten Teilanlage mit 40 kWp und einer nach Süden ausgerichteten 15 kWp Teilanlage besteht. Diese Anlage vermindert
die Bezugsstromspitzen und reduziert den Netzstromverbrauch
des ISFH voraussichtlich um weitere 3,8 %.
Since then, energy management at ISFH has been carried out in
such a way that all machines are operated as efficiently as possible
without a loss of convenience or functional limitations. With this
target in mind, the existing equipment was tailored to optimum
operation.
In addition, a neighboring residential area which is heated
with an integrated district heating network was included in the
energy management. At the same time, waste heat from ISFH
was made available for heating the residential area, while, in
return, ISFH receives the equivalent cooling capacity for its own
cooling system.
Furthermore, a PV system was installed which comprised an eastwest-orientated section with 40 kWp and a south-orientated section with 15 kWp. This system reduces electricity consumption
peaks and ISFH’s main electricity consumption by further 3.8 %.
The following changes were undertaken in the last 30 months.
Folgende Veränderungen wurden in den zurückliegenden 30 Monaten vorgenommen.
Bei den elektrischen Verbräuchen wurde die Grundlast reduziert.
Insbesondere die Bereitstellung von Kälte und der damit verbundene Betrieb von zwei Kältemaschinen mit einer Gesamtkälteleistung von 700 kW wurde optimiert, hydraulische Kreise wurden
auf Kurzschlüsse überprüft und diese abgestellt. Die Pumpenleistungen von Kaltwasserpumpen wurden auf die erforderlichen
The base load of electricity consumption was reduced. In particular the provision of cooling and the associated operation of
two cooling machines with a total cooling capacity of 700 kW
was optimized. Bypasses in hydraulic circuits were eliminated.
Cold water pumps were adjusted to the necessary pressure and
flow rate. Inefficient pumps were exchanged for speed- and
pressure-controlled pumps.
27
1
600
2012
Spitzenlast/Peak load 2012
2013
2014
2015
Spitzenlast/Peak load 2013 & 2014
Spitzenlast/Peak load 2015
500
Leistung/Power P [kW]
400
300
200
100
Grundlast/Basic load 2012
Grundlast/Basic load 2013 & 2014
Grundlast/Basic load 2015
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Tag/Day n [-]
Abbildung/Figure 23: Elektrische Lastkurven des ISFH jeweils im Juli der Jahre 2012 bis 2015. Die Spitzenlast wurde von 540 kW auf 400 kW reduziert. Die
Grundlastunterschreitung durch die Photovoltaikanlage ist jeweils durch die blauen Kreise gekennzeichnet.
Electrical load curves of ISFH in July of the years 2012 to 2015. The peak load was reduced from 540 kW to 400 kW. The under-running of the base
load line due to operation of the photovoltaic system is indicated by the blue circles.
Drücke und Durchsätze angepasst bzw. ineffiziente Pumpen gegen
drehzahl- und druckgesteuerte Pumpen getauscht.
Raumluft: Im Bereich der raumlufttechnischen Anlagen (RLTAnlagen) wurden die Luftmengen auf den sich zeitlich ändernden
Bedarf angepasst und damit erheblich reduziert.
Versuchsanlagen: Bei den Versuchsanlagen wurde der Dauerbetrieb von Komponenten auf ein notwendiges Minimum reduziert
und Standbytemperaturen von beheizten Anlagenteilen soweit als
möglich abgesenkt.
Insgesamt konnte so die elektrische Grundlast von rund 200 kW
auf ca. 100 kW reduziert werden. In diesem Zusammenhang wurde
die jährliche Lastspitze von 615 kW in 2012 auf 439 kW in 2015
reduziert. Inklusive der Stromerzeugung der PV-Anlage konnte
der jährliche elektrische Netzbezug wie folgt reduziert werden:
176 kW weniger Spitzenleistung
784.499 kWh/Jahr vermiedener Netzbezug
470,7 t CO2-Einsparung durch geringeren Netzbezug
Zur Reduktion des Gasverbrauchs wurde ein optimierter Betrieb
der raumlufttechnischen Anlagen angestrebt, um die Heizungsan-
Air conditioning: In the area of ventilation systems, the amounts
of air were adjusted to the constantly changing requirements and
thereby reduced.
Experimental apparatus: The continuous operation of components
in experimental apparatus was reduced to an essential minimum
and standby temperatures of heated system components were
reduced as far as possible.
Overall it was possible to reduce the electricity base load from
about 200 kW to approximately 100 kW. In this context, the
annual load peak was reduced from 615 kW in 2012 to 439 kW
in 2015. Including the electricity produced by the PV system, it
was possible to reduce annual electricity consumption as follows:
176 kW reduction in peak consumption
784,499 kWh p.a. grid electricity consumption avoided
470.7 t CO2 savings by lower grid electricity consumption
On gas use, we aimed to optimize operation of the ventilation
systems to reduce heating requirements. In addition, the heating
system was optimized by improved controlling the two 200 kW
central heating boilers and implementation of reduced operation.
The annual savings work out as follows:
28
1
Erdgasvolumen/Nat. gas volume VGas [m3/Woche,week]
10.000
2012
2013
2014
2015
8.000
6.000
4.000
2.000
0
1
3
5
7
9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51
Kalenderwoche/Calendar week
Abbildung/Figure 24: Wöchentlicher Gasverbrauch des ISFH (ohne Versuchshäuser) in den Jahren 2012 bis 2015.
Weekly gas consumption of ISFH for the years 2012 to 2015 (without the experimental houses).
forderungen zu reduzieren. Zusätzlich wurde der Heizungsbetrieb
über die Steuerung der zwei Heizkessel zu je 200 kW in Hinsicht
auf die Kesselsteuerung sowie mögliche Absenkzeiten optimiert.
Die jährlichen Einsparungen ergeben sich wie folgt:
3
88.343 m /Jahr geringerer Erdgasverbrauch, entspricht
859.224 kWh (-54,3 %)
45,7 % witterungsbereinigte Ersparnis
171,8 t CO2-Einsparung durch geringeren Gasverbrauch
Den Einmalinvestitionen von ca. 160.000 € für Stromzähler, in
effiziente Pumpen, die Photovoltaikanlage und in die Programmierung der Gebäudeleittechnik, sowie jährlichen Kosten von
ca. 70.000 € in Personal stehen damit Einsparungen von zusammen 162.241 €/Jahr gegenüber (Gas und Strom). Insgesamt wurden
durch die Verbrauchsreduktion ca. 30 % der jährlichen Energiekosten des ISFH eingespart.
Die Investitionen weisen eine Amortisationszeit von ca. zwei Jahren auf. Damit wird deutlich, dass derartige Maßnahmen für den
effizienten Betrieb von Gebäudetechnischen- und Produktionsanlagen auch rein wirtschaftlich betrachtet, äußerst sinnvoll sind.
88,343 m3/year less natural gas consumption, equivalent to
859,224 kWh (-54.3 %)
45.7 % weather-adjusted saving
171.8 t CO2 saved due to less gas consumption
The investments of approximately € 160,000, for electricity meters
as well as investments in efficient pumps, the photovoltaic system
and investments in programming of the building control system
and annual personnel costs of approx. € 70,000 for the implemented measures are offset by savings of € 162,241 p.a. altogether
(for gas and electricity). Overall, by reduction of energy consumption a reduction of c. 30 % of the annual energy costs of
ISFH were achieved.
The investments have an amortization period of approximately
two years. This clearly indicates the extremely – also financially –
beneficial effects generated by efforts realized in efficient operation of building and production equipment.
The avoidance of CO2 emissions through the reduction of electricity and gas consumption amounts to 642.5 t CO2 p.a. in total.
Die Vermeidung von CO2-Emissionen durch die Reduktion beim
Strom- und Gasverbrauch (inkl. PV-Anlage) beträgt insgesamt
642,5 t CO2 pro Jahr.
Carsten Hampe, Manuel Stratmann, Stefan Beisse, Wolfgang Gaßdorf, Michael Weiß, Dirk Bartels
29
2
Forschungsabteilungen
Research departments
Research topics
Forschungsthemen
Entwicklung hocheffizienter Siliziumsolarzellen in Beidsei
tenkontakt- und Rückkontaktkonfiguration
Schlüsseltechnologien zur kostengünstigen Herstellung von
Hocheffizienz-Solarzellen (Ionenimplantation, poly-SiliziumKontakte)
Oberflächenpassivierung von Siliziumsolarzellen (SiO2, SiNx,
Al2O3, a-Si)
Hocheffiziente PERC-Siebdrucksolarzellen
Heterojunction-Solarzellen (a-Si/c-Si, Polymer/c-Si)
Industrienahe Technologie- und Prozessentwicklung
Sägeverlustfreie Methoden zur Herstellung ultradünner Si-Wafer
Neue kamerabasierte Charakterisierungsverfahren für SiliziumMaterialien, Solarzellen und Module
Analyse von Defekten in Silizium und ihrer Auswirkungen
auf Solarzelleneigenschaften
Neuartige Verbindungstechniken für PV-Module
Langzeitstabilität von Solarzellen und PV-Modulen
Mechanische Eigenschaften von Modulen
Bauelement- und Prozesssimulation
Silizium-Anoden für Li-Ionen-Batterien
Development of high-efficiency silicon solar cells in two-
side-contact and rear-contact configurations
Key technologies for the inexpensive production of high-ef-
ficiency solar cells (ion implantation, poly-silicon contacts)
Surface passivation of silicon solar cells (SiO2, SiNx, Al2O3,
a-Si)
High-efficiency screen-printed PERC solar cells
Heterojunction solar cells (a-Si/c-Si, Polymer/c-Si)
Technology and process development in collaboration with
industry
Kerfless-free methods of the fabrication of ultra-thin silicon
wafers
Novel camera-based characterization techniques for silicon
materials, solar cells and modules
Analysis of defects in silicon and their impact on solar cell
Dienstleistungen
properties
Innovative interconnection techniques for PV modules
Long-term stability of solar cells and PV modules
Mechanical properties of modules
Device and process simulation
Silicon anodes for Li-ion batteries
Services
Auftragsarbeiten zu technologieorientierten Fragestellungen
Commissioned work on technology-oriented topics in the field
in der Photovoltaik
Charakterisierung von Solarzellen, Prozessen und Materialien
Prüfung von PV-Modulen
Characterization of solar cells, processes and materials
Testing of PV modules
of photovoltaics
Apparative Ausstattung
2
800 m Solar-Technikum (SolarTeC) für die Prozessierung
Equipment & facilities
2
800 m solar technology center (SolarTeC) for the processing
von Solarzellen auf industrienahen Anlagen
Ionenimplanter (gemeinsame Nutzung mit dem MBE-Institut
of solar cells using industrial equipment
Ion implanter (together with the MBE Institute of the LUH
der LUH und anderen Nutzern des LNQE)
Reinraumlabore für 6”-Siliziumtechnologie (nasschemische
Reinigung, Ofenprozesse, Plasmaprozesse)
Oxidations- und Diffusionsöfen
Remote- und Direkt-Plasmabeschichtungsanlagen (PECVD)
Industrielle SiNx-Beschichtungsanlage nach dem ICP-Verfahren
Thermische und plasmaunterstützte Atomlagenabscheidung
(ALD)
Ultraschnelle ALD-Abscheidung
Cluster-PECVD-Tool für Abscheidung dotierter amorpher
Silizium-Schichten
Industrielle Siebdrucker und Feueröfen für die Zellmetallisierung
and other users of the LNQE)
Clean room laboratories for 6” silicon technology (wet-chemi-
cal cleaning, furnace and plasma processes)
Oxidation and diffusion furnaces
Remote and direct plasma deposition systems (PECVD)
Industrial SiNx deposition tool based on the ICP technique
Thermal and plasma-assisted atomic layer deposition (ALD)
Ultra-fast ALD tool
Cluster PECVD tool for the deposition of doped amorphous
silicon layers
Industrial screen printers and firing furnaces for the solar
cell metallization
30
2
Integrierte Hochraten-Durchlauf-Aufdampf- und Sputteranlage
Laserlabor mit acht Laser-Materialbearbeitungssystemen
Verbindungs- und Modultechnologie: Löttechnik, Stringer,
Integrated high-rate inline deposition and sputtering system
Laser laboratory with eight laser systems for material processing
Interconnection and module technology: soldering equipment,
Laminator
Klimakammern sowie UV- und Halogenlampen-Bestrahlungs-
stringer, laminator
Climate chambers as well as UV- and halogen-lamp irra-
plätze
Transportsimulation von PV-Modulen (Shaker)
Modulflasher, Elektrolumineszenz-, Thermographie- und
diation chambers
Transport simulation for PV modules (Shaker)
Module flasher, electroluminescence, thermography and
Fluoreszenzmessplatz für PV-Module
Sonnensimulatoren und spektrale Empfindlichkeitsmessung
fluorescence set-ups for PV module characterization
Solar simulators and spectral response set-ups for 6”-solar
für 6”-Solarzellen
Vollautomatisiertes integriertes Solarzellen-Charakterisierung-
tool
cells
Fully-automated integrated solar cell characterization tool
Camera-based electro- and photoluminescence equipment
for solar cells and wafers
Kamerabasierte Elektro- und Photolumineszenz für Solarzellen
und Wafer
Quasistatische Photoleitung (QSSPC)
Mikrowellen-detektiertes Photoleitungsabklingen (MW-PCD)
Temperatur- und Injektionsabhängige Lebensdauerspektroskopie (TIDLS)
Kapazitäts-Spannungs-Messungen (CV)
Dotierprofilmessung mit ECV-Profiler
Licht- und Rasterelektronenmikroskopie
Energiedispersive Röntgenanalyse und Röntgenbeugung (EDX
und XRD)
Ramanspektrometer and Röntgendiffraktometer
4-Linienbiegeversuch für mechanische Belastungstests von
PV-Modulen
Quasi-steady-state photoconductance (QSSPC)
Microwave-detected photoconductive decay (MW-PCD)
Temperature- and injection-dependent lifetime spectroscopy
(TIDLS)
Capacitance-voltage measurements (CV)
Doping profile measurement by ECV method
Light and scanning electron microscopy
Energy-dispersive X-ray analysis and diffraction (EDX and
XRD)
Raman spectrometer and X-Ray diffractometer
4-line bending set-up for mechanical load tests of PV modules
Highlights
Glanzlichter
Modul aus 60 halbierten PERC-Solarzellen erreicht Wirkungs
grad von 20,2 %
21,5 % effiziente industrienahe bifaziale PERC+ Solarzelle
mit AlOx/SiNy-Rückseitenpassivierung auf 15,6 ×15,6 cm2
p-Typ Cz-Si
26,2 % effiziente Tandem-Solarzelle mit Silizium-Bottomzelle und GaInP-Topzelle
21,0 % effiziente PERT-Solarzelle mit industrienaher Kodiffusion auf 15,6 × 15,6 cm2 n-Typ Cz-Si
Poly-Si/c-Si-Kontakte mit Sättigungsstromdichten von 1 fA/cm2
bei geringen Kontaktwiderständen (< 10 mΩcm2)
Neues Defektmodell erklärt lichtinduzierte Degradation und
Regeneration der Lebensdauer in multikristallinem Silizium
Ultraschnelle permanente Deaktivierung des Bor-SauerstoffKomplexes in Cz-Si innerhalb weniger Sekunden
UV-Fluoreszenz-Messgerät zur Erkennung von PV-Modulfehlern für den Außeneinsatz
Neugründung des Labors „Solar Cells & Sensors“ als Teil des
ISFH CalTeC zur Kalibrierung von Solarzellen und der Prüfung
von Spektrometern
DAkkS Akkreditierung des „Solar Cells & Sensors“ Labors zur
Prüfung von Spektralradiometern bezüglich der korrekten Messung der spektralen Bestrahlungsstärke
Module consisting of 60 halved PERC solar cells achieves
efficiency of 20.2 %
21.5 % efficient industrial bifacial PERC+ solar cell with
AlOx/SiNy rear passivation on 15.6 × 15.6 cm2 p-type Cz-Si
26.2 % efficient tandem solar cell with silicon bottom cell
and GaInP top cell
21.0 % efficient PERT solar cell with industrial co-diffusion
on 15.6 × 15.6 cm2 n-type Cz-Si
Poly-Si/c-Si contacts with saturation current densities of
1 fA/cm2 at low contact resistances (< 10 mΩcm2)
New defect model explains light-induced degradation and
regeneration of the lifetime in multicrystalline silicon
Ultra-fast permanent deactivation of the boron-oxygen complex in Cz-Si within a few seconds
UV fluorescence measurement tool for the detection of defects
in PV modules in the field
Foundation of the “Solar Cells & Sensors” laboratory as part
of the ISFH CalTeC for the calibration of solar cells and the
testing of spectrometers
DAkkS accreditation of the “Solar Cells & Sensors” laboratory
for the testing of spectral radiometers with respect to the
correct measurement of the spectral irradiance
31
2
Forschungsthemen
Research topics
Innovative Sonnenkollektoren, wie Hocheffizienzkollektoren,
Innovative solar thermal collectors like high-efficiency collec-
photovoltaisch-thermische Kollektoren, Fassaden- oder Fensterkollektoren etc.
Entwicklung und Charakterisierung von Absorber- und Verglasungsbeschichtungen inklusive durch Temperatur optisch
geschaltete Schichten
Betriebssicherheit von Sonnenkollektorfeldern mit Fokus
auf Stagnation, dafür Entwicklung von schaltenden Sonnenkollektoren ohne Dampfentwicklung im Stillstand, mit Hilfe
optischer Schichten oder leistungsbegrenzter Wärmerohre
Verfahren zur Effizienz- bzw. Ertragskontrolle von Wärmeerzeugern und -zentralen
Neu- und Weiterentwicklung von experimentellen Prüf- und
Bewertungsverfahren für Komponenten und Systeme, insbesondere mit Emulation der solaren Erträge und der Bedarfe
Strom/Wärme (Hardware-in-the-loop)
Entwicklung thermisch-sensibler Speicher, Maßnahmen zur
Reduktion von Speicherverlusten, Optimierung der Kopplung
von Wärmepumpen mit Speichern
Entwicklung neuer Systemanordnungen und deren Optimierung mit Hilfe von Systemsimulationsstudien und experimenteller Analyse im Rahmen von Pilotvorhaben
Effiziente solar unterstützte Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern durch optimierte Verteilnetze und Wärmezentralen
Entwicklung von Simulationsmodellen für Komponenten und
Subsysteme von dezentralen Gebäude-Energieanlagen, insbesondere für TRNSYS
Analyse und Optimierung strombasierter lokaler Energieversorgungssysteme inklusive lokaler Erzeugung, Last- und
Erzeugerzeitreihen sowie Gleichzeitigkeiten
tors, photovoltaic thermal collectors, façade and window
collectors etc.
Development and characterization of coatings for absorbers
and glazings, including layers for temperature induced
switching of optical properties
Operational safety of solar collector fields, with focus on
stagnation, therefore development of self-adapting solar collectors, which do not produce vapour in case of stagnation,
using optical layers or temperature limiting heat pipes
Methods for automatic yield or efficiency control of heat
generators or stations
New and further development of testing and evaluation
procedures for components and systems, especially using
emulators of solar yield and load for electricity and heat
(Hardware-in-the-loop)
Development of sensible heat storage tanks, measures for the
storage loss reduction, optimization of the coupling of heat
pump and buffer storage
Development and optimization of new system concepts by
means of system simulation studies and monitoring with
experimental analysis at pilot plants
Efficient solar supported heat supply in multi-family buildings
via optimization of the distribution network and the central
heat stations
Development of new simulation models for components and
subsystems of decentralized energy systems in buildings,
especially for TRNSYS
Analysis and optimization of electricity based local energy
supply systems including local power production, yield
and demand time series and simultaneity
Dienstleistungen
Services
Norm-Prüfungen an kommerziellen Sonnenkollektoren, Ab-
Standard tests on commercial solar collectors, absorber
sorberschichten, Speichern und Solaranlagen nach EN 12975,
EN 12976 sowie EN 12977 in unserem nach EN ISO IEC 17025
akkreditierten Prüfzentrum, Durchführung vollständiger Prüfungen sowie Begehungen nach den SolarKeymark-Regeln
Charakterisierung optischer Eigenschaften und Belastungstests für Absorber und Gläser
Charakterisierung von Dämmungen, Wärmerohren, Speicheranschlüssen, Wärmepumpen, Brenn- und Heizwertkesseln,
Frischwasserstationen etc.
Wissenschaftliche Begleitung industrieller Entwicklungen mit
experimentellen Methoden und Simulationen sowie der
Durchführung von Feldtests
coatings, storages and solar thermal systems according to
EN 12975, EN 12976 and EN 12977 in our EN ISO IEC 17025accredited test laboratory, and implementation of complete
tests and inspections in accordance with the SolarKeymark
rules
Characterization of optical properties and reliability tests
for absorbers and glass panes
Characterization of insulation materials, heat pipes, storage
tank connections, heat pumps, (condensing) boilers, domestic
hot water modules etc.
Scientific support of industrial developments using laboratory
experiments and simulation studies as well as field tests
32
2
Apparative Ausstattung
Equipment & facilities
Innenprüfstände mit zwei Sonnensimulatoren für Leistungs-
Indoor test facilities with two sun simulators for performance
und Gebrauchstauglichkeitstests, bis 1200 W/m2
Prüfanlagen für Druck-, Sog- und Schubprüfungen an
Solarmodulen
Testdächer mit 400 m2 Nutzfläche für Gebrauchstauglichkeitstests an Kollektoren und Systemen sowie Leistungstests
an Kollektoren bis 180 °C
Zwei nachführbare Außenprüfstände mit 20 m2 Nutzfläche
Teststand für Systemtests an Solaranlagen nach EN 12976
Zwei Prüfstände für Wärmespeicher, mit je vier modularen
Thermostaten sowie Reglerprüfstand nach EN 12977
Bewertung von Wärmetauscher-Einzelrohren und Rohrwendeln sowie Teststand zur Untersuchung von Einrohrzirkulation
Variabel einsetzbare Experimentier-Solaranlage zur Bewertung
innovativer Systemkonzepte und neuer Komponenten (Testdach)
Variabel einsetzbare begehbare Klimakammer (75 m3) mit
Großflächen-Sonnensimulator
Vakuum-Beschichtungsanlagen für die Entwicklung von
Funktionsschichten (Sputtern, Aufdampfen)
Optisches Labor für Transmissions- und Reflexionsmessungen
spektral aufgelöst (UV-VIS-NIR-MIR), spektrale Ellipsometrie
(0,24 bis 33 μm) mit Probentemperierung, zweiachsiges Fotogoniometer für streuende und lichtlenkende Verglasungen
Testanlagen für Alterungsuntersuchungen an Glas- und Absorber-Oberflächen (Kondensat, Temperatur, korrosive Medien)
Prüfstände für Verglasungen und Fassadenelemente, zur Ermittlung des Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) und des
Gesamtenergiedurchlassgrades (g-Wert) sowie zu Langzeitbelastungen
Prüfstände für Leistungs- und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen an Wärmerohren für Sonnenkollektoren
Prüfstände für Dämmstoffe (Gebrauchstauglichkeit, Wärmeleitfähigkeit)
Glanzlichter
and reliability tests, up to 1200 W/m2
Facilities for pressure, suction and thrust load on solar modules
Test roofs with 400 m2 for reliability tests on collectors and
systems as well as performance tests on solar collectors up
to an operation temperature of 180 °C
Two solar-tracking platforms with an effective area of 20 m2
Test facility for solar systems in accordance with EN 12976
Two test facilities for thermal storage tanks, each with four
modular thermostats and control test facility, in accordance
with EN 12977
Heat transfer measurements on single-tube and spiral tube
heat exchangers, as well as a test rig for the investigation of
tube internal recirculation
Multifunctional experimental solar system test rig for the
evaluation of innovative system concepts and new components (outdoor)
Large volume walk-in climate chamber (75 m3) with wide area
solar simulator
Vacuum coating facilities for the development of functional
layers by sputtering and vapour deposition
Optical laboratory for transmission and reflection measurements
spectrally resolved (UV-VIS-NIR-MIR), spectral ellipsometry
(0.24 to 33 μm) including controlled heating of samples, biaxial
photo-goniometer for scattering or light directing glazing systems
Facilities for ageing tests for glass and absorber surfaces
(condensation, temperature, corrosive media)
Test facilities for glazing and façade elements, determination
of thermal transmission coefficient (U-value) and the total
solar energy transmittance (g-value) as well as long-term high
temperature exposure
Test facilities for performance and reliability tests on heat
pipes for solar collectors
Test facilities for insulation materials (thermal conductivity,
reliability)
Highlights
Inbetriebnahme des Demonstrations-Sonnenhauses der
Start of operation of the demonstration solar house of HELMA
HELMA Eigenheimbau in Hannover mit Gebäude als Wärmespeicher, erfolgreicher Betrieb im ersten Jahr
Aufbau Experimentalanlage für Wärmezentralen in mittleren
Mehrfamilienhäusern mit Gaskessel und Solarthermiekreis
für Raumheizung und Trinkwarmwasser, einschließlich
Messtechnik zur Bestimmung des Erdgas-Brennwerts
Öffentlicher Workshop für das Projekt „Thermochrome Absorber für Solarthermische Kollektoren“, dafür 1. Posterpreis auf der OTTI Symposium „Thermische Solarthermie“
sowie erfolgreicher Auftritt auf Hannover Messe Industrie
Aufbau und Inbetriebnahme variabler Experimentalanlage
für die Untersuchung regenerierbarer Erdwärmekollektoren
und Spiral-Wärmeübertrager als Quelle für Wärmepumpen
Eigenheimbau in Hanover, where the building mass serves
as storage, successful operation in first year
Construction of experimental facility for investigating central
heat stations in multi-family buildings, with gas boiler and solar
thermal circuit for space heating and domestic hot water, including the measurement of the calorific value of natural gases
Public workshop in the project “Thermochromic Absorbers
for Solar Thermal Collectors”, thereto 1st poster prize at OTTI
Solar Thermal Symposium and successful presentation at
Hanover Fair Industry
Construction and start of operation of variable experimental
facility for the investigation of horizontal and spiral ground
heat exchangers as a source for heat pumps, including
thermal regeneration features
33
3
Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific results
Lichtinduzierte Degradation und Regeneration der
Ladungsträger-Lebensdauer in multikristallinem
Silizium
Light-induced degradation and regeneration of
the carrier lifetime in multicrystalline silicon
A
us multikristallinem Siliziummaterial (mc-Si) gefertigte Solarzellen zeigen eine ausgeprägte Degradation ihrer Effizienz
unter Beleuchtung bei erhöhten Temperaturen wie sie im praktischen Modulbetrieb häufig erreicht werden. Besonders bei Solarzellen mit einer passivierten Rückseite wurde eine Degradation
der Effizienz von bis zu 6 % relativ auf einer Zeitskala von einigen
hundert Stunden beobachtet. Weitere Untersuchungen zeigten,
dass die Effizienz der degradierten Solarzellen bei fortgesetzter
Beleuchtung wieder auf ihren ursprünglichen Wert ansteigt.
Um das fundamentale Verständnis für diesen bislang unverstandenen Degradations- und Regenerationseffekt zu verbessern,
haben wir Experimente auf mc-Si Lebensdauerproben durchgeführt, die entsprechend eines industrietypischen Rückseitenprozesses einer Solarzelle prozessiert wurden. Um den Einfluss
industrietypischer thermischer Prozesse auf das Verhalten der
Ladungsträger-Lebensdauer unter Beleuchtung zu untersuchen,
wurden die Proben in zwei Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe
wurde bei einer Temperatur von 900 °C gefeuert, die andere bei
einer reduzierten Temperatur von nur 650 °C. In industriellen Solarzellenprozessen ist der Feuerungsschritt, bei dem die Solarzellen der eingestellten Temperatur für einige Sekunden ausgesetzt werden, der letzte und damit bezüglich der Defektphysik
S
olar cells produced from multicrystalline silicon (mc-Si)
show a pronounced degradation in their efficiency under
illumination at elevated temperatures, as typically occuring in
practical module operation. Especially on solar cells with a passivated rear side, a degradation in the efficiency was observed up to
6 % relative within several hundred hours. Further investigations
revealed that the efficiency of the degraded solar cells increases
again to the initial value under prolonged illumination.
In order to improve the fundamental understanding of this so far
unaccountable degradation and regeneration effect, we conducted
experiments on mc-Si lifetime samples, prepared in accordance
with an industrial-type solar cell rear-side process. In order to
examine the impact of industrial-type thermal processes on lifetime performance under illumination, the samples were split into
two groups. One group was fired at a temperature of 900 °C and
the other group at a reduced temperature of 650 °C. In industrial
solar cell processes the firing step, in which the solar cell is exposed to the set temperature for several seconds, is the last and
therefore the crucial process step concerning the defect physics. Afterwards, the samples were illuminated at a light intensity of one sun at an elevated temperature of 75 °C. This represents realistic conditions in module operation.
1.000
1
2
3
SiNx
Lebensdauer/Lifetime τ [μs]
mc-Si, 650 °C
p-Typ mc-Silizium
p-type mc-silicon
100
Al2O3
mc-Si, 900 °C
10
0
200
400
600
Beleuchtungszeit/Exposure time t [h]
800
Abbildung/Figure 27: Ladungsträgerlebensdauer in mc-Si Lebensdauerproben aufgetragen gegen die Beleuchtungszeit bei der Lichtintensität einer
Sonne und einer Temperatur von 75 °C. Die Entwicklung der Ladungsträger-Lebensdauer kann in drei Stufen unterteilt werden: (1) schnelle
Degradation, (2) langsame Degradation und (3) Regeneration.
Carrier lifetime in mc-Si lifetime samples plotted against illumination
time at one-sun light intensity and a temperature of 75 °C. The evolution
of the carrier lifetime can be sub-divided into three stages: (1) fast degradation, (2) slow degradation and (3) regeneration.
34
3
Scientific results
entscheidende Prozessschritt. Anschließend wurden die Proben
bei einer Lichtintensität von einer Sonne und einer erhöhten
Temperatur von 75 °C beleuchtet. Dies entspricht realistischen
Bedingungen im Modulbetrieb.
Wie in Abbildung 27 dargestellt, wurde für die bei 900 °C gefeuerten Lebensdauerproben ein Degradationsverhalten in zwei
Stufen beobachtet. Die erste Stufe ist innerhalb der ersten zwei
Stunden abgeschlossen, während die zweite Stufe erst nach
ca. 100 Stunden beendet ist. Für längere Beleuchtungszeiten
beobachten wir eine Regeneration der Lebensdauer, die schließlich einen mit dem Ausgangszustand vergleichbaren bzw. sogar
etwas höheren Lebensdauerwert erreicht. Einen sehr starken
Einfluss hat die gewählte Feuertemperatur auf das Degradationsund Regenerationsverhalten. Reduzieren wir die Feuertemperatur
von 900 °C auf 650 °C, so ist zum einen die gemessene Lebensdauer erheblich erhöht und zum anderen eine stark verminderte
Degradation zu beobachten. Nach erfolgter Regeneration liegen die
stabilen Lebensdauern des untersuchten mc-Si Materials bei 130 μs
nach dem 900 °C Feuerschritt und bei 600 μs nach dem 650 °C
Feuerschritt. Dieser große Unterschied zeigt den empfindlichen
Einfluss der gewählten Feuertemperatur auf die mc-Si Materialqualität und damit auf den Wirkungsgrad der daraus hergestellten
Solarzellen.
As shown in Figure 27, the lifetime samples fired at 900 °C were
subject to degradation. The first stage occurred within the first
two hours, while the second stage was only completed after
about 100 hours. With even longer illumination we observed a
regeneration of the carrier lifetime, which finally reaches values
comparable to the initial state or even slightly higher values. The
chosen firing temperature was found to have a considerable impact on degradation and regeneration behavior. By reducing
the firing temperature from 900 °C to 650 °C, the measured
lifetime was increased considerably and greatly reduced degradation was observed. After regeneration was completed, the stable
carrier lifetimes of the mc-Si material studied were 130 μs after
the 900 °C firing step and 600 μs after the 650 °C firing step.
This great difference shows the pronounced impact of the firing
temperature on mc-Si material quality and therefore also on the
efficiency of the solar cells produced from this material.
200
c
b
d
30 mm
Lebensdauer/Lifetime τ [s]
a
0,1
Abbildung/Figure 28: Mittels Photolumineszenz-Imaging
gemessene ortsaufgelöste Lebensdauern einer mc-Si Lebensdauerprobe zu verschiedenen Zeitpunkten während
der Degradation und Regeneration bei einer Lichtintensität von einer Sonne und einer Temperatur von 75 °C.
(a) Initialer Zustand, (b) nach 48 Stunden Beleuchtung,
(c) nach 448 Stunden und (d) nach 616 Stunden.
Spatially-resolved lifetime images of a mc-Si lifetime
sample at different timesteps during degradation and regeneration at one-sun light intensity and a temperature
of 75 °C measured with photoluminescence imaging. (a)
Initial state, (b) after 48 hours of illumination, (c) after
448 hours and (d) after 616 hours.
35
3
Scientific results
Wie die ortsaufgelösten Lebensdauermessungen in Abbildung
28 zeigen, degradiert die Lebensdauer über die Probenoberfläche
räumlich recht homogen. Im Gegensatz dazu ist die Regeneration
der Lebensdauer ein inhomogener Prozess. Wir beobachten, dass
die Regeneration mit der Dicke des Wafers zusammenhängt. Je
dünner der Wafer an der jeweiligen Stelle ist, desto schneller
schreitet die Regeneration voran.
As the spatially resolved carrier lifetime measurements in Figure
28 show the carrier lifetime spatially degrades relatively homogeneously over the sample area. In contrast, the regeneration of
the carrier lifetime was found to be an inhomogeneous process.
We observed that the regeneration is related to the thickness of the
wafers. The thinner the wafer is at the respective point, the faster
the regeneration proceeds.
Basierend auf unseren Beobachtungen haben wir ein mögliches
Defektmodell entwickelt, das sowohl die zweistufige Degradation
wie auch die Regeneration konsistent erklärt. Da wir die ausgeprägte Degradation und Regeneration nur nach einem Feuerschritt
bei hoher Temperatur beobachten, gehen wir davon aus, dass
durch den Temperaturschritt bei 900 °C im mc-Si Material vorhandene Metallpräzipitate aufgelöst werden und anschließend
eine erhöhte Konzentration an interstitiellen Metallatomen im
mc-Si Material vorliegt. Diese interstitiellen Metallatome werden
durch eine andere homogen verteilte Verunreinigung (z. B.
Sauerstoff, Kohlenstoff oder Wasserstoff) eingefangen und bilden
einen zunächst rekombinationsinaktiven Defektkomplex. Unter
Beleuchtung bei erhöhter Temperatur ändert dieser Komplex
seine Konfiguration und dissoziiert schließlich. Die Rekonfiguration des Komplexes ist in unserem Modell für die zunächst
stattfindende schnelle Degradation verantwortlich, während die
langsamere Degradation darauf zurückzuführen ist, dass der
Defektkomplex dissoziiert und die interstitiellen Metallatome
effektive Rekombinationszentren sind. Bei fortgeführter Beleuchtung unter erhöhter Temperatur diffundieren die interstitiellen
Metallatome zu den Waferoberflächen und verbleiben dort. Eine
weitere mögliche Senke sind inhomogen verteilte kristallographische Defekte (z. B. Versetzungen), an die sich die Metallatome
binden können.
Based on our findings we have developed a possible defect
model that consistently explains both the two-stage degradation
as well as the regeneration. As we only observed a pronounced
degradation and regeneration after a firing step at a high temperature, we assume that pre-existent metal precipitates dissolve in
the mc-Si material during temperature treatment at 900 °C and
an increased concentration of interstitial metal atoms is subsequently present. These interstitial metal atoms are captured by
a homogeneously distributed impurity (e. g. oxygen, carbon or
hydrogen) and form an initially recombination-inactive defect
complex. Under illumination at elevated temperature this complex
changes its configuration and eventually dissociates. Within our
model the reconfiguration of this complex is responsible for the
fast initial degradation, while the slower degradation is explained
by the defect complex dissociating and the interstitial metal atoms
being effective recombination centers. During prolonged illumination at elevated temperature the interstitial metal atoms
diffuse into the wafer surfaces and remain there. Inhomogeneously-distributed crystallographic defects (e. g. dislocations), to
which metal atoms can attach themselves, are a further possible
sink.
Von einem praktisch-technologischen Gesichtspunkt aus betrachtet, zeigen unsere Experimente einen einfach zu implementierenden Weg auf, um die Degradation der Effizienz von mc-Si
Solarzellen zu vermeiden. Dies kann entsprechend unseren Ergebnissen einfach durch eine Reduzierung der maximalen
Feuerungstemperatur unterhalb einer kritischen Grenze erreicht
werden. Unterhalb dieser noch exakt zu bestimmenden kritischen
Temperatur, die im Bereich zwischen 650 °C und 900 °C liegt,
lösen sich die im mc-Si Material vorhandenen Metallpräzipitate
nicht bzw. nur unvollständig auf. Die Bildung des für die Degradation verantwortlichen Defektkomplexes wird dadurch
vermieden.
From a practical-technological point of view, our experiments
show a simple-to-implement approach to avoid a degradation
in efficiency of mc-Si solar cells. Our results suggest that this can
be achieved simply by reducing the maximum firing temperature
below a critical level, which needs to be determined with higher
accuracy. Below this critical temperature, which is between
650 °C and 900 °C, the metal precipitates present in the mc-Si
material do not dissolve completely or at all. The formation of the
defect complex responsible for the degradation is therefore a
avoided.
Dennis Bredemeier, Jan Schmidt
36
3
Scientific results
Industrienahe ionenimplantierte und siebdruckmetallisierte bifaciale n-Typ PERT Solarzellen mit
Effizienzen von 21 % und Bifacialitätsfaktoren
größer 97 %
D
Industry-oriented Ion implanted and screenprinted metallized bifacial n-type PERT solar
cells with efficiencies of 21 % and bifacial factors
exceeding 97 %
I
as ISFH hat im Juni 2015, in Kooperation mit dem Institut
für Materialien und Bauelemente der Elektronik (MBE) der
Leibniz Universität Hannover (LUH), das Verbundprojekt „CHIP“
zu industrienahen, ionenimplantierten n-Typ PERT (Passivated Emitter and Rear, Totally doped) Solarzellen erfolgreich abgeschlossen.
Das CHIP-Projekt (Cost-efficient High-throughput Ion implantation
for Photovoltaics) wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie (BMWi) mit insgesamt 3,2 Millionen Euro gefördert.
Im Rahmen von CHIP wurde im Reinraum des interdisziplinären,
u. a. vom ISFH und MBE genutzten, Laboratoriums für Nano- und
Quantenengineering (LNQE) an der LUH ein moderner, für die
Photovoltaik (PV) geeigneter Ionenimplanter installiert.
n June 2015, ISFH and the Institute for Electronic Materials and
Devices (MBE) of the Leibniz Universität Hannover (LUH)
successfully completed the “CHIP” joint-development project
on industry-oriented ion implanted n-type PERT (Passivated
Emitter and Rear, Totally-doped) solar cells. The CHIP project
(Cost-efficient High-throughput Ion implantation for Photovoltaics) was funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy with a total of € 3.2 million. In the CHIP
project, a modern ion implanter, suitable for PV applications was
installed in the clean room of the Laboratory for Nano and Quantum Engineering (LNQE), an interdisciplinary laboratory located
at the LUH and used i. a. by ISFH and MBE.
Durch Ionenimplantation wird der Si-Kristall zunächst nahe der
Oberfläche geschädigt. Dieser Schaden muss anschließend durch
einen Hochtemperaturschritt ausgeheilt werden. Ein Schwerpunkt
des CHIP Projekts war die wissenschaftliche Untersuchung der
während dieser Ausheilung ablaufenden physikalischen Prozesse,
mit besonderem Fokus auf den Vergleich zwischen Implantation
von elementarem Bor und Implantation von Borfluoriden (BFx;
x = 1;2). Letztere amorphisieren die Oberfläche des Si-Kristalls,
wodurch die nachfolgende Ausheilung durch Festphasenepitaxie
unterstützt wird. Daher kann die Ausheiltemperatur von 1.050 °C
auf 950 °C gesenkt und es können somit Prozesskosten eingespart
Ion implantation initially damages the Si crystal near the surface.
This damage has to be repaired in a subsequent high-temperature
annealing step. A key aspect of the CHIP project was the scientific
investigation of the physical processes taking place during the annealing, with special focus on the comparison of implantation of
elementary boron and implantation of boron fluorines (BFx;
x = 1;2). The latter result in an amorphization of the surface of
the Si crystal, whereby the subsequent repair is assisted by solidphase epitaxy. Therefore, the repair temperature can be reduced
from 1,050 °C to 950 °C, leading to a reduction in process costs.
Abbildung/Figure 29: Fotografie einer 156 mm × 156 mm großen ionenimplantierten co-annealten und beidseitig siebgedruckten bifacialen n-Typ
PERT Solarzelle mit einer Effizienz von 21 %.
Photograph of a 156 mm × 156 mm large, ion implanted, co-annealed and
fully screen-printed bifacial n-type PERT solar cell with an efficiency
of 21 %.
37
3
Scientific results
werden. Darüber hinaus ist BFx besonders relevant für die Anwendung von Ionenimplantation in der PV, da hier aus Kostengründen
auf einen Massenseparator im Ionenimplanter verzichtet wird. Mit
BF3 als Precursor-Gas wird hauptsächlich BF2 implantiert.
Furthermore, BFx is highly relevant for the application of ion
implantation in photovoltaics since mass separators are not used
in the ion implanter for cost reasons. Therefore, with BF3 as the
precursor gas, mainly BF2 is implanted.
Die gewonnenen Erkenntnisse bzgl. des Ausheilprozesses wurden
für die Herstellung von industrienahen n-Typ PERT Solarzellen mit
einem sehr schlanken Prozessfluss genutzt: Nach beidseitiger
Texturierung von 156 mm × 156 mm großen n-Typ Cz-Wafern
wurde die Vorderseite mit Bor oder BF2 und die Rückseite mit
Phosphor implantiert. Der Implantschaden wurde in einem Hochtemperaturschritt ausgeheilt (co-annealing), wobei die Verwendung von BF2 die erwähnte Reduktion der benötigten Temperatur
ermöglichte. Nach der Ausheilung wurde die Vorderseite mit
einem Aluminiumoxid/Siliziumnitrid (Al2O3/SiNx) Schichtstapel
und die Rückseite mit einer SiNx Schicht passiviert. Anschließend
wurden die Vorder- und Rückseite mittels Siebdruck metallisiert
und die Zelle gefeuert. Der Silberverbrauch konnte durch FinelineSiebdruck gering gehalten werden. Die Prozessierung erfolgte
hauptsächlich auf industrietypischen Anlagen im SolarTeC.
The obtained insights into the repair processes have been applied to the processing of industrial-oriented n-type PERT solar
cells with a very lean process flow: After double-side texturing
of 156 mm × 156 mm n-type Cz wafers, the front-side was implanted with boron or BF2, and the rear-side was implanted
with phosphorus. Implanting damage was repaired (coannealed)
in a high-temperature step, while the utilization of BF2 enabled the
aforementioned reduction of temperature required. After annealing, the front-side was passivated with an aluminumoxide/siliconnitride (Al2O3/SiNx) stack, and the rear side was passivated with
a SiNx layer. Subsequently, the front and rear were metalized
by screen-printing and the cell was fired. Silver consumption
was minimized utilizing fine-line screen-printing. The majority of
the processing was performed with typical industrial equipment
at the SolarTeC.
Der höchste unabhängig bestätigte Wirkungsgrad einer Solarzelle mit Bor-implantiertem Emitter, auf einem Messing-Chuck
gemessen, betrug 21,0 %, wobei die Leerlaufspannung Voc einen
Wert von 664,6 mV, die Kurzschlussstromdichte Jsc einen Wert
von 39,8 mA/cm2 und der Füllfaktor FF einen Wert von 79,3 %
erreichte. In-house Messungen von Vorder- und Rückseitenwirkungsgrad zeigten eine Bifacialität von 97,3 %. Der höchste
unabhängig bestätigte Wirkungsgrad einer Solarzelle mit BF2
implantiertem Emitter, auf einem Messing-Chuck gemessen, betrug 20,6 % (Voc = 657,6 mV, Jsc = 39,9 mA/cm2, FF = 78,4 %).
In-house Messungen von Vorder- und Rückseitenwirkungsgrad
zeigten eine Bifacialität von 97,7 %.
The highest, independently confirmed efficiency of a cell with
a boron implanted emitter, measured on a brass chuck, was
21.0 % where the open-circuit voltage Voc was 664.6 mV, the
short-circuit current density Jsc was 39.8 mA/cm2, and the fill
factor FF was 79.3 %. In-house measurements of front and rear
side yielded a bifacial factor of 97.3 %. The highest independently confirmed efficiency of a cell with a BF2 implanted emitter,
also measured on a brass chuck, was 20.6 % (Voc = 657.6 mV,
Jsc = 39.9 mA/cm2, FF = 78.4 %). In-house measurements of
front and rear sides yielded a bifaciali factor of 97.7 %.
Diese Ergebnisse wurden jeweils auf Zellen erzielt, bei denen
der Implantschaden der Bor- bzw. BF2-Vorderseitenimplantation
und der Phosphor-Rückseitenimplantation gemeinsam in einem
einzigen Ausheilschritt ausgeheilt wurden (co-anneal). Für Zellen,
bei denen beide Implantschäden getrennt ausgeheilt wurden,
konnten Wirkungsgrade bis zu 21,8 % (in-house Messungen auf
Messingchuck) erzielt werden. Derzeit laufen Arbeiten zur
Übertragung dieser, für industrienahe Siebdruck-Solarzellen
exzellenten Wirkungsgrade auf den Co-annealing-Prozess.
Die Ergebnisse des CHIP-Projektes zeigen zum einen, dass Ionenimplantation eine elegante potenziell wirtschaftliche Technologie zur Dotierung von n-Typ Solarzellen ist. Zum anderen
wurde deutlich, dass die Siebdruckkontaktierung von Boremittern
bei n-Typ Solarzellen einen ähnlich evolutionären Entwicklungsprozess durchläuft wie jene für Phosphoremitter bei p-Typ Solarzellen, und somit keine fundamentale Wirkungsgradlimitierung
mehr darstellt. Der schlanke Prozessfluss, die hohe Effizienz
ohne lichtinduzierte Degradation und der hohe Bifacialitätsfaktor
sprechen für das n-Typ PERT-Solarzellkonzept.
These results were obtained on cells where the implantation
damage from the boron or BF2 front-side implant and that of the
phosphorus rear-side implant were repaired simultaneously in
a single co-annealing step. For cells where damage to both
sides was repaired separately, cell efficiencies of up to 21.8 %
(in-house measurements on a brass chuck) were obtained.
Currently, work is proceeding to transfer these excellent results
for screen-printed industrial-oriented solar cells to the co-annealing process.
The results of the CHIP project show on the one hand, that ion
implantation is an elegant and potentially economic technology
for doping n-type solar cells. On the other hand, it became clear
that the screen-printed contacting of boron emitters on n-type
cells is undergoing a similar evolutionary development process
to that of phosphor emitters on p-type cells and thus does not
represent any further fundamental efficiency limitation. The lean
process flow, the high efficiency without light-induced degradation
and the high bifacial factor speaks in favor of the n-type PERT
solar cell concept.
Robby Peibst
38
3
Entwicklung von Hocheffizienzmodulen und
Analyse der optischen und elektrischen Verluste
F
ür eine effiziente Nutzung der Photovoltaik ist ein hoher
Wirkungsgrad, d. h. die nutzbare flächenbezogene Leistung
von Solarmodulen, einer der wichtigsten Faktoren. Einerseits,
weil die Materialkosten des Moduls proportional zur Fläche
sind, andererseits, weil die Kosten der Solarmodule nur ein
Drittel der gesamten Systemkosten ausmachen und ein großer
Teil der Installationskosten mit der Fläche der Module wächst.
Oft setzen Strategien zur Optimierung des Modulwirkungsgrades
an der isoliert betrachteten Solarzelle an. So eine isolierte Betrachtung vereinfacht das Problem, ermöglicht aber keine
vollständige Optimierung des Moduls. Deswegen wird in dieser
Arbeit die Solarzelle bezogen auf das Modul optimiert und zusätzlich das Modul selbst, durch Verbesserung der optischen
Eigenschaften der nicht-aktiven Modulfläche. Dadurch konnte
ein neues Hocheffizienzmodul gebaut werden, welches in Abbildung 30 dargestellt ist. Es hat eine Leistung von 303,2 W
Scientific results
Development of high-efficiency solar modules
and analysis of optical and electrical losses
A
key factor for an efficient use of photovoltaics is a high
conversion efficiency, i. e. the usable area-related performance of the solar modules. On the one hand, because the
material costs of the module are proportional to its area and
on the other hand, because the costs of the solar module only
account for one third of the total system costs and a large proportion of the installation costs grows with the system area.
Often the strategy for the optimization of module efficiency
solely considers the solar cell. Such an isolated treatment simplifies the problem but does not allow a complete optimization of the
module. Hence, in this work, the solar cells are optimized
with respect to the module and also the module itself by improvements of the optical properties of the non-active module areas. In this way, it was possible to produce a new high-efficiency module shown in Figure 30. It has a power of 303.2 W
(independently confirmed by TÜV Rheinland) and an efficiency of
Abbildung/Figure 30: Der Prototyp des Hocheffizienzmoduls besteht aus 120 halben Solarzellen.
The prototype of the high-efficiency module consists of 120 half solar cells.
39
3
Scientific results
20.2 %[2]. To the best of our knowledge the former world record
efficiency for this type of modules was 19.5 %, which is surpassed
by 0.7 %. The high-efficient module is 159.1 × 94.2 cm2 in size
and was manufactured using 60 PERC (passivated emitter and
rear cells) solar cells. A comparison of the cell and module parameters is given in Table 1.
(unabhängig bestätigt vom TÜV Rheinland) und einen Wirkungsgrad von 20,2 %[2]. Nach unserem besten Wissen liegt
der bisherige Weltrekord für diese Art von Modulen bei 19,5 %,
welcher somit absolut um 0,7 % übertroffen wurde. Das Hocheffizienzmodul hat eine Größe von 159,1 × 94,2 cm2 und wurde aus 60 PERC (passivated emitter and rear cells) Solarzellen
hergestellt. Ein Vergleich der Zell- und Modulparameter ist in
Tabelle 1 gegeben.
Typ
Pmpp
[W]
120 PERC-Halbzellen
303
20,8
79,7
79,3
4,80
303*
20,2
79,1*
78,9*
4,86*
[I]
Hocheffizienzmodul
Σ
η
[%]
Ø
FF
[%]
Ø
Voc
[V]
Jsc
[A]
Σ
Ø
Tabelle/Table 1: I/V-Parameter der im Modul verbauten Zellen und des Moduls. Pmpp ist der Wert maximaler Leistung, η der Wirkungsgrad, FF der Füllfaktor, Voc die offene Klemmspannung, Isc der Kurzschlussstrom, Σ die Summe und Ø der Mittelwert über alle Zellen. Die angegebene Leistung (*)
wurde unabhängig bestätigt durch den TÜV Rheinland in Köln.
I/V-parameters of the cells integrated into the module and of the module itself. Pmpp is the maximum power, η the efficiency, FF the fill factor, Voc
the open-circuit voltage, Isc the short-circuit current, Σ the sum over all cells, and Ø the average over all cells. The power specified (*) has been independently confirmed by TÜV Rheinland in Cologne.
Um zu quantifizieren, wie sich Änderungen im Zell- und Modulherstellungsprozess auf den Modulwirkungsgrad auswirken,
haben wir eine Modulsimulation auf Basis analytischer Modelle
entwickelt. Ausgehend von den gemessenen I/V-Kennlinien
der Einzelzellen werden dabei sowohl optische als auch elektrische Verluste und Erträge berechnet. Optische Verluste treten
beispielsweise durch Reflexionen an der Glasvorderseite, durch
Absorption im Glas und in der Laminationsfolie auf. Neben
diesen Verlusten kann es jedoch auch zu internen Reflexionen
an der Glasvorderseite kommen, welche zu einer Steigerung der
Moduleffizienz führen. Durch den gezielten Einsatz lichtlenkender
Elemente können diese internen Gewinne gegenüber herkömmlichen Modulkomponenten gesteigert werden. Elektrische Verluste
treten in den Solarzellen aufgrund von Rekombination und
elektrischen Widerständen im Halbleiter und der Metallisierung
auf. Im Modul kommen Widerstandsverluste durch die Serienverschaltung der Solarzellen hinzu.
In order to quantify the impact of the adaptations in the cell
and module process on module efficiency, we have developed a
module simulation based on analytical models. This simulation
uses as a starting point the measured I/V-characteristics of the
individual cells and calculates the optical as well as the electrical
losses and gains. Optical losses occur, for example, due to reflections on the glass front side and absorption in the glass and
lamination foil. Apart from these losses, there are also internal reflections on the glass front side leading to an increase in module
efficiency. Due to the targeted application of light-guiding
structures, these internal gains can be enhanced compared to
standard module components. Electrical losses arise in the solar cells due to recombination and electrical resistance in the
semiconductor and the cell metallization. In the module further
resistive losses due to the series interconnection of the solar cells
occur.
[2] Der Wirkungsgrad und die Modulparameter beziehen sich auf die Modulfläche ohne Rahmen.
[2] The module efficiency is related to the module area without the frame.
40
3
Scientific results
20,5
20,26
Wirkungsgrad/Efficiency η [%]
20,09
20,0
Abbildung/Figure 31: Erzielte Wirkungsgradsteigerung durch schrittweise
Verbesserung des Basis-Moduls.
Achieved increase in efficiency trough incremental improvements of the
baseline module.
19,79
19,5
19,19
19,0
18,75
BM:
BB:
18,5
18,0
BM
BB
HZ
SV
RF
Abbildung 31 zeigt die Simulationsergebnisse durch Verbesserungen des Solarmoduls und die resultierenden Wirkungsgradsteigerungen. Als Ausgangspunkt wird ein Basis-Modul definiert,
welches aus 60 PERC-Solarzellen besteht und mit einer konventionellen Vorderseitenmetallisierung aus drei Stromsammelschienen und 88 Fingern (Zellwirkungsgrad η = 20,7 %),
einem Vorderseitenglas mit Anti-Reflex-Beschichtung, einem
für UV-Licht optimierten Einbettungsmaterial und einem
Zellabstand von 1 mm versehen ist. Für dieses Basis-Modul simulieren wir einen Modul-Wirkungsgrad von 18,75 %. Aufgrund
von internen Licht-Reflexionen wird im Vergleich zur nicht
eingebetteten Solarzelle im Modul die effektive Abschattung
durch die Vorderseitenmetallisierung verringert und folglich ein
größerer Strom produziert. Dies wird im ersten Schritt durch
eine Anpassung der Vorderseitenmetallisierung auf vier Stromsammelschienen und 104 Finger (Zellwirkungsgrad η =
20,8 %) und einer daraus resultierenden Verringerung des Serienwiderstandes berücksichtigt. Das führt zu einer Steigerung
des Modul-Wirkungsgrades um 0,44 %. Im zweiten Schritt nutzen wir halbe Solarzellen und erhöhen damit den Wirkungsgrad um weitere 0,60 %. Das Design der halbierten Solarzelle
reduziert ebenfalls Widerstandsverluste, weil jedes Verbinderbändchen nur noch halb so viel Strom transportieren muss. Im
dritten Schritt werden speziell strukturierte Verbinderbändchen
eingesetzt. Die Funktionsweise dieser Verbinderbändchen ist in
Abbildung 32 dargestellt.
HZ:
SV:
RF:
Basis-Module/Base module
Vier Stromsammelschienen und 104 Finger/Four busbars and 104
fingers
Halbe Zellen/Half cells
Strukturierte Verbinder/Structured interconnectors
Reflektierende Folien zwischen den Zellen/Reflecting foils between
cells
Figure 31 shows the results of the simulations for the enhancements of the solar module and the resultant module efficiency
increases. A baseline module is defined as a starting point.
This consists of 60 PERC solar cells with a conventional frontside metallization of 3 busbars and 88 fingers (cell efficiency
η = 20.7 %), a front glass with antireflection coating, an encapsulant optimized for UV-light and a cell spacing of 1 mm. We
simulate a module efficiency of 18.75 % for this baseline module. Due to internal reflections in the module, the effective
shading by the front-side metallization is reduced compared to
non-encapsulated solar cells and thus a higher current is generated. In the first step this is taken into account by adapting
the front-side metallization on four busbars and 104 fingers
(cell efficiency η = 20.8 %) and its resultant reduction in series
resistance. This results in an increase in module efficiency of
0.44 %. In a second step we use half solar cells and thereby
enhance efficiency by a further 0.60 %. The half-cell design reduces resistive losses too, since each interconnector ribbon only
has to carry half as much current. In the third step specially structured interconnector ribbons are used. The functional principle
of these interconnector ribbons is shown in Figure 32.
41
3
a
Scientific results
Solarzellen mit normalen Verbinderbändchen/
Solar cells with normal interconnector ribbons
b
Solarzellen mit strukturierten Verbinderbändchen/
Solar cells with structured interconnector ribbons
Standardverbinder/Standard ribbon
Luft/Air
Einfallendes Licht
Incident light
Glas, EVA
Glass, EVA
Verbinder
Ribbon
Zelle/Cell
Abbildung/Figure 32: Funktionsweise der strukturierten Verbinderbändchen.
Functional principle of the structured interconnector ribbons.
Licht, das auf einen derartigen Verbinder trifft, wird unter Ausnutzung der Totalreflexion am Vorderseitenglas wieder auf die
Zelle gelenkt. Dieser Effekt führt zu einer Steigerung des Modulwirkungsgrades um 0,30 %. Im vierten Schritt werden reflektierende Folien in den Zellzwischenraum geklebt. Diese Folien
nutzen den gleichen physikalischen Effekt wie die strukturierten
Verbinderbändchen und steigern den Wirkungsgrad um weitere
0,17 %.
Insgesamt wurde ein Wirkungsgrad von 20,26 % simuliert, welcher
in guter Übereinstimmung mit dem real gemessenen Wert des
hergestellten Hocheffizienzmoduls ist. Im Vergleich zu den 18,75 %
des Basis-Moduls ergibt sich somit eine relative Steigerung des
Wirkungsgrades um 7,44 %rel.
Light which encounters such an interconnector is guided to
the cell by using the total reflection on the front-side glass.
This effect results in an increase in module efficiency of
0.30 %. In the fourth step reflecting foils are applied to the
space between the cells. These foils employ the same physical
effect as the structured interconnector ribbons and increase efficiency by an additional 0.17 %.
In total, an efficiency of 20.26 % was simulated, which is consistent with the actually measured values of the manufactured
high-efficiency module. Comparing this with the 18.75 % of the
baseline module a relative increase in efficiency of 7.44 %rel was
achieved.
R. Witteck, H. Schulte-Huxel, D. Hinken, S. Blankemeyer, T. Brendemühl, M. Köntges, K. Bothe
42
3
Scientific results
Risse in der Solarzellenmetallisierung und deren
Auswirkung auf die Modulleistung
P
hotovoltaikmodule sind während ihrer Lebensdauer regelmäßig mechanischen Lasten ausgesetzt. Schon beim Transport und bei der Installation wirken Schocks und Vibrationen
auf sie ein und während des Betriebs werden sie u. a. durch
Schnee und Wind belastet. Manchmal führen diese Belastungen
zu Rissen in kristallinen Silizium-Photovoltaikzellen. Solange
der Widerstand der Metallisierung durch solche Risse nicht beeinflusst wird, führt dies nur zu einem geringen Leistungsverlust von bis zu 2,5 % in Standard 60-Zell-Photovoltaikmodulen. Falls jedoch der Widerstand der Metallisierung durch den
Riss erhöht wird und der Riss einen Teil der Zelle vom stromsammelnden Busbar trennt, kann es zu einem erheblichen Leistungsverlust im Modul kommen. Im Feld wurden beispielsweise Leistungsverluste von bis zu 20 % durch erhöhte Widerstände am Zellriss dokumentiert. Solche Leistungsverluste
sind über längere Zeiträume jedoch nicht konstant.
Um die Ursachen der zeitlichen Veränderung der Leistung zu
verstehen, messen wir die Widerstände der Zellmetallisierung auf
der Vorderseite und der Rückseite der Zelle während definierter
mechanischer Belastungszyklen an Minilaminaten. Abbildung 33
zeigt den Proben- und Versuchsaufbau. Die Proben sind wie
ein Standardmodul aus einem Vorderseitenglas, einer in EthylenVinyl-Acetat (EVA) eingebetteten Siebdrucksolarzelle und einer
Rückseitenfolie aufgebaut. Die Zelle ist jeweils 2,0 × 6,5 cm2
groß. Es werden vier Zellverbinder an die Zelle gelötet, so dass
der Widerstand jeweils auf der Vorder- und Rückseite separat
über den Riss gemessen werden kann.
Biegerolle
Bending roll
Silizium
Silicon
0
Glas/Glass
EVA
Aluminiumpaste
Aluminum paste
Rückseitenfolie
Back sheet
Riss
Crack
Ω
4PP
Vorderseite
Front side
Rückseite
Rear side
Silber Pad
Silver pad
Biegerollen Verschiebung
Bending roll displacement
Trägerrollen
Bearing rolls
Ω
4PP
Zellverbinder Band
Cell interconnect ribbon
Das Minilaminat wird mit einem Drei-Linien-Biegeaufbau
mechanisch belastet. Im ersten Zyklus wird die Biegerolle mit
einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/min verfahren bis ein Riss in
der Zelle entsteht. Das ist an einem Abfall der Kraft bei der Biegerolle erkennbar. Danach wird die Probe vollständig entlastet.
Cracks in the solar cell metalization and their
impact on the module power
P
hotovoltaic modules are regularly subject to mechanical
loads during their lifetime. Right from the transport and the
installation, shocks and vibrations affect them and during operation they are put under stress, inter alia by snow and wind.
Sometimes these stresses lead to cracks in crystalline silicon
photovoltaic cells. As long as the resistance of the metalization is
not affected by these cracks, this only cause a small power loss
of up to 2.5 % in standard 60-cell photovoltaic modules. If the
resistance of the metalization is, however, increased by such a
crack and the crack separates part of the cell from the currentcollecting busbar, this can lead to a significant power loss in the
module. For example in the field, power losses of up to 20 %
through increased resistance at the crack have been documented.
Such power losses are, however, not constant over longer periods.
In order to understand the cause of the temporal change in
power, we measure the resistance of the cell metalization on
the front and rear sides of the cell during defined mechanical
load cycles on mini laminates. Figure 33 shows the sample and
experimental setup. The samples are arranged like a standard
module consisting of a front glass, a screen-printed solar cell
embedded in ethylene vinyl acetate (EVA) and a backsheet. The
cells are each 2.0 × 6.5 cm2. Four cell interconnectors are soldered to the cell to enable the separate measurement of the resistance over the crack on the front and rear sides.
Abbildung/Figure 33: Querschnitt der Probe und des Aufbaus zur Messung der Widerstände der Vorder- und Rückseitenmetallisierung während der Belastungszyklen in der Drei-Linienbiegung. Die Proben sind
wie ein Standardmodul aufgebaut aus einem Vorderseitenglas, einer in
Ethylenvinylacetat (EVA) eingebetteten Siebdruck-Solarzelle und einer
Rückseitenfolie. Die Messung der Widerstände erfolgt über eine VierPunkt-Messung.
Cross-section of the sample and the experimental setup for the measurement of the resistance of the front and rear metalization during mechanical
stress cycles in the three-line bending test. The samples are arranged
like standard modules consisting of a front glass, a screen-printed solar
cell embedded in ethylene vinyl-acetate (EVA) and a backsheet. Measurement of the resistance is carried out with a four-point probe.
Mechanical stress is applied to a mini laminate with a three-line
bending setup. In the first cycle the bending roll moves at a speed
of 0.1 mm/min until the cell cracks. This is noticeable trough a
decrease in force to the bending role. Afterwards the force is completely removed from the sample. In subsequent load cycles the
43
3
Scientific results
In den weiteren Belastungszyklen wird die Biegerolle mit einer
Geschwindigkeit von 62,5 mm/min verfahren bis der Zellriss eine
Breite von ca. 10 μm erreicht, was einer typischen Rissbreite bei
Schneelast entspricht. Der Widerstand der Vorder- und Rückseite
wird separat jeweils bei voller Belastung und voller Entlastung
gemessen.
Abbildung 34 zeigt (a) den Widerstand der Zellvorderseite über
die Silberfinger und (b) der Zellrückseite über die AluminiumPaste in Abhängigkeit der Zyklenanzahl in belastetem und unbelastetem Zustand. Die Widerstände der Silberfinger auf der
Zellvorderseite steigen im Laufe der Zyklen unter Last bis auf
400 Ω an. Unter Entlastung bleiben die Widerstände konstant auf
ihrem Ausgangswert. Die Widerstände der Aluminium-Paste auf
der Zellrückseite steigen im Laufe der Zyklen im entlasteten Zustand stetig von 0,03 Ω bis 20 Ω an. Anschließend beginnen
die Werte zwischen 0,1 Ω und der Messgrenze von 4.000 Ω zu
streuen. Unter Last zeigen die Widerstände ähnliche, leicht höhere
Werte. Da die Module die meiste produktive Zeit im Feld entlastet
sind, hat die Aluminium-Paste einen sehr viel größeren Einfluss auf
den Leistungsverlust im Modul als die Silberfinger.
bending roll is moved at a speed of 62.5 mm/min, until the cell
crack reaches a width of c. 10 μm, which corresponds to a typical crack width from a snow load. The resistance of the front
and rear sides is separately measured both under full stress and
completely stress-free.
Figure 34 shows the resistance of (a) the cell front side along
the silver fingers and (b) the cell rear side through the aluminum
paste depending of the number of cycles in the stressed and
unstressed state. The resistance of the silver fingers on the cell
front side increases to 400 Ω during the cycles in the stressed
state. In the unstressed state the resistance remains constant at
its initial value. The resistance of the aluminum paste at the cell
rear side increases during the cycles in the unstressed state from
0.03 Ω to 20 Ω. Afterwards the values start to scatter between
0.1 Ω and the measurement limit of 4,000 Ω. In the stressed
state the resistance displays similar, slightly higher levels. Since
the modules are in the unstressed state for most of their productive time, the aluminum paste has a much greater impact
on the loss of module power than the silver fingers.
III
II
a
Rückseitenwiderstand/Rear resistance Rr [Ω]
Vorderseitenwiderstand/Front resistance Rf [Ω]
I
3
10
– Belastet/Stressed
– Entlastet/Unstressed
2
10
101
100
10-1
100
101
102
103
104
Zyklenanzahl/Number of cycles n [-]
b
3
10
– Belastet/Stressed
– Entlastet/Unstressed
2
10
101
100
10-1
100
101
102
103
104
Zyklenanzahl/Number of cycles n [-]
Abbildung/Figure 34: Widerstände der Zellvorderseite (a) und der Zellrückseite (b) im entlasteten Zustand (hellrot bzw. hellblau gefüllte Symbole) und
belastetem Zustand (dunkelrote bzw. dunkelblaue Symbole) in Abhängigkeit der Belastungszyklen in der Drei-Linienbiegung. (b) Die Widerstände der Rückseite erreichen die Messbereichsgrenze von 4.000 Ω. Die Ermüdungszustände des Modells aus Abbildung 35 sind farblich von grün (I) bis gelb (III)
über dem Diagramm gekennzeichnet.
Resistance of (a) the cell front and (b) rear side in the unstressed state (light red resp. light blue filled symbols) and in the stressed state (dark red resp.
dark blue symbols) depending on the member of cycles in three-line bending. (b) The resistance of the rear side reaches the measurement limit of
4,000 Ω. The fatigue states of the model from Figure 35 are marked in color from green (I) to yellow (III) above the diagram.
44
3
Scientific results
Abbildung 35 zeigt unser Modell[3], um das Verhalten der Widerstände der Aluminium-Paste zu erklären. Es besteht aus vier Ermüdungszuständen (Spalten 0 … III in Abbildung 35) im entlasteten und belasteten Zustand (Zeilen in Abbildung 35). Im Zustand 0
ist die Zelle noch nicht gerissen und der Widerstand nicht erhöht.
Im Lastfall reißt die Zelle und geht in Zustand I über. Unter dem
Mikroskop erkennt man, dass der Riss vollständig durch das Silizium geht, aber in der Aluminiumpaste Brücken bestehen
bleiben. Diese Brücken bestehen vermutlich größtenteils aus
Aluminium, da der Widerstand unverändert bleibt (Abbildung 34).
Nach vier Belastungszyklen kommt es in diesen Brücken zu Ermüdungsbrüchen (Zustand II in Abbildung 35) und der Widerstand
der Al-Paste steigt an, wie aus Abbildung 34 hervorgeht. Diese
Brücken können ab dem 80. Zyklus sogar wieder Kontakt herstellen (Zustand III in Abbildung 35) und den Widerstand der Al-Paste
absenken, wie in Abbildung 34 zu sehen ist. Ab Zyklus 2.000 sind
alle Brücken gebrochen und der Widerstand ergibt sich aus einer
Kombination gebrochener und wieder kontaktierter Brücken.
Ermüdungszustand
Fatigue state
0
I
Figure 35 shows our model[3] to explain the behavior of resistance
levels in the aluminum paste. It consists of four states of fatigue
(columns 0 …III in Figure 35) in the unstressed and stressed
state (rows in Figure 35). At fatigue state 0 the cell is not yet
cracked and resistance is not increased. Under stress the cell
cracks and reaches fatigue state I. Under the microscope one can
see that the crack is spreading throughout the silicon, but some
bridges remain intact in the aluminum paste. These bridges
probably consist for the most part of aluminum, since the resistance remains unchanged (Figure 34). After four load cycles
some of these bridges crack due to fatigue (state II in Figure 35)
and the resistance of the aluminum paste increases, as shown
in Figure 34. These bridges can even reestablish contact from
the 80th cycle (state III in Figure 35) and decrease the resistance of the aluminum paste, which can be seen in Figure 34.
From cycle 2,000 all the bridges are broken and resistance is a
result of the combination of broken and re-contacted bridges.
II
III
Spannung
Current
Hoch
High
Entlastet/
Unstressed
Strompfad
Current path
Niedrig
Low
Belastet/
Stressed
Zellriss
Cell crack
Brückenbruch
Bridge crack
Wechsel
Changeover
Abbildung/Figure 35: Schematische Darstellung des Modells zur Erklärung der Widerstände nach dem Riss in der Aluminiumpaste (grau). Die vier
Ermüdungszustände (0 bis III) sind farblich in vier Spalten gekennzeichnet und sind für den entlasteten und belasteten Zustand nach Zeilen getrennt. Die
Pfeile kennzeichnen die möglichen Übergänge zwischen den Zuständen. Die blaue Linie stellt einen beispielhaften Strompfad in der Zelle dar. Die
Helligkeitsabstufung im Strompfad symbolisiert den Spannungsabfall. Der Sprung in der Helligkeit in Zustand II bedeutet einen Anstieg im Widerstand der gebrochenen Brücke.
Diagram of the model for the explanation of the resistance levels after cracking in the aluminum paste (grey). The four fatigue levels (0 to III) are marked
in color in four columns and are separated in rows for the unstressed and stressed states. The arrows indicate the possible transitions between the
levels. The blue line depicts a possible current path in the cell. The brightness gradation in the current path symbolizes the voltage reduction. The
jump in the brightness in level II indicates an increase in resistance at the broken bridge.
Die hohe Anzahl von Zyklen, die notwendig sind, um einen
erhöhten Widerstand in der Metallisierung zu erzeugen zeigt,
warum meist nur relative geringe Leistungsverluste durch Zellrisse
beobachtet werden. Die starken Schwankungen der Widerstände
bei hoher Zyklenanzahl könnten stark schwankende Leistungsverluste im Modul erklären.
The high number of cycles, which are necessary to increase resistance in the metallization, shows, why only relatively small power
losses caused by cell cracks are generally observed. The strong
fluctuations in resistance at high cycle numbers may explain strong
fluctuations in power loss in the module.
[3] Käsewieter J., Haase F., Köntges M., „Model of cracked Solar Cell Metallization leading to
permanent Module Power Loss“, IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, DOI: 10.1109/
JPHOTOV.2015.2487829
[3] Käsewieter J., Haase F., Köntges M., “Model of cracked Solar Cell Metallization leading to
permanent Module Power Loss”, IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, DOI: 10.1109/
JPHOTOV.2015.2487829
Felix Haase
45
3
Überhitzungsschutz für Solarkollektoren
S
olarkollektoren zur Bereitstellung von Warmwasser und
Heizwärme sind bereits ein wichtiger Bestandteil bei der
Nutzung regenerativer Energien. Ihre Bedeutung wird noch zunehmen müssen, wenn die energiepolitischen Zielsetzungen der
Bundesregierung für das Jahr 2050 noch erreicht werden sollen.
Die meisten Solarkollektoren besitzen eine sehr gute Effizienz: das
Sonnenlicht wird zu etwa 75-80 % absorbiert, Wärme wird nur
minimal abgestrahlt und konvektive Verluste werden entweder bei
Flachkollektoren durch Dämmung und Glasabdeckung oder bei
Röhrenkollektoren durch Evakuierung des Glasrohrs reduziert.
Dies sind technisch optimierte Konzepte, solange die Wärme direkt
genutzt oder in einen Wärmespeicher abtransportiert werden
kann. Bei größeren, heizungsunterstützenden Solaranlagen jedoch
tritt insbesondere im Sommer häufig der Fall auf, dass die Wärme
nicht sinnvoll abgenommen werden kann. Dann wird die Umwälzpumpe des Solarkreises abgeschaltet und der Kollektor heizt sich
je nach Bauart auf 180 °C bis 220 °C auf. Bei dieser so genannten
Stagnation der Anlage verdampft das Glykol-Wasser-Gemisch
im Kollektor vollständig und dringt mit hoher Temperatur weit ins
geschlossene System des Fluid-Kreislaufs vor. Die technisch erforderliche Auslegung für die wiederkehrend hohe Belastung führt
zu entsprechend hohen Kosten für Druckausgleichsgefäße,
Dämmmaterial und Pumpen, und nicht zuletzt zu Wartungskosten
für die regelmäßige Überprüfung des Glykol-Wasser-Gemischs.
Vielfältige Versuche, die Überhitzung durch mechanische Konstruktionen wie Abschattung oder Lüftung zu lösen, haben sich
wegen fehlender Wartungsfreiheit und hoher Kosten nicht durchgesetzt. Lediglich Drain-Back-Systeme werden eingesetzt, um die
thermische Zersetzung des Glykol-Wasser-Gemischs im Stagnationsfall zu verhindern.
SiO2
Scientific results
Overheating protection for solar collectors
S
olar collectors to provide hot water and room heating are
already an important factor in the use of renewable energies.
Their importance will have to increase further if the energy
policy objectives of the Federal Government for the year 2050
are to be reached. Most solar panels have a very good efficiency: about 75-80 % of sunlight is absorbed, heat radiation is
minimal and convective losses are reduced either in flat-plate
collectors by insulation and glass covers or in tube collectors
by evacuating the glass tube. These are technically optimized
concepts, as long as the heat can be used directly or transported
to a heat storage tank. For larger, solar-assisted space heating
systems, however it frequently occurs especially in summer
that the heat cannot be used purposefully. Then, the solar circuit
pump is switched off and the collector heats up depending on
the design to between 180 °C and 220 °C. In this so-called
stagnation state, the glycol-water mixture completely evaporates
in the collector and penetrates into the closed system of the
fluid loop at a high temperature. The design, which is technically
required for this recurrent high stress leads to correspondingly
high costs for expansion tanks, insulation and pumps, and not
least for maintenance costs for the regular checking of the glycolwater mixture.
Various attempts to solve the overheating by mechanical means
such as shading or ventilation have not gained acceptance due
to maintenance requirements and high costs. Only drain-back
systems are used to prevent the thermal decomposition of the
glycol-water mixture when stagnation occurs.
VO2
Aluminium/Aluminum
500 nm
Abbildung/Figure 36: Elektronenmikroskopische Aufnahme einer auf
Aluminium abgeschiedenen thermochromen VO2-Schicht mit SiO2Deckschicht.
Electron micrograph of a thermochromic VO2 layer deposited on aluminum with SiO2 cover layer.
46
3
Scientific results
Im ISFH-Jahresbericht 2014 berichteten wir über ein Verbundprojekt mit dem Kollektorhersteller KBB und dem Röhrenhersteller Narva, bei dem durch den Einsatz von so genannten
Heat-Pipes die Überhitzung im Fluid-Kreislauf verhindert wird.
In the ISFH Annual Report 2014, we reported on a joint project
with the collector manufacturer KBB and the tube manufacturer
Narva, in which overheating in the fluid circuit was prevented
through the use of so-called heat pipes.
Eine weitere eigensichere und wartungsfreie Lösung des Stagnationsproblems bietet das thermochrome Schichtsystem, das
wir zusammen mit der Viessmann GmbH und deren Partnern
in Frankreich, CEA INES und Institut Jean Lamour, entwickelt
haben. Der Aluminium-Absorber, der im Wesentlichen aus
Vanadiumdioxid (VO2) und einer schützenden Deckschicht
aufgebaut ist (Abbildung 36), hat wie handelsübliche Absorber
auch, bei normalen Betriebstemperaturen einen hohen Absorptionsgrad im Bereich des Sonnenspektrums und im Spektralbereich der Wärmeabstrahlung einen niedrigen Emissionsgrad
(Abbildung 37) oder – was aus physikalischen Gründen gleichwertig ist – einen hohen spektralen Reflexionsgrad (Abbildung 38).
Bei Temperaturen über 70 °C wird bei diesem neuen Absorber
jedoch durch einen Phasenwechsel des VO2 die Wärmeemission um ein Vielfaches erhöht (Abbildung 37). Damit steigen
die Wärmeverluste des Kollektors überproportional an und
eine Überhitzung der Solarflüssigkeit kann verhindert werden. Die
temperaturgesteuerte Erhöhung des Emissionsgrades erkennt man
an der Reduktion des spektralen Reflexionsrades im mittleren
und langwelligen Infrarot-Bereich (Abbildung 38) oder auch
direkt mit einer Infrarot-Kamera an der bei Betriebstemperaturen
über 70 °C erhöhten Abstrahlung (Abbildung 39).
Another intrinsically safe and maintenance-free solution to the
stagnation problem is provided by the thermochromic layer
system that we have developed, together with Viessmann GmbH
and their partners in France, CEA INES and Jean Lamour Institute.
The aluminum-absorber consists essentially of vanadium-dioxide
(VO2) and a protective covering layer (Figure 36). Like commercially-available absorbers, at normal operating temperatures it
has a high degree of absorption in the region of the solar spectrum and a low emissivity in the spectral range of heat radiation (Figure 37), or – what is equivalent for physical reasons –
a high spectral reflectance (Figure 38). At temperatures above
70 °C, however, heat emission is increased many times over at
this new absorber by a phase change of the VO2 (Figure 37). In
this way heat losses rise over-proportionately and an overheating
of the solar fluid can be prevented. The temperature-controlled
increase of the emissivity can be seen in the reduction of the
spectral reflectance in the mid- to long-infrared region (Figure 38)
or directly with an infrared camera at elevated radiation in the operating temperatures above 70 °C (Figure 39).
Absorbertemperatur
Schalttemperatur
Absorber temperature < Transition temperature
Niedrige Verluste
Minor losses
Schaltbare thermochrome Schicht/
Switchable thermochromic layer
Abbildung/Figure 37: Funktionsweise einer thermochromen Schicht. a)
Hat der Absorber eine niedrige Temperatur, so heizt er sich wegen der
hohen solaren Absorption und den niedrigen Verlusten durch Wärmeabstrahlung effektiv auf oder gibt die Wärme an den Wärmeträger ab.
b) Hat der Absorber die Schalttemperatur von etwa 70 °C überschritten,
erhöht sich die Wärmeabstrahlung um ein Vielfaches und verhindert
durch diesen Verlust eine Überhitzung des Systems.
Functionality of a thermochromic layer.
a) At a low temperature the absorber heats up effectively due to the high
solar absorption and the low losses trough heat radiation or transfers
the heat to the heat transfer medium.
b) If the absorber has exceeded the critical temperature of about 70 °C,
heat radiation increases many times over and this loss prevents the system
overheating.
Absorber
a
Absorbertemperatur
Schalttemperatur
Absorber temperature > Transition temperature
Hohe Verluste
Major losses
b
47
3
Scientific results
1,00
T=25°C
Reflexionsgrad/Reflectance ρ [-]
Abbildung
R$CI [-]
Intensität
/Intensity
T=100°C
0,75
0,50
Schwarzkörperstrahlung/
Black-body
radiation
Solarstrahlung/
Solar radiation
(AM 1,5)
0,25
0,00
1.000
300
10.000
Wellenlänge/Wavelength λ [nm]
Abbildung/Figure 38: Der spektrale Reflexionsgrad der thermochromen Schicht ist temperaturabhängig. Für die Funktion des auf VO2 basierenden Schichtsystems ist der Bereich der Schwarzkörperstrahlung zwischen 2.500 nm und 50.000 nm entscheidend. Bei Raumtemperatur ( ) liegt ein hohes und bei
100 °C ( ) ein niedriges Reflexionsvermögen vor. Der Emissionsgrad verhält sich entsprechend umgekehrt: Er ist bei Raumtemperatur niedrig und
oberhalb der Schalttemperatur (70 °C) hoch. Der spektrale Reflexionsgrad im Bereich der Solarstrahlung und damit der solare Absorptionsgrad sind nur
wenig von der Temperatur des Absorbers abhängig.
The spectral reflectance of the thermochromic layer is temperature-dependent. For the functionality of a VO2-based layer system, the range of blackbody
radiation between 2,500 nm and 50,000 nm is crucial. At room temperature ( ) reflectance is high and at 100°C ( ) it is low. For emissivity the reverse
is true: it is low at room temperature and high above the critical temperature (70 °C). The spectral reflectance in the range of solar radiation and thus
solar absorption is only slightly dependent on the temperature of the absorber.
Thermochrom
ε ≈ 5%
Thermochrom
ε ≈ 40%
Standard
ε ≈ 5%
Standard
ε ≈ 5%
20 °C
85 °C
Wärmeträgertemperatur/Heat carrier temperature
Abbildung/Figure 39: Infrarot-Aufnahme eines Viessmann-Kollektors zur
Demonstration des thermochromen Effektes. Die obere Kollektorhälfte ist
mit einem thermochromen Absorber und die untere mit einem StandardAbsorber ausgestattet. Linkes Bild: Bei Durchströmung mit kaltem Wasser
zeigt die Infrarot-Kamera für beide Hälften die geringe Abstrahlung
von Absorbern mit 5 % Emission an. Rechtes Bild: Wird der Kollektor
mit 85 °C heißem Wasser durchströmt, verbleibt der Standardabsorber bei
5 % Emission. Der Emissionsgrad des thermochromen Absorbers steigt
dagegen auf 40 %.
Infrared shot of a Viessmann collector to demonstrate the thermochromic
effect. The upper half of the collector is provided with a thermochromic
absorber and the lower half with a standard absorber. Left image: when
cold water passes through, the infrared camera indicates the low radiation
of absorbers for both halves with a 5 % emission. Right image: when
hot water passes through at 85 °C the standard absorber remains at 5 %
emission. The emissivity of the thermochromic absorber rises to 40 %.
48
3
Wir haben darüber hinaus dynamische Systemsimulationen
mittels TRNSYS für ein standardisiertes Einfamilienhaus mit
Warmwasserbereitung und solar unterstützter Heizung durchgeführt, um den Effekt eines thermochromen Kollektorfeldes
zu untersuchen. So haben wir die Stagnationshäufigkeit und den
konventionell gedeckten Wärmebedarf für ein thermochromes
und ein Standardsystem ermittelt. Aufgrund der gewollten Abstrahlungsverluste bei höheren Betriebstemperaturen ergibt
sich für den mitteleuropäischen Standort Potsdam, dass das
System mit thermochromem Kollektorfeld einen geringen, um
1,5 % höheren, konventionell gedeckten Wärmedarf hat, als ein
System mit gleich großem Standard-Kollektorfeld. Dagegen wird
die Häufigkeit des Eintretens der Stagnation durch thermochrome
Kollektoren drastisch gesenkt. Für ein durchschnittliches Jahr
wird die Dauer der Stagnation, definiert durch eine Kollektortemperatur über 120 °C, um 70 % bis 75 % reduziert. Darüber
hinaus ist die maximal mögliche Stagnationstemperatur im thermochromen Kollektorfeld um 30 K reduziert (Abbildung 40).
Scientific results
We have also performed dynamic system simulations with
TRNSYS for a standardized detached house with water heating
and solar-assisted room heating to examine the effect of a thermochromic collector field. In this way, we have determined the
frequency of stagnation and the conventional heat demand for
a thermochromic and a standard system. Due to the deliberate
radiation losses at higher operating temperatures it emerges
that the system with a thermochromic collector has at the central
European location of Potsdam a 1.5 % higher conventional heat
requirement than a system with a similarly-dimensioned standard
collector array. In contrast, the frequency of the occurrence of
stagnation with thermochromic panels is drastically reduced. For
an average year, the period of stagnation, defined by a collector
temperature of above 120 °C, is reduced by 70 % to 75 %. In
addition, the maximum stagnation temperature for a thermochromic collector field is reduced by about 30 K (Figure 40).
60
Thermochrom
Standard
Häufigkeit/Abundance A [h/a]
50
40
30
20
10
0
5
18
5…
17
5
17
5…
16
5
16
5…
15
5
15
5…
14
5
14
5…
13
5
13
5…
12
5
12
5…
11
5
11
5…
10
5
10
…
95
95
…
85
85
…
75
75
…
65
Absorbertemperatur/Absorber temperature T [°C]
Wir danken dem BMWi für die Förderung des Verbundprojekts
„TASK“ (FZ 0325998) und des Folgeverbundprojekts „ProTASK“
(FZ 0325858), dass in 2016 beginnt. Ziele von „ProTASK“ sind
weitere technische Verbesserungen des Absorbers sowie die
Optimierung von heizungsunterstützenden Kombi-Solaranlagen
mit thermochromen Prototypen-Kollektoren. Viessmann und ISFH
werden Anlagen im Feld und auf dem ISFH-Testdach untersuchen.
Abbildung/Figure 40: Häufigkeitsverteilung der Absorber-Temperatur eines solaren Kombisystems
am mitteleuropäischen Standort
Potsdam für einen Standardabsorber und einen thermochromen
Absorber.
Frequency distribution of the
absorber temperature for a solar
combined system at the Central
European location of Potsdam, for
a standard absorber and a thermochromic absorber.
We thank BMWi for funding the joint project “TASK” (FZ
0325998) and the follow-up joint project “ProTASK” (FZ
0325858) that will begin in 2016. The objectives of “ProTASK”
are further technical improvements of the absorber and the optimization of auxiliary heating combined solar systems with
thermochromic prototype panels. Viessmann and ISFH will examine systems in the field and on the ISFH test roof.
Rolf Reineke-Koch
49
3
Das Gebäude als solarer Wärmespeicher
B
isher werden Systeme zur solaren Raumheizung in der Regel mit einem Pufferspeicher realisiert, dessen Volumen
entscheidend für den Anteil nutzbarer solarer Wärme ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Gebäude oder eher seine
thermischen Masse (Wände, Decken etc.) selbst als Speicher
zu nutzen. Trotz vieler Vorteile gibt es bisher in Deutschland
nur wenige solcher Systeme, deren Auslegung und Regelung
im Allgemeinen nicht bekannt sind. In diesem Zusammenhang
hat das ISFH zusammen mit dem Massivhaushersteller HELMA
Eigenheimbau AG ein neues Konzept für Sonnenhäuser entwickelt[4]. Derartige Gebäude, die einen solaren Deckungsanteil für
Wärme von mindestens 50 % aufweisen, werden in der Regel
mit einem 5-10 m3 großen Pufferspeicher errichtet, dessen hohe
Kosten bisher einer weiten Verbreitung von Sonnenhäusern entgegenstehen.
In dem neu entwickelten Konzept wird das Pufferspeichervolumen auf 1 m3 reduziert. Um weiterhin einen hohen solaren
Deckungsanteil zu erzielen, wird die thermische Masse des
Gebäudes durch eine Bauteilaktivierung, hier über eine im Betonkern der Decken angeordnete Fluidleitung, erschlossen.
Diese wird direkt mit dem Sonnenkollektorkreis verbunden und
ist deshalb in der Lage, einen erheblichen Teil der Raumbeheizung
zu übernehmen. Die restliche Raumbeheizung erfolgt über Heizkörper. Diese werden wie auch die Frischwasserstation für die
Warmwasserbereitung vom Pufferspeicher versorgt, der neben
der Solaranlage von einer erdreichgekoppelten Wärmepumpe
erwärmt wird. Über einen zusätzlichen Wärmeübertrager kann
solare Wärme zur Regeneration und als Stagnationsschutz in den
Erdwärmekollektor eingebracht werden, der gleichzeitig die
Wärmequelle für die Wärmepumpe darstellt. Bild 41 zeigt ein
vereinfachtes Energieflussschema.
Das Konzept ist zunächst umfangreich in Systemsimulationen
untersucht worden. Dabei haben wir nicht nur die grundsätzliche
Funktion bestätigt sondern auch hohe solare Deckungsanteile
ermittelt. Zusammen mit dem Projektpartner RESOL Elektronische
Regelungen GmbH ist eine Regelung entwickelt worden, mit der
die solare Wärme optimal auf die drei möglichen Wärmesenken
verteilt wird. Durch Simulationen sind zudem die wichtigsten
Einflussfaktoren zur optimalen Anbindung der Wärmepumpe
an den Pufferspeicher identifiziert worden.
[4] Das Konzept wurde innerhalb des Projekts SH-T-Opt (FKZ 0325981) entwickelt und wird
im Projekt SH-T-Opt Exp (FKZ 0325559) weiter untersucht. Beide Projekte wurden/werden
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestags gefördert.
Scientific results
The building as a solar heat storage
S
olar space heating systems have hitherto usually been realized
with a buffer storage tank, whose volume is crucial for the
proportion of usable solar heat. Alternatively, it is possible to
use the building itself or rather its thermal mass (walls, ceilings
etc.) as heat storage. Despite their numerous advantages, only
few of these systems exist in Germany and their design and
control mechanisms are generally unknown. In this context,
ISFH and the manufacturer of solid houses HELMA Eigenheimbau
AG have developed a new concept for solar-active houses[4].
Such buildings with a solar thermal fraction of at least 50 %
are usually built with large buffer storages of 5 -10 m3, the high
costs of which prevent a wide distribution of solar-active houses.
In the newly developed concept, the buffer storage volume is
reduced to 1 m3. In order still to achieve a high solar fraction, the
thermal mass of the building is used trough thermal activation,
here realized with fluid pipes embedded in the concrete core
of the ceiling. The thermal activation is connected directly to
the solar collector circuit and is therefore able to take over a
significant portion of the space heating demand. The remaining
space heating demand is provided by radiators. These and the
hot water supply are fed from a buffer storage, which is heated
by the solar thermal collectors and a ground-coupled heat
pump. Solar heat may also be used with an additional heat exchanger for regeneration and preventing stagnation within the
ground heat collector, which is also the heat source for the heat
pump. Figure 41 shows a simplified energy flow chart.
First, the concept was extensively investigated in system simulations. In this way we not only ascertained that it performs its
basic function but also that it achieves high solar fractions. Together with our project partner RESOL Elektronische Regelungen GmbH a control system was developed, which distributes the
solar heat optimally among the three possible sinks. Furthermore,
the most important factors influencing the optimum connection
of the heat pump to the buffer storage tank were indentified
through simulations.
[4] The concept was developed as part of the SH-T-Opt project (FKZ 0325981) and is further
investigated in the SH-T-Opt Exp project (FKZ 0325559). Both projects were/are funded
by the German Federal Ministry of Economic Affairs and Energy (BMWi) on the basis of a
decision of the German Federal Parliament.
50
3
Scientific results
Ko
lle
k
to
r/C
o
lle
c
to
r
Bauteilaktivierung/Thermal activation
Decke/Ceiling
25 … 35°C
Bodenplatte/Ground slab
Frischwasserstation
Fresh water station
Wärmespeicher
Heat storage
35 … 90°C
1m3
Elektrische Energie
Electrical energy
Radiatoren/Radiators
Glykolkreis
Glycol circuit
Wärmepumpe
Heat pump
Nutzwärme
Useful heat
Trinkwarmwasser
Domestic hot water
5 … 25°C
Elektrischer Strom
Electrical current
Erdwärmekollektor
Horizontal ground heat exchanger
Sole
Brine
Abbildung/Figure 41: Energiefluss-Schema des neuen Wärmeversorgungskonzepts für Sonnenhäuser.
Energy flow chart of the new heating concept for solar-active houses.
51
3
Alle aus den Systemsimulationen gewonnenen Erkenntnisse
sind in den Bau eines Prototypgebäudes eingeflossen, welches der
Projektpartner HELMA Eigenheimbau AG als dreigeschossiges
Einfamilienhaus in Hannover errichtet hat. Bild 42 zeigt das
Gebäude während des Einbaus der unteren Bauteilaktivierung in
der Decke zwischen Keller und Erdgeschoss. Auf dem Dach ist ein
32 m2 großes Kollektorfeld installiert worden (Abbildung 43).
Das Heizsystem ist im März 2015 in Betrieb gegangen.
Scientific results
All the findings revealed in the system simulations were taken
into account in the construction of a prototype building, which
was built in Hanover by the project partner HELMA Eigenheimbau AG as a three-story detached house. Figure 42 shows the
building during the installation of the lower thermal activation in
the ceiling between the cellar and the ground floor. A collector
field of 32 m2 was installed on the roof (Figure 43). The heating
system went into operation in March 2015.
Abbildung/Figure 42: Einbau der Bauteilaktivierung in der Decke Keller/
Erdgeschoss im Prototyphaus.
Installation of the thermal activation in the ceiling between cellar and
ground floor in the prototype building.
Das Gebäude ist mit umfangreicher Messtechnik ausgestattet
worden, die neben einem Funktionsnachweis auch eine genaue
Bilanzierung aller wichtigen Energieströme im Gebäude ermöglicht. Die Messwertaufnahme begann im April 2015. Bis Ende
Oktober 2015 ist eine nahezu 100%ige solare Deckung erreicht
worden, und daraus resultierend eine äußerst kurze Betriebszeit
der Wärmepumpe. Die Messungen werden in den nächsten
beiden Heizperioden fortgeführt und erlauben so eine umfassende
energetische Bewertung des Gebäudekonzepts.
The building was equipped with extensive measuring equipment
enabling proof of its functionality and an accurate determination
of all significant energy flows within the building. Data recording
started in April 2015. By the end of October 2015, a solar fraction
of almost 100 % was achieved resulting in a very short operation
of the heat pump. The measurements are being continued in the
next two heating seasons, thus allowing a comprehensive energy
assessment of the building concept.
Abbildung/Figure 43: Installation der Sonnenkollektoren mit einer Aperturfläche von 32 m2.
Installation of the solar thermal collectors with an aperture area of 32 m2.
52
Die Kosten für die neue Sonnenhaustechnik liegen für den
Prototyp etwa in gleicher Höhe wie beim bisherigen Konzept
mit großem Pufferspeicher. Unter Berücksichtigung der Mehraufwendungen für Messtechnik sowie möglicher Einsparungen
durch günstigere Komponenten und erprobte Abläufe ist hingegen
eine deutliche Kostenreduktion im Serienprodukt zu erwarten.
3
Scientific results
The prototype costs of the new solar-active house technology
are of the same level as the conventional concept with a large
buffer storage tank. However, taking into account the additional
expenditure for measuring equipment and possible cost savings
due to cheaper components and tested processes, a significant
cost reduction has to be expected in the serial product.
Abbildung/Figure 44: Heizraum mit Messdatenerfassung (Bildmitte) sowie
Wärmepumpe und 1 m3 Speicher.
Heating room with measurement equipment (in the center), heat pump
and 1 m3 buffer storage.
Ausgehend von der hier umgesetzten Sonnenhaus-Systemtechnik
sind weitere Systemvarianten erarbeitet worden, in denen das
Gebäude als Speicher für die solare Wärme dient. Im Vergleich
zum bisher betrachteten Konzept unterscheiden sich diese Varianten dadurch, dass nur ein Heizsystem im Gebäude verwendet wird. Dies können auch konventionelle Systeme wie
Radiatoren oder Fußbodenheizungen sein, so dass sich diese
Konzepte auch für den Gebäudebestand eignen. Unsere Simulationsrechnungen zeigen, dass auch mit diesen Konzepten hohe
solare Deckungsanteile bei kleinem Pufferspeichervolumen erreichbar sind.
Based on the solar-active house systems technology implemented here further system variants were developed, in which
the building acts as a storage for solar heat. Compared to the
concept considered previously, these variants differ in that
only one heating system is used in the building. This may also be
conventional systems such as radiators or underfloor heating
systems, which makes these concepts more suitable for existing
buildings. Our simulations show that these concepts also achieve
high solar fractions with a small buffer storage volume.
Abbildung/Figure 45: Außenansicht des Gebäudeprototyps nach der Fertigstellung.
External view of the building prototype after completion.
Jens Glembin
53
3
Projekt HEISTA – Entwicklung von Prüfverfahren für Frischwasser- und Wohnungsstationen
D
ie Optimierung von solarthermisch unterstützen Heizungssystemen in Ein- und Mehrfamilienhäusern ist ein Forschungsschwerpunkt der Abteilung Systemtechnik des ISFH.
Dabei spielen nicht nur die wesentlichen Bestandteile wie
Wärmeerzeuger, Wärmespeicher und Wärmelasten eine wichtige
Rolle, sondern auch weitere Systemkomponenten, welche einen
energieeffizienten Betrieb und eine optimale Abstimmung ermöglichen. Im Bereich der thermischen Energiesysteme kommt eine
Vielzahl von kompakten Wärmeübergabe und -verteileinheiten
zum Einsatz. Einen wichtigen Anteil bilden dabei Frischwasserund Wohnungsstationen.
Bei der Verwendung von Frischwasserstationen können Speicher
für Trinkwarmwasser entfallen, was insbesondere in Bezug auf
Wasserhygiene (Legionellen) Vorteile bietet. Wohnungsstationen
bieten bei Gebäuden mit mehreren Wohneinheiten und zentraler
Wärmeversorgung einen energetischen Vorteil, da die Anzahl der
wärmeverlustbehafteten Rohrleitungen außerhalb der Wohneinheiten von vier (Heizungsvor- und Rücklauf, Trinkwarmwasser und Zirkulation) auf zwei (Heizungsvor- und Rücklauf)
reduziert werden kann, die zudem mit geringeren Vor- und Rücklauftemperaturen betrieben werden können. Auch hier wird kein
Trinkwarmwasser gespeichert.
In einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
(BMWi) geförderten Projekt wird ein Prüfverfahren entworfen
und fortgeschrieben, dessen Ziel es ist, eine einheitliche Bewertbarkeit und Vergleichbarkeit dieser Komponenten zu schaffen.
Zur Bewertung wird die zu prüfende Einheit (Frischwasseroder Wohnungsstation) in den Versuchsstand eingebaut. Auf
der Primärseite befindet sich in Analogie zu typischen Einbausituationen ein 1.000 Liter Pufferspeicher zur Wärmeversorgung.
Kaltwasserseitig wird ein 800 Liter Speicher auf eine konstante
Temperatur von 10 °C konditioniert. Auf der Sekundärseite
(Warmwasseraustritt) werden über eine mit schaltenden und
analogen Magnetventilen bestückte Zapfkaskade bestimmte regelungs- und komfortrelevante Zapfprofile durchfahren. Eine
nach EnEV gedämmte definierte Rohrleitungsstrecke bildet die
Möglichkeit, Prüflinge unter Berücksichtigung einer möglichen
Trinkwarmwasserzirkulation zu untersuchen. Für die Untersuchung
von Wohnungsstationen ist darüber hinaus der Anschluss eines
Leitungspaares vonnöten, das Vor- und Rücklauf der Wohnungsheizung abbildet.
Als Bewertungskriterien werden für den Nutzer unmittelbar
spürbare Unterscheidungsmerkmale überprüft. Sie lassen sich in
Leistungskriterien mit maximalen und minimalen Warmwasserzapfraten und Komfortkriterien einteilen, in denen die Temperaturkonstanz und Störanfälligkeit bei unterschiedlich langen und
schnell wechselnden Warmwasserzapfungen bewertet wird. Der
Scientific results
HEISTA Project – Development of test procedures for domestic hot-water modules and dwelling stations
T
he optimization of solar-thermal-assisted heating systems in
detached, semi-detached and apartment houses is a focus
of research of the solar systems department of ISFH. Here not
only the essential parts such as heat generators and thermal
storages and heating demand play a major role but also additional components of the system which enable energy-efficient
operation and optimized fine tuning. In thermal energy systems
there are a multitude of compact heat transfer and distribution
modules in use. Here domestic hot-water modules and dwelling
stations form an important element.
In the use of domestic hot water modules there is no need for hot
potable water storage. This is an advantage especially regarding
aspects of water hygiene (legionella). Dwelling stations provide
an energy-saving advantage in buildings with several apartments
and central heating as the amount of piping prone to heat loss
outside the apartments can be reduced from four (heating feed
and return, domestic hot water and circulation water) to two
pipes (heating feed and return) which can also be operated at
a lower feed and return temperature. Here too there is no need
for storage of hot water.
In a research project funded by the Federal Ministry for Economic
Affairs and Energy (BMWi) a testing procedure is being designed
and updated with the aim of developing a uniform measurability
and comparability of these components.
For evaluation purposes the unit to be tested (domestic hotwater modules and dwelling stations) is installed in the test rig.
Analogous to typical installation situations a 1,000 l buffer tank
is located on the primary side for heat supply. On the cold water
side there is a 800 l tank set to a constant temperature of 10 °C.
On the secondary side (hot water discharge) specific tapping
profiles required for control and convenience are achieved with a
cascade of switching and analog magnetic valves. A defined
piping route insulated according to German energy-saving
regulations (EnEV) gives the possibility of analyzing test samples
having regard to a possible domestic hot water circulation. For
the examination of dwelling stations the connection of a pair
of pipes is necessary representing the feed and return of the
apartment heating.
As evaluation criteria, immediately noticeable differentiating
factors for the user are being tested. They can be divided into
performance criteria with maximum and minimum hot water
tapping rates and convenience criteria where the constancy of
temperature and susceptibility to perturbation when hot water
is used for different lengths of time and with rapid changes is
evaluated. The cushioning effect of the pipework beyond the
test module is incorporated in the evaluation.
54
3
Scientific results
Abbildung/Figure 46: Frischwasserstation während der Prüfung.
Domestic hot water module in testing.
Dämpfungseffekt durch nachgeschaltete Zapfleitungen wird in die
Bewertung mit einbezogen.
In weiteren Prüfungen wird die Energieeffizienz untersucht. Im
Wesentlichen werden hier der elektrische Stromverbrauch von
Pumpe und Reglereinheit während der Zapfungen, aber auch
im Stillstand und Anlauf, die Auskühlverluste nach dem Zapfen,
Stillstandsverluste und die sich bildende primäre Rücklauftemperatur zur Wärmequelle betrachtet.
Weiterhin erfolgt eine Beurteilung der Verluste durch Komfortoptionen wie Warmhaltung und Zirkulation. Hierbei entstehen
geringste Leistungsabnahmen, die sich aber wesentlich auf den
Jahresenergieverbrauch und die Effizienz vorgeschalteter Pufferspeicher infolge der möglichen höheren Rücklauftemperaturen
auswirken. Für die den Heizspeicher speisenden Systeme wie
thermische Solaranlagen, Wärmepumpen, Brennwertkessel usw.
hat eine niedrige Rücklauftemperatur höchste Relevanz.
Energy efficiency is the focus of further tests. Essentially the
electricity consumption of the pump and the control panel
during tapping but also when idle and in the start-up phase,
the heat losses after tapping as well as when idle and the resulting temperature of the return pipe to the heat source are
considered.
The losses caused by convenience options such as heat retention
and circulation are also taken into consideration. These convenience options cause minor performance reductions but have a
significant impact on annual energy consumption and the efficiency of upstream buffer tanks due to possible higher return
temperatures. For heat sources supplying the thermal storage
such as solar thermal systems, heat pumps, condensing boilers,
etc. a lower return temperature is highly relevant.
An elementary part of the process is to check the existence and
function of safety temperature limiters as well as safety pressure
limiters within isolatable, heatable parts of the test modules.
Das Prüfen auf Vorhandensein und Funktion von Sicherheitstemperaturbegrenzern bzw. Sicherheitsdruckbegrenzern innerhalb absperrbarer, beheizbarer Bereiche des Prüflings ist ein
elementarer Bestandteil des Verfahrens.
55
3
Wassernetz
Water grid
4-50 l/min
M
Kühlwasserringleitung
Cooling water loop
Scientific results
T
1-5
Vmax ≈ 50 l/min
Statische Heizung
Static heating
M
0,2-4,0l/min
T
Kaltwasserspeicher
Cold water
storage
T
F
Prüfling
Specimen
T
P
1-1 1-10
G
B
P
1-7
T
1-3
P
1-9
T
1-4
Warmwasserspeicher
Warm water
storage
D
800 l
T
P
1-12 1-11
C
T
1.000 l
E
P
1-15
A
P
Proportional-Mengenregler
Proportional flow controller
Temperatur-Vorhaltung
Temperature maintenance
Differenzdruckregler primär 100-400 mbar
Differential pressure controller primary 100-400mbar
Abbildung/Figure 47: Hydraulikschema des Prüfstands.
Hydraulic diagram of the test facility.
Die Prüfergebnisse fließen in eine tabellarische Darstellung nach
Komfortklassen analog einer am Institut für Solartechnik (SPF)
in Rapperswil entworfenen Einteilung ein. Dargestellt wird die
Temperaturkonstanz bei gleichbleibender und sprunghafter
Änderung der Zapfung.
The test results are presented in tabulated form by convenience
classes analogous to a classification drafted at the Institute for
Solar Technology (SPF) in Rapperswil. The constancy of water
temperature is shown with constant and suddenly changing
tapping rates.
Der Nachweis der Leistungsfähigkeit umfasst den maximalen
und den minimalen Zapfvolumenstrom bei festgelegten Zapftemperatursollwerten.
The performance documentation includes the maximum and
minimum tapping flow rate at given tapping temperatures.
Die Bewertung der Energieeffizienz erfolgt anhand eines am
ISFH entworfenen Exceltools. Darin werden unter vordefinierten
Zapfprofilen Jahresenergieverbräuche aufgegliedert nach thermischer Verlustleistung und elektrischem Energieverbrauch ermittelt. Die in dem Tool erzeugten Daten sind minutengenau
aufgelöst und können auch zur Weiterverwertung in etablierten
wissenschaftlichen Simulationswerkzeugen wie TRNSYS verwendet werden.
Insgesamt soll den zukünftigen Betreibern bzw. Planern von
Frischwasserstationen und Wohnungsstationen die Möglichkeit
gegeben werden, unterschiedliche Fabrikate anhand der Prüfergebnisse objektiv vergleichen zu können.
The evaluation of energy efficiency is made with an Excel-Tool
designed at ISFH. Annual energy demand is subdivided into
thermal losses and electrical energy demand with predefined
tapping profiles. The data created with this tool are resolved in
precise one-minute time steps and they can even be further
utilized in established scientific simulation tools such as TRNSYS.
All in all the user and planner of domestic hot-water modules
and dwelling stations should be given the possibility of an impartial comparison of different products on the basis of these test
results.
56
3
Scientific results
Abbildung/Figure 48: Entwurf des zusammenfassenden Ergebnisdatenblattes der Prüfung von Frischwasserstationen.
Fact sheet summing up test results for domestic hot water modules.
Carsten Lampe
57
4
Weiterbildung
Akademische Ausbildung
D
en Forschungseinrichtungen und den Universitäten kommt
die gemeinsame Aufgabe zu, ausreichend Nachwuchs für
die Forschung auszubilden.
Im Jahr 2015 wurden eine Reihe von Lehrveranstaltungen an
der Leibniz Universität Hannover und niedersächsischen Fachhochschulen durchgeführt:
Vorlesung „Physik der Solarzelle“
Dozent: Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SWS[5].
Fakultät für Mathematik und Physik,
Leibniz Universität Hannover.
Diese Vorlesung behandelt die Grundlagen der Halbleiterphysik und alle physikalischen Prozesse, die für die Funktion
einer Solarzelle wichtig sind. Dabei wird insbesondere auf die
optischen Eigenschaften des Halbleiters, die Lichteinkopplung
in die Solarzelle, den Transport von Elektronen und Löchern
sowie auf die Rekombination von Ladungsträgern eingegangen. Die Vorlesung gibt eine Einführung in das Herstellen
und experimentelle Charakterisieren von Solarzellen. Die
physikalischen Grenzen des Wirkungsgrades von Solarzellen
werden berechnet. Die Vorlesung richtet sich an Studierende
aus der Physik und aus den Ingenieurwissenschaften ab dem
5. Semester.
Übung zur Vorlesung „Physik der Solarzelle“
Dozent: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SWS.
Als Ergänzung der Vorlesung und zur Vertiefung des Stoffes
bieten wir Übungen an. Im Rahmen der Übungen lernen die
Studierenden, die physikalischen Prozesse in Solarzellen selbst
mit dem Computer zu simulieren. Diese Übung richtet sich an
Studierende, welche die Vorlesung „Physik der Solarzellen“
hören.
Vorlesung „Grundlagen der Halbleiterphysik“
Dozent: Prof. Dr. Jan Schmidt, 2 SWS.
Diese Vorlesung behandelt die elektronischen und optischen
Eigenschaften von Halbleitern sowie deren Anwendung in
Bauelementen. Die Vorlesung befasst sich insbesondere mit den
Themen Bändertheorie, Eigen- und Störstellenleitung, Defekte
in Halbleitern, Rekombinationsprozesse, Ladungsträgertransport,
pn-Übergänge, Heteroübergänge, Metall-Halbleiter-Kontakte,
Halbleiterbauelemente (Dioden, Transistoren, Photodioden).
[5] SWS – Semesterwochenstunde
Education
Academic education
R
esearch institutions and universities have the joint task of
training sufficient young people in research.
In 2015 some teaching events were held at the Leibniz Universität
Hanover and Lower Saxon‘ technical colleges:
Course “Physics of solar cells”
Lecturer: Prof. Dr.-Ing. Rolf Brendel, 2 SCH[5].
Faculty of Mathematics and Physics,
This course deals with the basics of semi-conductor physics
and all physical processes which are important to the function
of a solar cell. At the same time, in particular, the optical
characteristics of the semi-conductor, the trapping of light
in the solar cell, the transport of electrons and holes as well as
the recombination of charge carriers are considered. The
course gives an introduction into the production and experimental characterization of solar cells. The physical limits
of the efficiency levels of solar cells are calculated. The
course is aimed at students of physics and engineering science from the fifth semester onwards.
Seminar based on the course “Physics of solar cells”
Lecturer: PD Dr. Pietro P. Altermatt, 2 SCH.
In addition to the course and to reinforce its content, we
offer exercises based upon it. During these exercises students
learn how to simulate the physical processes in solar cells
themselves with a computer. These exercises are aimed at
students attending the course “Physics of solar cells”.
Course “Fundamentals of semiconductor physics”
Lecturer: Prof. Dr. Jan Schmidt, 2 SCH.
This course deals with the electronical and optical properties
of semiconductors and their application in devices. The
course includes in particular the following topics: band
theory, intrinsic and extrinsic conduction, defects in semiconductors, recombination processes, carrier transport, pnjunctions, heterojunctions, metal-semiconductor junctions,
semiconductor devices (diodes, transistors, photodiodes).
[5] SCH – Semester credit hours
58
Weiterbildung
Vorlesung „Halbleitermesstechnik für die Photovoltaik“
Dozenten: Dr. Karsten Bothe, Prof. Dr.-Ing. Rolf
Brendel, 2 SWS.
In der Vorlesung wird der Herstellungsprozess einer kristallinen
Siliziumsolarzelle vom Siliziumblock bis zur Solarzelle betrachtet. Die jeweiligen Analyseverfahren zur Beurteilung der
einzelnen Prozesse werden vorgestellt und erklärt. Dieses sind
insbesondere Analyseverfahren zur Material-Charakterisierung
wie Leitfähigkeit, Ladungsträgerdichte, Ladungsträgerlebensdauer, Defekte, Kristallorientierung und zur Prozess-Charakterisierung wie Dotierprofile, Textur, Ladungsträgerlebensdauer,
Schichtdicke und Brechungsindex und der Solarzellen-Charakterisierung wie Strom-Spannungs-Kennlinie, Quanteneffizienzen,
Reflexion, Shuntanalyse und Serienwiderstand.
4
Education
Course “Semiconductor measuring techniques for photo-
voltaics”
Lecturers: Dr. Karsten Bothe, Prof. Dr.-Ing. Rolf
Brendel, 2 SCH.
In this course the production process of a crystalline silicon
solar cell is considered from the silicon block to the solar
cell. The relevant analytical techniques for the evaluation
of the individual processes are presented and explained.
These are both analytical techniques for material characterization (conductivity, charge carrier density, charge carrier lifetime) and process characterization (dopant profiles, texture, layer thickness and refraction index) as well as techniques for characterizing solar cells (current-voltage characteristic, quantum efficiency, reflection, shunt analysis,
photo-and electroluminescence imaging).
Kennlinien-Messtisch für Solarzellen mit Rückseitenkontakten.
Measurement chuck for rear side contacted solar cells.
59
4
Weiterbildung
Vorlesung „Erneuerbare Energien“, Teilvorlesung „Nieder-
temperatur-Solarthermie“
Dozenten: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf,
Dipl.-Ing. Jens Glembin,1 SWS.
Fakultät für Maschinenbau,
Am Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik der
LUH wird im Sommersemester die Vorlesung „Erneuerbare
Energien“ unter der Leitung von Prof. Seume durchgeführt.
Das Teilgebiet Niedertemperatur-Solarthermie enthält die
Schwerpunkte Sonnenstrahlung, Kollektoren, Speicher und
Systeme sowie Markt und Richtlinien. Ferner findet für die
Studierenden eine Exkursion zum ISFH mit Fokus auf die
Aktivitäten der Abteilung Solare Systeme statt.
ISFH-Kolloquium „Solarenergieforschung“
Verschiedene externe Dozenten, 2 SWS.
Organisation: Dr. Rolf Reineke-Koch
Institut für Solarenergieforschung Hameln.
Externe Referenten berichten über aktuelle Forschungsergebnisse aus den Bereichen Photovoltaik und Solarthermie.
Die behandelten Themen und die genauen Termine werden
jeweils in der Rubrik „Veranstaltungen“ auf den Internetseiten des ISFH (www.isfh.de) veröffentlicht.
Education
Course “Renewable energy”, Part lecture “Low-temperature
solar thermal energy”
Lecturers: Dipl.-Ing. Gunter Rockendorf,
Dipl.-Ing. Jens Glembin, 1 SCH.
Faculty of Mechanical Engineering,
The course “Renewable Energy”, conducted by Prof. Seume, is
held at the Institut für Turbomaschinen und Fluiddynamik at
the LUH during the summer term. The subject Low-temperature solar thermal energy use covers the topics solar radiation,
solar thermal collectors, thermal storages and systems as well
as market aspects including rules and standards. In addition,
the students are provided the opportunity to visit the solar
systems department of ISFH.
ISFH colloquium “Solar energy research”
Various external lecturers, 2 SCH.
Organization: Dr. Rolf Reineke-Koch
Institute for Solar Energy Research Hamelin.
External speakers report on the latest research results from
the areas of photovoltaics and solar heating. The subjects
covered as well as the particular terms can be found in the
category “Events” on the ISFH web-site (www.isfh.de).
Course “Simulation and Design of Solar Cells”
Vorlesung „Simulation und Design von Solarzellen“
Im Rahmen der Vorlesung werden die Studierenden selber
Solarzellen simulieren und sich dadurch die Fähigkeit erarbeiten, auch andere Halbleiter-Bauelemente zu simulieren.
Faculty of Mathematics and Physics
As part of the course the students themselves will simulate
solar cells and thereby acquire the skills also to simulate
other semiconductor components.
Seminar based on the course “Simulation and Design of Solar
Übungen zur Vorlesung „Simulation und Design von Solar-
zellen“
Hier werden die Vorlesungsthemen anhand von praktischen
Beispielen am PC vertieft.
Cells”
Faculty of Mathematics and Physics
Here the topics of the course are consolidated with practical
examples on the PC.
Course “Introduction to Renewable Energy Technology”
Vorlesung „Einführung in die regenerative Energietechnik“
Dozent: Dr. Roland Goslich, 2 SWS.
Hochschule Weserbergland (HSW), Hameln.
Die Vorlesung umreißt die Nutzungsmöglichkeiten der Solarenergie. Sie beginnt mit Rahmendaten zur Energieerzeugung,
hin zu den physikalischen Grundlagen der Solarstrahlung,
weiter über die solarthermische Wärmegewinnung und beschreibt schließlich die Grundlagen der Stromerzeugung mit
Hilfe von Silizium-Solarzellen. Die Vorlesung richtet sich an
Studierende im sechsten Semester des dualen Studiengangs
„Energietechnik“.
Lecturer: Dr. Roland Goslich, 2 SCH.
Hochschule Weserbergland (HSW), Hamelin.
The course outlines the possibilities for using solar energy.
It begins with outline data on energy production, continues
by way of the basic physics of solar radiation, then solar
thermal heat production and finally describes the basics of
electricity production with the help of silicon solar cells. The
course is designed for students in the sixth semester of the
dual “Energy technology” course.
Roland Goslich
60
4
Weiterbildung
NILS – Die Lernwerkstatt am ISFH
D
Education
NILS – The learning workshop of the ISFH
T
ie Lernwerkstatt NILS wurde am 1. August 2001 als Kooperationsprojekt des Niedersächsischen Kultusministeriums
mit dem ISFH gegründet. Sie dient der im Klimaschutzaktionsplan
Niedersachsen formulierten Aufgabenstellung der Förderung
des Austausches zwischen Wissenschaft und Schulen und ist dem
Aufgabenbereich der Bildung für Nachhaltige Entwicklung (BNE)
des Kultusministeriums zugeordnet.
he NILS Learning Workshop was founded on 1 August 2001
as a cooperative project between the Lower Saxon Ministry of
Education and the ISFH. It serves to encourage communication between science and schools in accordance with the terms of reference formulated by the Lower Saxon Climate Protection Action Plan
and is allocated to the area of responsibility of the Education for
Sustainable Development department of the Ministry of Education.
Als Lernlabor eines Forschungsinstitutes unterstützen wir den
Nachwuchs im mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen
Bereich (MINT). Unser vielfältiges Kursangebot reicht von der
Grundschule bis zur beruflichen Ausbildung und der Ausbildung von Lehrern.
As a learning laboratory of a research institute, we support young
talent in the mathematics-science-technology field (MINT). Our
diverse course offer extends from primary schools to professional
and teacher training.
Die Lernwerkstatt wird von einem Team geleitet. Es besteht aus
insgesamt fünf Personen, die neben ihren beruflichen Verpflichtungen einen Teil ihrer Arbeitszeit der Lernwerkstatt widmen.
Aktivitäten und Highlights
The Learning Workshop is run by a team. It comprises a total of
five people who, in addition to their professional commitments,
dedicate part of their working hours to the Learning Workshop.
Activities and highlights
Internationale Regionale Klimakonferenz in Hannover (ICCA)
Im Vorfeld der Klimakonferenz im Dezember 2015 in Paris
fand in Hannover eine Konferenz statt, die die Bedeutung von
Kommunen beim Klimaschutz zum Thema hatte. Neben der
eigentlichen Konferenz waren verschiedenste Unternehmen
und Initiativen eingeladen, sich in der Orangerie der Herrenhäuser
Gärten vorzustellen – so auch die Lernwerkstatt NILS.
International Regional Climate Conference in Hanover (ICCA)
Prior to the Climate Change Conference in Paris in December
2015, a conference took place in Hanover on the topic of the importance of local authorities to climate protection. Aside from the
actual conference, a wide variety of companies and initiatives
were invited to present themselves in the Orangery of the Herrenhausen Gardens – also including the NILS learning workshop.
Schülerwettbewerb „Junge Energiewender“,
angefragt von den Veranstaltern des 4. Niedersächsischen Forum
für Energiespeicher und -systeme am 19. Mai 2015 im MedicalPark in Hannover. Wie schon bei den drei vorhergehenden
Foren bereiteten die NILS-Lehrer die Wettbewerbsaufgabe vor
School student competition “Young Energy Changers”,
requested by the organizers of the the 4th Lower Saxon Energy
Storage and Systems Forum in Medical Park in Hanover on 19
May 2015. As at the three previous fora, the NILS-teachers
prepared the competition task and assisted the school student
Abbildung/Figure 50: Ein Jurymitglied informiert sich bei den Schülern
über den Stand der Bearbeitung der Wettbewerbsaufgabe.
A jury member finds out from school students about their progress with
their competition task.
61
4
Weiterbildung
und unterstützten die Schülerteams bei der Ausführung. Zur
Beteiligung an diesem Wettbewerb waren alle niedersächsischen Schulen aufgerufen. 33 Schulen haben sich daraufhin beworben und vier Schulen wurden schließlich durch das Umwelt- und Wirtschaftsministerium ausgewählt.
Bei der diesjährigen Aufgabe sollten die Schüler aus einer festgelegten Anzahl kleiner Zellen Module konstruieren, und zwar so,
dass das gefertigte Modul möglichst viel Brennstoff bei einer
Elektrolyse von Wasser produziert. Der Brennstoff (Wasserstoff)
wurde zum Betrieb eines kleinen Brennstoffzellenautos verwendet
und hier wurde nach der längsten Fahrzeit mit einer Kraftstofffüllung gesucht.
Education
teams in its execution. All schools in Lower Saxony were invited
to participate in this competition. 33 schools subsequently applied and four schools were finally chosen by the Ministry of
the Environment and Economic Affairs.
In this year’s task the students were to construct modules from
a fixed number of small cells and do so in such a way that the
finished module produced as much fuel as possible with the
electrolysis of water. The fuel (hydrogen) was used to power a
small fuel-cell car and the longest driving time with the fuel
produced was the aim.
Abbildung/Figure 51: Die Wettbewerbsteilnehmer präsentieren ihre Ergebnisse im Hörsaal.
The competitors present their results in the lecture theater.
Sommeruniversität für Kinder und Jugendliche in Rinteln
Der Beitrag von NILS bei der Sommeruniversität stand unter
dem Motto: „Solarenergie: Unendliche und umweltfreundliche
Energie für die Menschheit“. Die Umsetzung erfolgte durch eine
Vorlesung und ein experimentelles Praktikum. Es bestand aus
drei Teilen mit den Themen „Solarstrahlung“, „Experimente mit
Si-Solarzellen“ und „Experimente mit Solarmodulen und SolarElektrofahrzeuge“. Insgesamt wurden 18 Lernstationen für die jungen Studenten aufgebaut.
Umwelttage Weserbergland
An der Weserbergland Umweltwoche vom 13.-20.9.2015 beteiligte sich die Lernwerkstatt mit zwei Veranstaltungen. Sonntags
betreute sie ganztägig einen Stand mit Lernstationen zu Modulen
und führte ein Solarbootwettrennen für die kleinen und großen
Gäste im Hamelner Bürgergarten durch.
NILS im Verbund von niedersächsischen Lernstandorten und
Umweltbildungszentren
Alljährlich findet eine Landestagung der außerschulischen Lernstandorte Niedersachsens inklusive der Regionalen Umweltbildungszentren im Rahmen einer Bildung für nachhaltige Entwicklung und des globalen Lernens statt. Auf der diesjährigen Tagung
in Springe stellte die NILS didaktisches Material aus und präsen-
Summer university for children and young people in Rinteln
NILS’ contribution to the Summer University came under the
motto “Solar Energy: infinite environmentally-friendly energy
for humanity”. The implementation took the form of a lecture and
an experimental practical. It comprised three parts with the topics
of “Solar Irradiation”, “Experiments with Silicon Solar Cells” and
“Experiments with Solar Modules and Solar-Electric Vehicles”.
A total of 18 learning stations were set up for the young students.
Weserbergland Environment Days
The Learning Workshop participated in the Weserbergland Environment Week from 13 to 20 September 2015 with two
events. On the Sundays it supervised an all-day stand with
learning stations on modules and organized a solar boat race
for big and small guests in the Hamelin Bürgergarten.
NILS in the association of Lower Saxon Learning Locations and
Environmental Education Centers
Every year a state conference of the extra-school learning locations in Lower Saxony takes place including the Regional Environmental Education Centers as part of education for sustainable
development and global learning. At this year’s conference in
Springe, NILS displayed teaching material and presented five
62
Weiterbildung
4
Education
tierte fünf Lernstationen. Vor allem Vertreter von Standorten, die
auch technische Komponenten haben, waren sehr interessiert und
konnten Anleitungen und Ideen für ihre Tätigkeit mitnehmen.
learning stations. Principally representatives of locations with technical components were very interested and were able to take
with them guidance and ideas for their own work.
NILS bei der Volkswagen AG
Im Oktober fand ein NILS-Termin in der Ausbildungsakademie
bei der Volkswagen AG im Motorenwerk Salzgitter statt. Dort
führte die NILS im Rahmen der Energiewoche der Stadt Salzgitter
einen Nachmittag über den Themenschwerpunkt „Alternative
Antriebe“ durch. Eingeladen waren 25 SchülerInnen der Klassenstufen 7-9 aus Schulen in Salzgitter. Dabei bauten die SchülerInnen
eine Solartankstelle mit dem von der NILS entwickelten SUSE-Experimentiersystem sowie ein Solarfahrzeug. Darüber hinaus informierten VW-Ingenieure über Kraftfahrzeuge mit alternativen
Antriebstechniken, beispielsweise beim E-Up Elektrofahrzeug,
dem Hybrid-Tuareg, und einem Brennstoffzellenfahrzeug.
NILS at Volkswagen AG In October a NILS event took place at the Training Academy
of Volkswagen AG in the engine plant in Salzgitter. There NILS
conducted an afternoon concentrating on the topic of “Alternative Forms of Propulsion” as part of the Salzgitter Town Energy Week. 25 school students from classes 7-9 in Salzgitter
were invited. During the afternoon the students built a solar
filling station using the SUSE experimentation system developed by NILS as well as a solar-powered vehicle. In addition,
VW engineers provided information about vehicles with alternative means of propulsion, for example the E-Up electric vehicle, the hybrid Tuareg and a fuel cell vehicle. Abbildung/Figure 52: „Schülerstudenten“ in der Sommeruniversität Rinteln
beim experimentellen Praktikum.
School students acting as “students” during the experimental practical
at the Summer University in Rinteln.
Lehrerfortbildungskurse
In diesem Jahr hat die NILS vorwiegend an Grundschulen
Lehrerfortbildungskurse durchgeführt, beispielsweise in Klettenberg, in Berlin-Karow und in Oldenburg. Hier wurden Lehrkräfte
mit den Experimenten der Sonnenfängerbox GS vertraut gemacht
und ausgebildet. In Kooperation mit der BBS Wildeshausen/
Oldenburg wurde gemeinsam die Oldenburger Sonnenfängerbox
entwickelt. Durch einen „Letter of Intent“ seitens des ISFH wurde
Teacher training courses
This year NILS has mainly undertaken teacher training courses
at primary schools, for example in Klettenberg, Berlin-Karow
and Oldenburg. Here teachers were familiarized with and trained
in conducting experiments with the GS sun-catcher box. The
Oldenburg sun-catcher box was developed in collaboration with
the BBS Wildeshausen/Oldenburg. Collaboration with Professor
Weßnigk’s physics teacher training at the Leibniz Universität,
Abbildung/Figure 53: Mit großem Einsatz bauen junge Teilnehmer am
Solarbootrennen im Hamelner Bürgergarten ihr Boot zusammen.
Young participants in the solar boat race in the Bürgergarten in Hamelin
assembling their boats with great enthusiasm.
63
4
Weiterbildung
Education
eine Kooperation mit der Physik-Lehrerausbildung der Leibniz
Universität Hannover bei Professor Weßnigk vereinbart. Zur
Universität Düsseldorf entstanden Kontakte, die auf einen Aufbau
eines Schülerlabors im Bereich Umwelttechnik zielen.
Hanover was agreed with a “letter of intent” on the part of ISFH.
Contact also took place with the University of Düsseldorf with a
view to the creation of a school student laboratory in the area
of environmental technology.
Betreuung von Seminarfacharbeiten durch NILS-ISFH
In Kooperation mit dem Seminarfach Solarenergie für den 11.
Jahrgang des Goethegymnasiums Hildesheim haben im Frühjahr 2015 insgesamt dreizehn Schülerinnen und Schüler mit
Unterstützung des ISFH ihre Facharbeit angefertigt. Manche
haben Wissenschaftler des ISFH zu ihrem jeweiligen Thema
direkt befragt und Anregungen und Hilfen zu bekommen. Hier
einige Beispiele für solche Seminarthemen:
Supervision of seminar tasks by NILS-ISFH In the spring of 2015 a total of thirteen school students from
class 11 of the Goethegymnasium, Hildesheim undertook their
seminar task on the subject of solar energy with the support of
ISFH. Some asked ISFH scientists questions on their particular
topics and received ideas and assistance. Here are some examples of the seminar topics:
Abbildung/Figure 54: Die Neugier ist groß: Schülerinnen informieren sich
am Solarstand der NILS auf der regionalen Klimakonferenz (ICCA) in der
Orangerie des Schlosses Herrenhausen.
The curiosity is great: school students inform themselves at the NILS
solar stand at the regional climate conference (ICCA) in the Orangery
at the Palace of Herrenhausen.
Vergleich des Sonnenspektrums mit den gemessenen Spek-
Comparison of the solar spectrum with measured spectra of
tren verschiedener Lichtquellen
Absorption von Strahlung bei farblosen und farbigen Gläsern
Die Optimierung der Strahlungsabsorption beim thermischen
Sonnenkollektor
Absorption of radiation by colorless and colored glass
The optimization of radiation absorption in solar thermal
various light sources
collectors
Abbildung/Figure 55: Bundesumweltministerin Barbara Hendricks und
der niedersächsische Umweltminister Stefan Wenzel mit Schülerinnen
und Schülern beim Pressetermin in der Orangerie.
Federal Environment Minister Barbara Hendricks and the Lower Saxon
Environment Minister Stefan Wenzel at the press event in the Orangery.
64
4
Weiterbildung
Charakterisierung von Solarzellen
Solaranlagen: Preisentwicklung und Qualitätskontrolle und
Defekte
Education
Characterization of solar cells
Solar systems: price development and quality control and
defects
Energiewende in Deutschland
Energy change in Germany
Grundsätzlich sind solche Arbeiten wissenschaftspropädeutisch.
Dabei geht es immer um eine Zusammenfassung von vorhandenen Erkenntnissen und eigenständige, eigene Messungen. Die
Arbeiten liegen im NILS-Labor aus und können von interessierten
SchülerInnen eingesehen werden.
Basically such work is introductory science. It always concerns a
summary of existing knowledge and independent measurements
undertaken by the students. The work is on display in the NILS
laboratory and can be seen by interested school students.
Green Day
Die Green Day Initiative der Zeitbildstiftung startete in 2012.
Sie wird vom Bundesumweltministerium unterstützt und hat das
Ziel, Jugendlichen einen Einblick in Berufs- und Studienperspektiven im Umwelt bzw. Klimaschutzbereich zu verschaffen.
Green Day
The Green Day initiative of the Zeitbild Foundation started in
2012. It is supported by the Federal Environment Ministry and
has the aim of providing young people with an insight into
professional and study opportunities in the environmental or
the climate protection fields.
Abbildung/Figure 56: Herstellung einer Solartankstelle und eines Elektrofahrzeugs in der Ausbildungswerkstatt bei der Volkswagen AG in Salzgitter.
Creation of a solar filling-station and an electric vehicle in the training
workshop at Volkswagen AG in Salzgitter.
Energy-Camp in Kooperation mit Westfalen-Weser
Ebenfalls regelmäßig findet jährlich das Energy Camp der
Westfalen-Weser-Energie statt, in deren Rahmen SEKII-SchülerInnen das ISFH besichtigen. Diesmal bauten die rund 20 SchülerInnen ein Solarmodul selbst zusammen und unterzogen es anschließend verschiedensten Experimenten.
Energy Camp in collaboration with Westfalen-Weser
The Westfalen-Weser-Energie Energy Camp also regularly takes
place every year, in which students of classes 11-12 visit ISFH. On
this occasion, around 20 students assembled a solar module themselves and subsequently subjected it to all kinds of experiments. Abbildung/Figure 57: Oberstufenschüler beim Rundgang durch das ISFH.
A-Level students touring ISFH.
65
4
Weiterbildung
Education
Zukunftstag am ISFH
Interessierte Kinder und Jugendliche waren eingeladen, den
25. April am ISFH zu verbringen, um einen Einblick in die Solarenergieforschung zu bekommen. Dabei gab es für die 17
TeilnehmerInnen zwei Schwerpunkte:
Future Day at ISFH
Interested children and young people were invited to spend
25th April at ISFH in order to be able to obtain an insight into
solar energy research. Two focal points were offered to the
participants:
Selbstbau eines PV-Solarbootes mit anschließenden Experi-
Making a PV solar-powered boat themselves with follow-up
menten
Herstellung einer Metallbox in der Metall-Werkstatt des ISFH
Production of a metal box in the ISFH metal workshop
experiments
Abbildung/Figure 58: Dr. Bothe (rechts) erläutert einem Oberstufenschüler die Funktionsweise der Messapparatur LOANA.
Dr. Bothe (right) explains the functioning of a piece of measuring equipment LOANA to an A-Level student.
Natürlich lernten die SchülerInnen bei dieser Veranstaltung die
beruflichen Tätigkeiten von ISFH-Beschäftigten kennen und
konnten sie durch Interviews detailliert befragen.
Of course, the school students became acquainted with the
professional activities of ISFH employees at this event and were
able to ask them detailed questions about it in interviews.
Schüler-Projekte „Solare Mobilität“ in Kiel und Flensburg
Im Rahmen einer Ausstellung und Infokampagne des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung (BMWF) zur
Elektromobilität organisierte die Lernwerkstatt in den Citti-ParkEinkaufszentren in Kiel und Flensburg vier Workshops für
School-student projects „Solar Mobility“ in Kiel and Flensburg As part of a Federal Ministry for Science and Research (BMWF)
exhibition and information campaign on electromobility, the
Learning Workshop organized four workshops for school students
in the Citti-Park shopping centers in Kiel and Flensburg for school
Abbildung/Figure 59: Schülerinnen auf dem Dach des ISFH beim Experimentieren mit ihren selbstgebauten Modulen.
School students on the roof of ISFH experimenting with the modules
they made themselves.
66
4
Weiterbildung
Education
SchülerInnen der Region. Mit GrundschülerInnen wurde ein
kleines Solarfahrzeug mit einer Solarzelle auf dem Verdeck
hergestellt. Die SchülerInnen der SEK I stellten ein Elektrofahrzeug mit einem Solarspeicher her, bauten eine PV-Solartankstelle selbst und führten dazu verschiedene Experimente durch.
students from the region. A small solar-powered vehicle was
constructed with primary school pupils with a solar cell on the
roof. School students from classes 5-10 produced an electric
vehicle with solar storage, constructed a PV filling-station
themselves and carried out various experiments with them.
Schülerlabor Saline in Saarbrücken (HTW)
Vor fünf Jahren wurde das Schülerlabor „Saline“ an der Hochschule für Wirtschaft und Technik in Saarbrücken (HTW) mit
Unterstützung von NILS-ISFH gegründet. NILS-Konzepte und
Experimentiergerätesysteme werden seither dort erfolgreich
eingesetzt.
Saline school student laboratory in Saarbrücken (HTW)
Five years ago, the ”Saline“ school student laboratory was
founded at the Saarbrücken University for Economics and
Technology (HTW) with assistance from NILS-ISFH. NILS concepts and experimentation equipment systems have since been
successfully used there.
Abbildung/Figure 60: Schüler bei der praktischen Arbeit an einer Lernstation in der Lernwerkstatt NILS.
School students doing practical work at a work station in the NILS
Learning Workshop.
Volker Napp, Wolf-Rüdeger Schanz, Marie-Luise Kröger, Roland Goslich
67
5
Kooperationen
Cooperations
Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen/
Partners from universities & research facilities
Inland/National
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg; Oldenburg
Leibniz Universität Hannover, Institut für Wirtschaftsinformatik;
Hannover
Fachhochschule Düsseldorf; Düsseldorf
Max Planck Institut für Mikrostrukturphysik; Halle
Fachhochschule Nordhausen; Nordhausen
Forschungszentrum Jülich GmbH, Projektträger Jülich (PTJ); Jülich
Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik (FhG-CSP); Halle
NEXT ENERGY – EWE Forschungszentrum für Energietechnologie
e.V.; Oldenburg
Ostfalia Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel,
Fachbereich Versorgungstechnik; Wolfenbüttel
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (FhG-ISE); Freiburg
Physikalisch-Technische Bundesanstalt; Braunschweig
Georg-August-Universität Göttingen, IV. Physikalisches Institut;
Göttingen
Solar- und Wärmetechnik Stuttgart (SWT); Stuttgart
Geowissenschaftliches Zentrum der Universität Göttingen;
Göttingen
Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik;
Dresden
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH;
Berlin
TU Braunschweig, Institut für Thermodynamik; Braunschweig
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW);
Hamburg
TU Clausthal, Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme (TUC); Clausthal-Zellerfeld
Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin (HTW); Berlin
Universität Kassel, Institut für Thermische Energietechnik,
Fachgebiet Solar- und Anlagentechnik; Kassel
Hochschule Hannover, Institut für Verfahrenstechnik,
Energietechnik und Klimaschutz; Hannover
Universität Kiel, Technische Fakultät, Lehrstuhl für Allgemeine
Materialwissenschaft; Kiel
Hochschule Osnabrück; Osnabrück
Universität Konstanz, Fachbereich Physik; Konstanz
Hochschule Weserbergland; Hameln
Universität Stuttgart, Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW); Stuttgart
Institut für Statik und Dynamik; Hannover
Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie; Hannover
Leibniz Universität Hannover, Institut für Energieversorgung
und Hochspannungstechnik; Hannover
Leibniz Universität Hannover, Institut für Materialien und
Bauelemente der Elektronik (MBE); Hannover
Leibniz Universität Hannover, Institut für Thermodynamik;
Hannover
Leibniz Universität Hannover, Institut für Turbomaschinen und
Fluid-Dynamik; Hannover
68
5
Kooperationen
Cooperations
Partner aus Universitäten & Forschungseinrichtungen/
Partners from universities & research facilities
Ausland/International
Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie (AEE); Gleisdorf,
Österreich
Middle East Technical University; Çankaya Ankara, Türkei
National Renewable Energy Centre (CENER); Sarriguren, Spanien
Australian National University (ANU); Canberra, Australien
Austria Solar Innovation Center (ASiC), Fachhochschule Campus
Wels; Wels, Österreich
Austrian Institute of Technology (AIT); Wien, Österreich
Canary Islands Institute of Technology (ITC); Santa Lucía, Gran
Canaria, Spanien
Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB); Sophia
Antipolis, Frankreich
EURAC – European Academy of Bozen/Bolzano; Bozen, Italien
National Renewable Energy Laboratory (NREL); Golden, Vereinigte
Staaten von Amerika
NCSR Demokritos – Institute of Informatics and Telecommunications; Ag. Paraskevi Attikis, Griechenland
Technical Research Institute of Sweden (SP); Boras, Schweden
University of Oxford, Department of Materials; Oxford,
Großbritannien
University of Warwick, School of Engineering; Coventry,
Großbritannien
Institut für Solartechnik Prüfung Forschung (SPF); Rapperswil,
Schweiz
Institut Jean Lamour, Université de Lorraine; Nancy cedex,
Frankreich
Institut National de l’Energie Solaire (CEA INES);
Le Bourget-du-Lac, Frankreich
69
5
Kooperationen
Cooperations
Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung/
Partners from industry, planning & development
Inland/National
Aescusoft GmbH; Freiburg
janßen energieplanung; Hannover
August Brötje GmbH; Rastede
Kälte-Klima GmbH Bertuleit & Müller; Hameln
Avacon AG; Helmstedt
KBB Kollektorbau GmbH; Berlin
Bosch Thermotechnik GmbH; Wettringen
Klimaschutzagentur Weserbergland; Hameln
Bundesverband Solarwirtschaft (BSW); Berlin
Kluth Dachbaustoffe GmbH; Barsinghausen
Bystronic Deutschland GmbH; Heimsheim
Kömmerling Chemische Fabrik GmbH; Pirmasens
Carsten Grobe Passivhaus, Architektur- und TGA-Planungsbüro;
Hannover
Konvortec GmbH; Schermbeck
Krempel GmbH; Vaihingen/Enz.
centrotherm photovoltaics AG; Blaubeuren
CLAGE GmbH; Lüneburg
Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und Dynamik;
Hannover
Delta Systemtechnik GmbH; Celle
LOHRconsult GmbH & Co. KG; Hannover
Elster GmbH; Hameln
Meyer Burger AG; Hohenstein-Ernstthal
Energieservice Westfalen-Weser GmbH; Kirchlengern
Narva Lichtquellen GmbH + Co. KG; Brand-Erbisdorf
Energy Glas Glasbeschichtungsgesellschaft mbH & Co. KG;
Wolfhagen
nD-System GmbH; Hannover
neonsee GmbH; Konstanz
Euroglas GmbH; Haldensleben
Parabel Energiesysteme; Potsdam
Freiberg Instruments; Freiberg
PHOENIX CONTACT Electronics GmbH; Bad Pyrmont
GBH Mieterservice Vahrenheide GmbH; Hannover
Pommerening Armaturenwerk GmbH & Co. KG; Hameln
GWS Stadtwerke Hameln GmbH; Hameln
pro Klima GbR bei der Stadtwerke Hannover AG; Hannover
h.a.l.m. elektronik gmbh; Frankfurt am Main
PV-plan, Ingenieurbüro für Photovoltaik; Stuttgart
Hanwha Q-Cells AG; Thalheim
pv-tools GmbH; Hameln
Heimkehr Wohnungsgenossenschaft eG; Hannover
RESOL – Elektronische Regelungen GmbH; Hattingen
HELMA Eigenheimbau AG; Lehrte
Schlenk Metallfolien GmbH & Co. KG; Roth-Barnsdorf
Heraeus Deutschland GmbH&Co KG; Leverkusen
Singulus Technologies AG; Kahl am Main
Ingenieurbüro Mencke & Tegtmeyer GmbH; Hameln
SolarWorld Innvovations GmbH; Freiberg
Instrument Systems Optische Messtechnik GmbH; München
70
5
Kooperationen
Cooperations
Partner aus Industrie, Planung & Entwicklung/
Partners from industry, planning & development
Solvis GmbH; Braunschweig
VEKA AG; Sendenhorst
Stiebel Eltron GmbH & Co. KG; Holzminden
Viessmann Werke GmbH & Co. KG; Allendorf
tec5 AG; Oberursel
Wacker Chemie AG; Burghausen
Terra Umweltwärmesonde GmbH; Sarstedt
Wagner Solar GmbH; Kirchhain
TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH; Köln
Vaillant Deutschland GmbH; Remscheid
Ausland/International
Camel Solar Ltd.; Skopje, Mazedonien
Savosolar Oy; Mikkeli, Finnland
CGA Techologies Spa; Cividale del Friuli (Udine), Italien
Sinton Instruments; Boulder, Vereinigte Staaten von Amerika
MEMC Electronic Materials SpA; Novara, Italien
SoLayTec BV; Eindhoven, Niederlande
Meyer Burger AG; Thun, Schweiz
Viessmann S.A.S; Faulquemont, Frankreich
Institutsmitgliedschaften/Institute memberships
Arbeitsgemeinschaft Erneuerbare Energie (AEE); Gleisdorf,
Österreich
Klimaschutzagentur Weserbergland; Hameln
Bundesverband Solarwirtschaft e.V. (BSW); Berlin
Laboratorium für Nano- und Quantenengineering (LNQE);
Hannover
ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE); Berlin
Leibniz Forschungszentrum Energie 2050 (LiFE 2050); Hannover
Informationsdienst Wissenschaft (idw); Bochum
Innovationsnetzwerk Niedersachsen; Hannover
International Solar Energy Society (ISES); Freiburg
71
6
Dokumentation
Documentation
Institutskolloquien/Institute colloquia
Breitenstein O.: Neue Entwickungen zur verbesserten Abbildung
lokaler Wirkungsgradparameter. Max-Planck Institut (MPI) für
Mikrostrukturphysik, Halle. ISFH, Emmerthal, 14.4.2015
Nehm R.: Plasma Profiling Time of Flight Mass Spectrometry: A
New Powerful Technique for Material Characterisation. HORIBA
Jobin Yvon S.A.S., Unterhaching. ISFH, Emmerthal, 2.6.2015
Döscher H.: Tandem device design for photoelectrochemical
water splitting. Philipps-Universität Marburg und National Renewable Energy Laboratory (NREL), USA, Marburg. ISFH, Emmerthal, 24.11.2015
Nolte L.: Energieeffizienz als zweite Säule der Energiewende.
Klimaschutz- und Energieagentur Niedersachsen GmbH (KEAN),
Hannover. ISFH, Emmerthal, 6.1.2015
Essig S.: Development of III-V/Si Multi-Junction Solar Cells. National
Renewable Energy Laboratory (NREL), Denver, Colorado, USA.
ISFH, Emmerthal, 21.8.2015
Fündling S.: 3-dimensionale Halbleiterstrukturen. Institut für Halbleitertechnik (IHT), TU Braunschweig, Braunschweig. ISFH,
Emmerthal, 20.1.2015
Grinewitschus V.: Hilft das Smart-Home bei der Energiewende?
Institut Energiesysteme und Energiewirtschaft, Campus Bottrop
Hochschule Ruhr West, Bottrop. ISFH, Emmerthal, 14.7.2015
Hanke-Rauschenbach R.: Gestaltung von Energiespeichersystemen:
Ein Ansatz zur Technologieauswahl und Dimensionierung.
Fachgebiet Elektrische Energiespeichersysteme (IEH-EES), Leibniz
Universität Hannover, Hannover. ISFH, Emmerthal, 21.4.2015
Henning H.: Die Transformation des deutschen Energiesystems – eine ganzheitliche Analyse unter Einbeziehung aller
Verbrauchssektoren. Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
(ISE), Freiburg. ISFH, Emmerthal, 8.10.2015
Jooß W.: Innovative Produktionslösungen zur Herstellung aktueller
und zukünftiger Siliziumsolarzellen. Centrotherm Photovoltaics
AG, Blaubeuren. ISFH, Emmerthal, 6.10.2015
Kessler M.: Digitalisierung und die Rolle des Internets bei der
energetischen Altbausanierung. Energieheld GmbH, Hannover.
Kobayashi E.: Efficient heterojunction solar cells on n-type epitaxial
kerfless silicon wafers. Choshu Industry Co., Ltd., Yamaguchi,
Japan. ISFH, Emmerthal, 21.9.2015
Lüpfert E.: Solarthermische Kraftwerke (CSP), Beiträge aus Forschung und Entwicklung, Tests und Technologietransfer. Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) Institut für
Solarforschung, Köln. ISFH, Emmerthal, 16.6.2015
Mai J.: Solarsilizium – Neue und alte Wege zwischen Wunsch und
Wirklichkeit. JPM Silicon GmbH, Braunschweig. ISFH, Emmerthal,
30.6.2015
Preu R.: Industrielle Produktion von PERC-Solarzellen. Fraunhofer
Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Freiburg. ISFH, Emmerthal,
12.5.2015
Stannowski B.: Thin film silicon solar cells: Liquid-phase
crystallized silicon on glass surpassing ‘classical’ thin-film silicon.
Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH
Solarenergieforschung Heterogene Systeme (SE 2), Berlin. ISFH,
Tay A.: 1. Introduction of Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS). 2. Performance of a PV-Thermal System Installed in
a Student Hostel in Singapore. 3. Stress Analysis of Silicon Wafer Based Photovoltaic Modules in Operation. National University
of Singapore, Department of Mechanical Engineering, Singapore,
Singapore. ISFH, Emmerthal, 6.2.2015
Tempez A.: Plasma Profiling Time of Flight Mass Spectrometry:
A New Powerful Technique for Material Characterisation. HORIBA
Jobin Yvon S.A.S., Unterhaching. ISFH, Emmerthal, 2.6.2015
Van Nieuwenhuysen K.: Epitaxial Silicon foils @ IMEC. Interuniversity Microelectronics Center (IMEC), Leuven-Heverlee, Belgien.
von Maydell K.: Stromspeicher im Energiesystem. Next Energy
EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e.V., Oldenburg.
Voss T.: ZnO nanowires for optical sensing and energy harvesting.
Institut für Halbleitertechnik (IHT), TU Braunschweig, Braunschweig. ISFH, Emmerthal, 27.1.2015
Wohlfart P.: Herausforderungen für den Maschinenbau im Bereich
der Photovoltaik. Singulus Technologies AG, Kahl am Main. ISFH,
Wullenkord M.: Photokatalytische und photoelektrochemische
Erzeugung von solaren Brennstoffen. Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Solarforschung, Köln.
zum Hingst J.: Energieszenarien Niedersachsen 2050. CUTEC
Institut an der TU Clausthal, Clausthal-Zellerfeld. ISFH, Emmerthal,
8.12.2015
72
6
Dokumentation
Documentation
Gastwissenschaftler/Guest scientists
Berardone I., Politecnico di Torino, Italien, (08/2015-01/2016)
Walter D., Australian National University (ANU), Australien,
(05/2014-03/2015)
Pranaitis M., Applied Research Institute for Prospective Technologies, Litauen, (01/2015-02/2015)
Mitarbeit in Fachgremien/Membership in professional bodies
Bothe K.: Globales Komitee für Silizium Wafer; Technisches
Mitglied
Föste S.: IEA SHC TASK 54 „Price Reduction of Solar Thermal
Systems“; Mitglied
Bothe K.: Globales Komitee für Standards in der Photovoltaik;
Technisches Mitglied
Föste S., Giovannetti F., Lampe C., Littwin M., Niepelt R., Ohrdes
T., Reineke-Koch R., Rockendorf G., Steinweg J.: Projektträger
Jülich (PtJ) Forschungsnetzwerk „Energie in Gebäuden und Quartieren“; Mitglieder
Bothe K.: Internationales Standardisierungsprogramm der SEMI;
Mitglied
Brendel R.: European Photovoltaic Solar Energy Conference and
Exhibition; Mitglied des Scientific Committee
Brendel R.: ForschungsVerbund Erneuerbare Energien, Berlin;
Mitglied des Direktoriums
Brendel R.: Institut für Festkörperphysik, Fakultät für Mathematik
und Physik, Leibniz Universität Hannover; Vorstand
Brendel R.: International Conference on Crystalline Silicon Photovoltaics (SiliconPV); Member of the Executive Committee
Brendel R.: Laboratorium für Nano- und Quantenengineering
der Leibniz Universität Hannover (LNQE); Mitglied
Brendel R.: Leibniz Forschungszentrum Energie 2050, Leibniz
Universität Hannover (LiFE); Vorstand
Brendel R.: Progress in Photovoltaics, Wiley and Publishers;
Member of the Editorial Board
Brendel R.: „Runder Tisch Energiewende Niedersachsen“ auf
Einladung des Niedersächsischen Umweltministers Stefan Wenzel;
Mitglied
Eggert D.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile der Inspektoren“ (EK-TSuB-I),
unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied
Eggert D.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile“ (EK-TSuB), unter Leitung
von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH;
Mitglied
Giovannetti F.: BSW, Fachgruppe Markt und Wirtschaftlichkeit
und Fachgruppe Prozesswärme; Gast
Giovannetti F.: IEA SHC TASK 54 „Price Reduction of Solar
Thermal Systems“; Mitglied
Giovannetti F.: IEA TASK 49 „Solar Process Heat for Production
and Advanced Applications“; Mitglied
Goslich R.: Energy Award, Westfalen Weser Energie GmbH & Co.
KG, Paderborn; Jurymitglied
Köntges M.: IEA TASK 13 „Performance and Reliability of Photovoltaic Systems“; Mitglied
Köntges M.: Symposium Photovoltaische Solarenergie (OTTI),
Bad Staffelstein; Mitglied des Tagungsbeirates
Lampe C.: Arbeitsausschuss NA 041-01-56 (thermische Solaranlagen) im DIN/NHRS, zugleich nationaler Spiegelausschuss zu
CEN/TC 312 und ISO/TC180; Mitglied
Lampe C.: Arbeitskreis Normung und Technik von BDH und BSW;
Gast
Lampe C.: CEN/TC 312/WG1 „Thermal solar systems and
components – Solar collectors“; Mitglied
Lampe C.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile der Inspektoren“ (EK-TSuB-I),
unter Leitung von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH; Mitglied
73
6
Dokumentation
Documentation
Mitarbeit in Fachgremien/Membership in professional bodies
Lampe C.: Erfahrungsaustauschkreis der Prüflaboratorien „Thermische Solaranlagen und ihre Bauteile“ (EK-TSuB), unter Leitung
von DIN CERTCO Gesellschaft für Konformitätsbewertung mbH;
Mitglied
Rockendorf G.: Symposium Thermische Solarenergie (OTTI),
Bad Staffelstein; Mitglied des Tagungsbeirats
Rockendorf G.: Wissenschaftlicher Beirat Bachelor-/MasterStudiengang Regenerative Energien, HTW Berlin; Mitglied
Lampe C.: Global Solar Certification Network; Mitglied
Lampe C.: IEA SHC Task 43 „Solar Rating and Certification
Procedures“; Mitglied
Schmidt J.: European Photovoltaic Solar Energy Conference; Topic
Organiser
Schmidt J.: IEEE Journal of Photovoltaics; Editor
Lampe C.: ISO/TC 180/WG3 „Solar energy – Collector components and materials“; Mitglied
Schmidt J.: International Workshop on Crystalline Silicon Solar
Cells (CSSC); Member International Advisory Committee
Lampe C.: Solar Keymark Network (SKN); Mitglied
Schmidt J.: npv workshop; Mitglied im Organisationskomitee
Rockendorf G.: Beirat Landesinitiative Energiespeicher und -systeme
Niedersachsen; Gast
Rockendorf G.: Deutsche Solarthermie-Technologieplattform
(DSTTP); Mitglied des Beirats
Schmidt J.: SiliconFOREST (Fortschritte in der Entwicklung von
Solarzellen-Strukturen und -Technologien), Doktoranden- und
Diplomanden-Workshop; Mitglied des Programmkomitees
Ausstellungen & Fachtagungen/Fairs & congresses
4. Niedersächsisches Forum für Energiespeicher und -systeme,
Hannover, 19.5.2015; Aussteller
Energy Camp, Westfalen Weser AG, Hameln, 28.1.2015; Mitveranstalter
SiliconFOREST (Fortschritte in der Entwicklung von SolarzellenStrukturen und -Technologien), Falkau, 1.-4.3.2015; Mitorganisator
Solarpraktikum für Schülerinnen, Emmerthal, 21.1.2015; Veranstalter
Green Day 2015, Emmerthal, 12.11.2015; Mitveranstalter
Hannover Industriemesse 2015, Hannover, 13.-17.4.2015;
Mitaussteller
Hochschulinformationstag (HIT), Hameln, 5.2.2015; Mitaussteller
International Workshop „Impact of mechanical and thermal loads
on the long term stability of PV modules“, Hannover, 3.2.2015;
Mitorganisator
Internationale Kommunale Klimakonferenz (ICCA), Hannover,
1.-2.10.2015; Mitaussteller
Intersolar München, München, 10.-12.6.2015; Aussteller
Solarpraktikum für Schülerinnen, Emmerthal, 30.9.2015; Veranstalter
Sommeruniversität der Volkshochschule Rinteln, Rinteln, 12.17.7.2015; Mitveranstalter
Umwelttage Weserbergland, Kinderuniversität, Hameln, 17.9.2015;
Veranstalter
Workshop „Überhitzungsschutz für Solarkollektoren durch
thermochrome Absorber“, Hameln, 24.9.2015; Veranstalter
Zukunftstag für Mädchen und Jungen, Emmerthal, 23.4.2015;
Veranstalter
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Documentation
Veröffentlichungen in referierten Zeitschriften/
Peer-reviewed publications
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Körner S., Kiefer F., Peibst R., Heinemeyer F., Krügener J.,
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Breitenstein O., Bauer J., Hinken D., Bothe K.: Towards an improved Laplacian-based photoluminescence image evaluation
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Krügener J., Peibst R., Bugiel E., Tetzlaff D., Kiefer F., Jestremski
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Brendel R., Dullweber T., Peibst R., Kranz C., Merkle A., Walter
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Krügener J., Peibst R., Wolf F.A., Bugiel E., Ohrdes T., Kiefer
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Dullweber T., Kranz C., Peibst R., Baumann U., Hannebauer H.,
Fülle A., Steckemetz S., Weber T., Kutzer M., Müller M., Fischer
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Fell A., McIntosh K.R., Altermatt P.P., Janssen G.J.M., Stangl R.,
Ho-Baillie A., Steinkemper H., Greulich J., Muller M., Min B.,
Fong K.C., Hermle M., Romijn I.G., Abbott M.D.: Input parameters
for the simulation of silicon solar cells in 2014. IEEE Journal of Photovoltaics, 5 (4), 1250, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2430016, (2015)
Fell A., McIntosh K.R., Altermatt P.P., Romijn I.G., Abbott M.D.:
Input parameters for the simulation of silicon solar cells in 2014.
IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 1250-1263, DOI: 10.1109/JPHOTOV.2015.2430016, (2015)
Morlier A., Haase F., Köntges M.: Impact of Cracks in Multicrystalline Silicon Solar Cells on PV Module Power – A Simulation
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(2015)
Müller J., Hinken D., Blankemeyer S., Kohlenberg H., Sonntag U.,
Bothe K., Dullweber T., Köntges M., Brendel R.: Resistive power
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silicon PERC solar cells with efficiencies up to 20.0 %. IEEE Journal
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j.egypro.2015.07.003, (2015)
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Documentation
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Peer-reviewed publications
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Vogt M.R., Hahn H., Holst H., Winter M., Schinke C., Köntges M.,
Brendel R., Altermatt P.P.: Measurement of the optical constants
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Römer U., Peibst R., Ohrdes T., Lim B., Krügener J., Wietler T.,
Brendel R.: Ion Implantation for Poly-Si Passivated Back-Junction
Back-Contacted Solar Cells. IEEE Journal of Photovoltaics, 5, 507,
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Schinke C., Peest P.C., Brendel R., Schmidt J., Bothe K., Vogt M.,
Kröger I., Winter S.,Schirmacher A., Lim S., Nguyen H., MacDonald
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Schinke C., Peest P.C., Bothe K., Schmidt J., Brendel R., Vogt M.R.,
Kröger I., Winter S., Schirmacher A., Lim S., Macdonald D.:
Experimental determination of the uncertainty of the absorption
coefficient of crystalline silicon. Energy Procedia, 77, 170-178,
DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.025, (2015)
Vogt M.R., Holst H., Winter M., Brendel R., Altermatt P.P.:
Numerical modeling of c-Si PV modules by coupling the semiconductor with the thermal conduction, convection and radiation
equations. Energy Procedia, 77, 215-224, (2015)
Wagner H., Hofstetter J., Mitchell B., Altermatt P.P., Buonassisi T.:
Device Architecture and Lifetime Requirements for High Efficiency
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DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.031, (2015)
Walter D., Lim B., Schmidt J.: Realistic efficiency potential of nextgeneration industrial Czochralski-silicon solar cells after deactivation
of the boron-oxygen center. Progress in Photovoltaics, (2015)
Schulte-Huxel H., Blankemeyer S., Merkle A., Steckenreiter V.,
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back contacted solar cells by laser welding. Progress in Photovoltaics, 23 (8), 1057-1065, (2015)
Winter M., Vogt M.R., Holst H., Altermatt P.P.: Combining structures on different length scales in ray tracing: analysis of optical
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Schulte-Huxel H., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Analysis of
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Witteck R., Hinken D., Vogt M.R., Müller J., Blankemeyer S.,
Schulte-Huxel H., Köntges M., Bothe K., Brendel R.: Optimized
interconnection of passivated emitter and rear cells by experimentally verified modeling. IEEE Journal of Photovoltaics, im Druck,
(2015)
Steinkemper H., Rauer M., Altermatt P., Heinz F.D., Schmiga C.,
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in aluminum-doped silicon and impact on numerical device simulation. Journal of Applied Physics, 117, 074504, DOI: 10.1063/
1.4913255, (2015)
Steinkemper H., Rauer M., Altermatt P.P., Heinz F.D., Schmiga
C., Hermle, M.: Adapted parameterization of incomplete ionization in aluminum-doped silicon and impact on numerical device
simulation. Journal of Applied Physics, 117 (7), 74504, DOI:
10.1063/1.4913255, (2015)
Wolter S.J., Köntges M., Bahnemann D., Brendel R.: Stable Anodes
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Zielke D., Niehaves C., Lövenich W., Elschner A., Hörteis M.,
Schmidt J.: Organic-silicon solar cells exceeding 20% efficiency.
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Steinweg J., Kliem F., Littwin M., Rockendorf G.: Pipe internal
recirculation in storage connections – An unseen efficiency barrier.
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Dokumentation
Documentation
Andere Veröffentlichungen/Other publications
Arnold O., Mercker O., Dieck L., Brandes M., Rockendorf G.:
Untersuchung solar unterstützter Wärmeversorgungskonzepte
für Mehrfamilienhäuser in TRNSYS. Tagungsband 25. Symposium
Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein,
(05/2015)
Berardone I., Kajari-Schröder S., Paggi M.: Numerical simulation
of the kerf-less technique in the presence of a non-planar Aluminum-Silicon interface. Proc. 8th International Workshop on
Crystalline Silicon for Solar Cells, (CSSC-8, 5.-8.5.2015), Bamberg,
(2015)
Breitenstein O., Bauer J., Hinken D., Bothe K.: Towards more
accurate imaging of the local saturation current density in solar
cells by using alternative PL evaluation methods. Proc. 42nd IEEE
Photovoltaic Specialists Conference (PVSC, 14.-19.6.2015), IEEE,
DOI: 10.1109/PVSC.2015.7356029, New Orleans, USA, (2015)
Brendel R., Dullweber T., Peibst R., Kranz C., Merkle A., Walter
D.: Breakdown of the Efficiency Gap to 29 % Based on Experimental Input Data and Modelling. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP
München, DOI: 10.1002/pip.2696, Hamburg, (2015)
Dullweber T., Kranz C., Peibst R., Baumann U., Hannebauer H.,
Fülle A., Steckemetz S., Weber T., Kutzer M., Müller M., Fischer
G., Palinginis P., Neuhaus D.H.: The PERC+ cell: a 21 %-efficient
industrial bifacial PERC solar cell. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP
München, im Druck, Hamburg, (2015)
Essig S., Geisz J.F., Steiner M.A., Merkle A., Peibst R., Schmidt
J., Brendel R., Ward S., Friedman D.J., Stradins P., Young D.L.:
Development of highly-efficient GaInP/Si Tandem Solar Cells.
Proc. 42nd IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC,
14.-19.6.2015), IEEE, DOI: 10.1109/PVSC.2015.7355602, New
Orleans, USA, (2015)
Föste S., Pazidis A., Reineke-Koch R., Giovannetti F., Hafner B.,
Mercs D., Delord C.: Flat Plate Collectors with Thermochromic
Absorber Coatings to Reduce Loads During Stagnation. Proc.
International Conference on Solar Heating and Cooling for
Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015)
Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Leistungsfähigkeit
und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen
Absorberbeschichtungen. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut
e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Föste S., Schiebler B., Giovannetti F., Rockendorf G.: Butane Heat
Pipes for Stagnation Temperature Reduction of Solar Thermal Collectors. Proc. International Conference on Solar Heating and
Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA
SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015)
Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Enameled
Glass Panels for Solar Thermal Building Envelopes. Proc. International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings
and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul,
Türkei, (12/2015)
Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Neuartige
Solarpaneele aus Glas für die thermische Aktivierung der Gebäudehülle. Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI),
ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Glembin J.: Fertigstellung des ersten Prototyps eines neuen
Sonnenhauskonzepts. InnoWATTion 02/2015, Landesinitiative
Energiespeicher und -systeme Niedersachsen, (2015)
Glembin J., Büttner C., Steinweg J., Rockendorf G.: Optimal
Connection of Heat Pump and Solar Buffer Storage Under Different Boundary Conditions. Proc. International Conference on
Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC,
2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme, Istanbul, Türkei, (12/2015)
Glembin J., Haselhorst T., Steinweg J., Rockendorf G.: Simulation
and Evaluation of Solar Thermal Combi Systems with Direct
Integration of Solar Heat Into the Space Heating Loop. Proc.
International Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry, (SHC, 2.-4.12.2015), IEA SHC-Programme,
Istanbul, Türkei, (12/2015)
Glembin J., Steinweg J., Büttner C., Klingenschmidt A.: Entwicklung und Simulation komplexer Regelalgorithmen in TRNSYS.
Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN
978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Glembin J., Steinweg J., Rockendorf G.: New concept of a solar
active building – A development based on TRNSYS simulations.
Proc. TRNSYS Experience Seminar 2015, (28.-29.5.2015), ICSEED,
Villers-les-Nancy, Frankreich, (05/2015)
Hirsch H., Mercker O., Rockendorf G.: Erdwärmekollektoren in
Kombination mit Solarkollektoren als Quelle für Wärmepumpensysteme. Tagungsband 14. Internationales Anwenderforum Geothermie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI),
ISBN 978-3-943891-55-3, Neumarkt i.d. Opf., (06/2015)
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6
Dokumentation
Documentation
Hüsing F., Glembin J., Rockendorf G.: Potenziale thermischer
Nutzung photovoltaischer Energie. Tagungsband 25. Symposium
Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein,
(05/2015)
Mathiak G., Pohl L., Sommer J., Fritzsche U., Herrmann W., Reil
F., Althaus J., Köntges M.: PV module damages caused by hail
impact, field experience and lab tests. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015),
WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Kajari-Schröder S., Berardone I., Hensen J., Niepelt R., Steckenreiter V., Paggi M.: Thermo-mechanical exfoliation oft hin silicon
layers controlled by directional cooling. Proc. 8th International
Workshop on Crystalline Silicon for Solar Cells, (CSSC-8, 5.8.5.2015), Bamberg, (2015)
Mercker O., Arnold O., Rockendorf G.: Verteilverluste zu verstehen,
hilft Effizienz zu steigern! Untersuchungen zur Wärmeversorgung
von Mehrfamilienhäusern. Tagungsband 7. Effizienztagung Bauen
und Modernisieren (27.-28.11.2015), Energie- und Umweltzentrum
am Deister GmbH, Hannover, (11/2015)
Kajari-Schröder S., Hensen J., Niepelt R., Brendel R.: Kerfless
wafering by mechanically induced spallation – observation of the
process evolution with digital image correlation. Proc. 6th World
Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC, 23.27.11.2014), J1ThO.7.3, Kyoto, Japan, (2015)
Min B., Wagner H., Müller M., -+63 1,02,D,0.-H., Altermatt
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München, im Druck, Hamburg, (2015)
Köntges M., Krentz A., Nüsperling W.M.: Bewertung von PVModulen nach einem Hagelschlag. Tagungsband 30. Symposium
Photovoltaische Solarenergie (4.-6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN 978-3-943891-45-4,
Bad Staffelstein, (03/2015)
Min B., Wagner H., Müller M., Neuhaus H., Brendel R., Altermatt
P.P.: Incremental Efficiency Improvements of Mass-Produced
PERC Cells Up to 24 %, Predicted Solely with Continuous Development of Existing Technologies and Wafer Materials. Proc. 31st
European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC,
14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Lips K., Rech B., Reichenauer G., Kirchartz T., Wischmann W.,
Schmücker M., Reineke-Koch R., Groß B.: Schlüsselmaterialien
für Technologiedurchbrüche. FVEE-Themen 2014, Forschung für
die Energiewende – Phasenübergänge aktiv gestalten, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), 70-74, ISSN 0939-7582,
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Littwin M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver
Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. InnoWATTion 01/2015, Landesinitiative Energiespeicher und -systeme
Niedersachsen, (2015)
Littwin M., Hüsing F., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver Strom und Wärmeversorgungssysteme in
Gebäuden. Tagungsband Dialogplattform P2H (5.-6.5.2015),
Energie-Forschungszentrum Niedersachsen, Goslar, (10/2015)
Littwin M., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung
interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden.
Tagungsband 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie
(4.-6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V.
(OTTI), ISBN 978-3-943891-45-4, Bad Staffelstein, (03/2015)
Lottspeich F., Müller M., Schuchart M., Dullweber T., Fischer G.,
Schneiderlöchner E.: Investigation of rear contact resistance of line
contacted industrial PERC solar cells. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015),
WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Schäfer S., Turkay D., Gemmel C., Kajari-Schröder S., Brendel R.:
Macroporous blind holes as surface texture for high efficiency
silicon solar cells. Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy
Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck,
Hamburg, (2015)
Schinke C., Maris N., Köntges M., Kunze I., Tegtmeyer D.:
Messunsicherheitsanalyse zur präzisen Bestimmung der lateralen
Bestrahlungsstärkeverteilung von Sonnensimulatoren für PV-Module.
Tagungsband 30. Symposium Photovoltaische Solarenergie (4.6.3.2015), Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI),
ISBN 978-3-943891-45-4, Bad Staffelstein, (03/2015)
Schmidt J., Brendel R., Bett A., Dyakonov V., Brabec C., Klenk R.,
Stannowski B., Amkreutz D., Rau U., Kirchartz T., Wischmann W.,
Ahlswede E.: Forschung und Entwicklung für die Photovoltaik zwischen Evolution und Revolution. FVEE-Themen 2014, Forschung für
die Energiewende – Phasenübergänge aktiv gestalten, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), 64-69, ISSN 0939-7582,
Berlin, (04/2015)
Schulte-Huxel H., Kajari-Schröder S., Brendel R.: Thermal processes driving laser-welding for module interconnection. Proc. 42nd
IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC, 14.-19.6.2015),
IEEE, DOI: 10.1109/PVSC.2015.7356432, New Orleans, USA, (2015)
78
6
Dokumentation
Documentation
Steinweg J., Glembin J.: Verbrauchen geht vor Speichern –
Sonnenhäuser mit Bauteilaktivierung und kleinem Pufferspeicher.
Erneuerbare Energie, AEE – Arbeitsgemeinschaft ERNEUERBARE
ENERGIE, 2015-02, Gleisdorf, Österreich, (06/2015)
Tepe R., Büttner C.: Solar-Holz-Heizkonzepte für Passivhäuser.
Tagungsband 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), ISBN
978-3-943891-51-5, Bad Staffelstein, (05/2015)
Walter D., Schmidt J.: Efficiency Potential of CZ-Si PERC Solar
Cells After Permanent Deactivation of the Boron-Oxygen Defect.
Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference
(EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg,
(2015)
Werner J., Moon S.-J., Löper P., Walter A., Filipič M., Weng C.-H.,
Löfgren L., Bailat J., Morales-Masis M.M., Peibst R., Brendel R.,
Nicolay S., Niesen B., Ballif C.: Towards ultra-high efficient
photovoltaics with perovskite/crystalline silicon tandem devices.
Proc. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference
(EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg,
(2015)
Winter M., Vogt M., Altermatt P.P., Holst H.: Impact of realistic
illumination on optical losses in Si solar cell modules compared
to standard testing conditions. Proc. 31st European Photovoltaic
Solar Energy Conference (EUPVSEC, 14.-18.9.2015), WIP München, im Druck, Hamburg, (2015)
Witteck R., Hinken D., Müller J., Blankemeyer S., Bothe K.,
Schulte-Huxel H., Köntges M., Brendel R.: Simulation of optimized cell interconnection for perc modules exceeding 300W.
Proc. 6th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion
(WCPEC, 23.-27.11.2014), 515-516, Kyoto, Japan, (2015)
Vorträge/Presentations
Bothe K.: Prozessbegleitende Charakterisierung während der
Herstellung von waferbasierten Siliziumsolarzellen. Physikalisches Kolloquium, Technische Universität Chemnitz, Chemnitz,
21.10.2015
Brendel R.: Breakdown of the efficiency gap to 29 % based on
experimental input data and modeling. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 14.-18.9.2015, WIP München,
Hamburg, 15.9.2015
Brendel R.: Cell analysis based on the conductive boundary model.
Kolloquium Universität Konstanz, UKN, Konstanz, 23.10.2015
Brendel R.: Innovationen für die kristalline Siliziumphotovoltaik
von heute und morgen. Kolloquium, Fraunhofer ISE, Freiburg,
16.12.2015
Brendel R.: Neue Technologien in der Zellentwicklung – Welche
Technologien werden kommen? 30. Symposium Photovoltaische
Solarenergie, 4.-6.3.2015, Ostbayerisches Technologie-TransferInstitut e.V. (OTTI), Staffelstein, 5.3.2015
Brendel R.: Photovoltaik – Säule der Energiewende. Rotary Club,
Hannover Leineschloss, Rotary Club, Hannover, 14.12.2015
Föste S.: Butane Heat Pipes for Stagnation Temperature Reduction
of Solar Thermal Collectors. International Conference on Solar
Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC),
2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 3.12.2015
Föste S.: Entwicklung von Heat-Pipe-Kollektoren zur Kostensenkung solarthermischer Systeme. Kolloquium Zukunftsenergien 2015, Hochschule OWL, Lemgo, 9.6.2015
Föste S.: Flat Plate Collectors with Thermochromic Absorber
Coatings to Reduce Loads During Stagnation. International
Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC), 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul,
Türkei, 2.12.2015
Giovannetti F.: Enameled Glass Panels for Solar Thermal Building
Envelopes. International Conference on Solar Heating and Cooling
for Buildings and Industry 2015, 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul, Türkei, 4.12.2015
Giovannetti F.: Façade integrated solar thermal collectors. World
Sustainable Energy Days 2015, 25.-27.2.2015, OÖ Energiesparverband, Wels, Österreich, 25.2.2015
Giovannetti F.: Solare Wärme: Bedeutung, Potential, Forschungsaufgaben. FVEE Jahrestagung 2015 „Forschen für die Wärmewende“, 3.-4.11.2015, ForschungsVerbund Erneuerbare Energien
(FVEE), Berlin, 4.11.2015
Glembin J.: New concept of a solar active building – A development based on TRNSYS simulations. TRNSYS Experience Seminar
2015, 28.-29.5.2015, ICSEED, Nancy, Frankreich, 29.5.2014
79
6
Dokumentation
Documentation
Vorträge/Presentations
Glembin J.: Optimal Connection of Heat Pump and Solar Buffer
Storage Under Different Boundary Conditions. International
Conference on Solar Heating and Cooling for Buildings and Industry 2015 (SHC), 2.-4.12.2015, IEA SHC Programme, Istanbul,
Türkei, 3.12.2015
Glembin J.: Simulation and Evaluation of Solar Thermal Combi
Systems with Direct Integration of Solar Heat Into the Space
Heating Loop. International Conference on Solar Heating and
Cooling for Buildings and Industry 2015, 2.-4.12.2015, IEA SHC
Programme, Istanbul, Türkei, 4.12.2015
Holst H.: Ein universelles Ray-Tracing-Tool für die Photovoltaik
(Sunrays 2.0). SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau,
3.3.2015
Kajari-Schröder S.: Kerfless Wafers from the Porous Silicon Process – Towards a Drop-in Replacement for Standard Wafers.
Institutsseminar des Instituts für Siliziumphotovoltaik am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), HZB, Berlin, 8.1.2015
Kajari-Schröder S.: Thermo-mechanical exfoliation of thin silicon
layers controlled by directional cooling. PV Days 2015, 27.28.10.2015, Halle, 28.10.2015
Käsewieter J.: High cycle fatigue of cracked solar cell metallization. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics
(SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz,
24.3.2015
Käsewieter J.: Stress measurements in Silicon solar cell interconnect
ribbons using X-ray diffraction. International Workshop „Impact
of mechanical and thermal loads on the long term stability of
PV modules“, Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik
und Dynamik, Hannover, 3.2.2015
Kiefer F.: Bifacialzellen mit Ionenimplantation. SiliconFOREST
2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 2.3.2015
Köntges M.: UV-Fluoreszenz – Messtechnik für die Modulinspektion im Außeneinsatz. 12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“, 12-13.11.2015, TÜV Köln, Köln, 12.11.2015
Kranz C.: Simulation-based Efficiency Gain Analysis of 21.2 %Efficient Screen-printed PERC Solar Cells. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015,
Universität Konstanz, Konstanz, 24.3.2015
Larionova Y.: Industrial Ion Implanted, Co-annealed and Fully
Screen-printed Bifacial n-PERT Solar Cells with Low-doped Backsurface Fields. 5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.-25.3.2015, Universität Konstanz,
Konstanz, 26.3.2015
Littwin M.: Experimentalanlage zur Untersuchung interaktiver
Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden. Dialogplattform Power to Heat, 5.-6.5.2015, Energie-Forschungszentrum
Niedersachsen (EFZN), Goslar, 6.5.2015
Morlier A.: Impact of cracks in multicrystalline silicon solar
cells on PV module power. International Workshop „Impact of
mechanical and thermal loads on the long term stability of PV
modules“, Leibniz Universität Hannover, Institut für Statik und
Dynamik, Hannover, 3.2.2015
Morlier A.: Impact of cracks in multicrystalline silicon solar
cells on PV module power – A simulation study based on field data.
42nd IEEE PVSC, 14.-19.6.2015, New Orleans, USA, 18.6.2015
Morlier A.: Simulation des Einflusses von Zellbrüchen auf die Leistung von PV-Anlagen, basierend auf Bruchdaten einer Freifeldanlage.
12. Workshop „Photovoltaik-Modultechnik“, 12-13.11.2015, TÜV
Köln, Köln, 13.11.2015
Niepelt R.: Future technologies photovoltaics – kerfless wafering
techniques. Seminar TU Ilmenau, TU Ilmenau, Ilmenau, 1.7.2015
Rockendorf G.: Verteilverluste zu verstehen, hilft Effizienz zu
steigern! Untersuchungen zur Wärmeversorgung von Mehrfamilienhäusern. 7. Effizienztagung Bauen und Modernisieren,
27.-28.11.2015, Energie- und Umweltzentrum am Deister GmbH,
Hannover, 27.11.2015
Schinke C.: Experimental Determination of the Uncertainty of
the Absorption Coefficient of Crystalline Silicon. 5th International
Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), 23.25.3.2015, Universität Konstanz, Konstanz, 24.3.2015
Schmidt J.: Prospects of combining organic and silicon-based
photovoltaics. 8th International Conference on Materials for
Advanced Technologies (ICMAT), 28.6.-3.7.2015, Materials Research Society of Singapore (MRS-S), Singapur, Singapur, 1.7.2015
Vogt M.: Ray-Tracing auf Modullevel. SiliconFOREST 2015, 2.4.3.2015, PSE AG, Falkau, 4.3.2015
Walter D.: Efficiency potential of Cz-Si PERC solar cells after
permanent deactivation of the boron-oxygen defect. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference, 14.-18.9.2015,
WIP München, Hamburg, 17.9.2015
Witteck R.: Verschaltung von PERC-Halbzellen. SiliconFOREST
2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 4.3.2015
Zielke D.: Solarzellen mit Polymer/Silizium-Heteroübergang.
SiliconFOREST 2015, 2.-4.3.2015, PSE AG, Falkau, 2.3.2015
80
Dokumentation
6
Documentation
Poster/Posters
Arnold O., Mercker O., Dieck L., Brandes M., Rockendorf G.:
Untersuchung solar unterstützter Wärmeversorgungskonzepte
für Mehrfamilienhäuser in TRNSYS. 25. Symposium Thermische
Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V.
(OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Leistungsfähigkeit
und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen
Absorberbeschichtungen. 25. Symposium Thermische Solarenergie,
Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad
Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Giovannetti F., Kirchner M., Sass R., Rockendorf G.: Neuartige
Solarpaneele aus Glas für die thermische Aktivierung der Gebäudehülle. 25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches
Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.8.5.2015)
Heinemeyer F.: Hierarchical Etching for Improved Optical Frontside Properties of Monocrystalline Si Solar Cells. 5th International
Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV 2015), PSE AG,
Konstanz, (23.-25.3.2015)
Hüsing F., Glembin J., Rockendorf G.: Potenziale thermischer
Nutzung photovoltaischer Energie. 25. Symposium Thermische
Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V.
(OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Littwin M., Kesting M.: Experimentalanlage zur Untersuchung
interaktiver Strom- und Wärmeversorgungssysteme in Gebäuden.
30. Symposium Photovoltaische Solarenergie, Ostbayerisches
Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (4.6.3.2015)
Steinweg J., Kliem F., Littwin M., Rockendorf G.: Pipe internal
recirculation in storage connections – An unseen efficiency barrier.
9. Internationale Konferenz zur Speicherung Erneuerbarer Energien
(IRES), EUROSOLAR e.V. Bonn, Düsseldorf, (9.-11.3.2015)
Glembin J., Büttner C., Steinweg J., Rockendorf G.: Thermal
storage tanks in high efficiency heat pump systems – optimized
installation and operation parameters. 9. Internationale Konferenz
zur Speicherung Erneuerbarer Energien (IRES), EUROSOLAR e.V.
Bonn, Düsseldorf, (9.-11.3.2015)
Tepe R., Büttner C.: Solar-Holz-Heizkonzepte für Passivhäuser.
25. Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Glembin J., Steinweg J., Büttner C., Klingenschmidt A.: Entwicklung und Simulation komplexer Regelalgorithmen in TRNSYS. 25.
Symposium Thermische Solarenergie, Ostbayerisches Technologie-Transfer-Institut e.V. (OTTI), Bad Staffelstein, (6.-8.5.2015)
Zielke D., Niehaves C., Lövenich W., Elschner A., Hörteis M.,
Schmidt J.: Organic-silicon solar cells exceeding 20 % efficiency.
5th International Conference on Silicon Photovoltaics (SiliconPV
2015), PSE AG, Konstanz, (23.-25.3.2015)
81
6
Dokumentation
Documentation
Studien- & Bachelorarbeiten/Seminar & bachelor papers
Albert M.: Charakterisierung neuartiger, nicht abgedeckter
photovoltaisch-thermischer Kollektoren, Fachbereich 6, Studiengang Zukunftsenergien, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Lemgo,
Oktober 2015
Becker L.: Entwicklung eines Infrarot-elektrochromen Schichtsystems, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Systems
Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015
Katzer F.: Entwicklung von Butan-befüllten Wärmerohren für
solarthermische Kollektoren, Studiengang Zukunftsenergien, Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, Februar 2015
Koper N.: Charakterisierung der optischen Eigenschaften von
polykristallinem Silizium, Fachbereich Physik, Leibniz Universität
Hannover, Hannover, Juni 2015
Berger R.: Mechanische Stabilität dünner Al-Si-Doppelschichten
in der Solarzellenprozessierung, Fachbereich Maschinenbau,
Hochschule Bochum, Bochum, Februar 2015
Machelett L.M.: Simulationsbasierte Konzeptionierung solarthermischer Prozesswärmebereitstellung in der Polystyrolschaum-Produktion, Universität Kassel, Studiengang Umweltingenieurwesen,
Universität Kassel, Kassel, Oktober 2015
Brandes M.: Simulation von Ansätzen zur Reduktion konventionell gedeckter Wärmeverteilverluste in solar unterstützten Mehrfamilienhäusern in TRNSYS, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/
Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015
Neudecker V.: Entwicklung eines Algorithmus zur Berechnung der
mechanischen Eigenspannungen auf Basis von Ramanspektroskopiemessungen in multikristallinen Siliziumsolarzellen und die Implementierung in Matlab zur automatischen Auswertung, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Hochschule Bremen, Bremen, Mai 2015
Dick C.: Steuerung und Regelung einer Experimentalanlage zur
Kombination einer Photovoltaikanlage und einer Sole-WasserWärmepumpe, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen,
Nordhausen, März 2015
Niehaves C.: Charakterisierung von Polymer/Si-Heteroübergängen für Solarzellen, Fakultät für Physik, Georg-August-Universität, Göttingen, Februar 2015
Dieck L.: Simulation von Ansätzen zur Reduktion konventionell
gedeckter Wärmeverteilverluste in solar unterstützten Mehrfamilienhäusern in TRNSYS, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/
Studiengang Regenerative Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, April 2015
Geisler D.: Untersuchung der Porosität von Siliziumwafern als
Funktion der Ätzstromdichte, Waferdotierung und Elektrolytkonzentration, Fachbereich Maschinentechnik, Hochschule
Ostwestfalen-Lippe, Lemgo, August 2015
Grupp L.: Entwicklung und Aufbau der Steuerung und Regelung einer Experimentalanlage zur Erforschung des kombinierten
Betriebs einer Photovoltaikanlage mit Heizstab und Sole-WasserWärmepumpe zur Trinkwarmwasserversorgung, Fakultät Life
Sciences/Studiengang Umwelttechnik, Hochschule für Angewandte
Wissenschaften Hamburg, Hamburg, Oktober 2015
Gutbrod M.: Untersuchung des Einflusses von Eisen auf die Lumineszenzemission sauerstoffkorrelierter Defekte in Silizium, Fachbereich Technik – Bereich Photonik, Hochschule Emden/Leer,
Emden, Dezember 2015
Haselhorst T.: Energetische Optimierung eines neuen Konzepts für
Sonnenhäuser durch alleinige Beheizung über Heizflächensysteme,
Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang Regenerative
Energietechnik, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, März
2015
Ossig M.: Bestimmung der Messunsicherheit eines scannenden
Spektrometers bei der Erstellung von Strahlernormalen, Fakultät für
Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, Hannover,
September 2015
Schumann J.: Experimentelle Untersuchung von optimierten Gravitationswärmerohren zur Begrenzung der Stagnationstemperatur in
solarthermischen Kollektoren, TU Bergakademie Freiberg/Studiengang Umweltengineering, Technische Universität Bergakademie
Freiberg, Freiberg, Oktober 2015
Seitz M.: Research concerning the durability and performance of
adhesive bonds in novel glass panels for the solar thermal activation of the building envelope, Faculty Life Science, Engineering
and Design Engineering Physics, Saxion University of Applied Sciences Enschede, Enschede, August 2015
Tiemann P.H.: Survey and Implementation of Support Vector
Machines for the Optimization of Smart Home Energy Management Systems, Fakultät für Elektrotechnik und Informatik, Leibniz
Universität Hannover, Hannover, November 2015
Wachler F.: Modellierung der Temperaturbegrenzung von
Heat-Pipe-Kollektoren und Bewertung ihres Systemverhaltens,
Studiengang Regenerative Energien, Fachhochschule Stralsund,
Stralsund, August 2015
82
6
Dokumentation
Documentation
Diplom- & Masterarbeiten/Diploma theses & masters
Dorn S.: Optimierung der Emittereigenschaften von Passivated
Emitter and Rear Cell (PERC)-Siliziumsolarzellen, Hochschule für
Angewandte Wissenschaft und Kunst, Fakultät Resourcenmanagement, Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen,
Göttingen, Juli 2015
Hüsing F.: Thermische Nutzungsoptionen photovoltaisch erzeugter
elektrischer Energie in Einfamilienhäusern, Fachbereich Maschinenbau, Leibniz Universität Hannover, Hannover, Juli 2015
Schraps G.: Entwicklung einer prognosebasierten Ladestrategie zur
netzdienlichen Integration von Photovoltaik-Batteriespeichersystemen an einer realen Simulationsumgebung, Fachbereich
Ingenieurwissenschaften/Studiengang Systems Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen, November 2015
Sesser S.: Entwicklung thermochromer Schichten für Solarkollektoren, Regenerative Energien und Energieeffizienz, Hochschule für
Technik und Wirtschaft Berlin (HTW), Berlin, Februar 2015
Stötzer M.: Experimentalanlage und Feldmesssystem zur Untersuchung von thermischen und elektrischen Energiesystemen in
Gebäuden, Fachbereich Ingenieurwissenschaften/Studiengang
Systems Engineering, Hochschule Nordhausen, Nordhausen,
Februar 2015
Titova V.: Oberflächenpassivierung von kristallinen SiliziumWafern mit alternativen Materialien, Renewable Energy Systems – Environmental and Process Engineering, Hochschule
für Angewandte Wissenschaften, Hamburg, September 2015
Schubert B.: Konzeption und Gebrauchstauglichkeitsuntersuchungen neuartiger Glasabsorber für solarthermische Kollektoren,
Fachbereich 1, Ingenieurwissenschaften, Studiengang Regenerative Energien, Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin
(HTW), Berlin, Juni 2015
Doktorarbeiten/Ph.D.-theses
Gogolin R.: Analysis and optimization of a-Si:H/c-Si heterojunction
solar cells. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 21.7.2015
Schinke C.: Uncertainty of the coefficient of band-to-band absorption
of crystalline silicon. Fakultät für Mathematik und Physik, Leibniz
Universität Hannover, 7.5.2015
Holst H.: Development and application of a modular ray tracing
framework to multi-scale simulations in photovoltaics. Fakultät für
Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover, 19.5.2015
Schulte-Huxel H.: Laser microspot welding for interconnection
of back-contacted silicon solar cells. Fakultät für Mathematik
und Physik, Leibniz Universität Hannover, 18.11.2015
Jack S.: Betrachtungen zum Nutzwärmestrompfad von solarthermischen Kollektoren mit Wärmerohren. Solar- und Anlagentechnik,
Universität Kassel, 15.12.2015
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6
Dokumentation
Documentation
Berufungen/Appointments
Peibst R.: Junior-Professur „Siliziumtechnologie für Erneuerbare
Energien“, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, Fakultät für
Elektrotechnik und Informatik, Hannover, 1.1.2016
Kastner O.: W2-Professur „Solare Systemtechnik“, Gottfried Wilhelm Leibniz Universität, Fakultät für Maschinenbau, Hannover,
1.1.2016
53
54
Die neu in 2015 an der Leibniz Universität Hannover berufenen Professoren, u. a. Prof. Dr.-Ing. Oliver Kastner und Prof. Dr.-Ing. Robby Peibst vom
ISFH (2. Reihe, 3. und 4. von links). Im Vordergrund der Präsident der Gottlieb Wilhelm Leibniz Universität, Prof. Dr. iur. Volker Epping (mitte).
The newly appointed professors of the Leibniz Universität Hannover, amongst others Prof. Dr.-Ing. Oliver Kastner und Prof. Dr.-Ing. Robby Peibst vom
ISFH (2nd row, 3rd and 4th from left). In the foreground the President of the Gottlieb Wilhelm Leibniz Universität, Prof. Dr. iur. Volker Epping (middle).
84
Dokumentation
6
Documentation
Lehrveranstaltungen/Lectures
Altermatt P.P.: Simulation und Design von Solarzellen. Vorlesung,
Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover (1.4.-31.9.2015)
Bothe K., Brendel R.: Halbleitermesstechnik für die Photovoltaik.
Vorlesung, Fachbereich Physik, Leibniz Universität Hannover
(16.10.2014-31.1.2015)
Brendel R.: Physik der Solarzelle. Vorlesung, Fachbereich Physik,
Leibniz Universität Hannover (1.4.-31.9.2015)
Goslich R.: Einführung in die regenerative Energietechnik. Vorlesung, Hochschule Weserbergland (HSW) (10.2.-25.3.2015)
Rockendorf G.: Effiziente und dezentrale Wärmeversorgung –
Forschung für solare Komponenten und Systeme. Umwelttechnik
Ringvorlesung WS 14/15, Universität Hildesheim (7.1.2015)
Rockendorf G., Föste S., Glembin J.: Erneuerbare Energien,
Vorlesungsteil Niedertemperatursolarthermie. Vorlesung, Fakultät
Elektrotechnik, Informatik, Maschinenbau, Leibniz Universität
Hannover (1.4.-31.9.2015)
Schmidt J.: Grundlagen der Halbleiterphysik. Vorlesung, Fakultät
für Mathematik und Physik, Leibniz Universität Hannover
(12.10.2015-1.2.2016)
Preise & Auszeichnungen/Awards
Mercs D., Delord C., Leconte A., Papillon P.: Posterpreis, Bestes
Poster, 25. Symposium Thermische Solarenergie, für „Leistungsfähigkeit und Stagnationsverhalten von Kollektoren mit thermochromen Absorberbeschichtungen“. Kloster Banz, Bad Staffelstein,
7.5.2015
Dullweber T.: Auszeichnung seines Projektteams „HighScreen“ in
der Kategorie „Wissenschaftliche Leistung“, enercity-Energie-Effizienzpreis, für dessen industriell herstellbare Hocheffizienz-PERC
Solarzelle. Schloss Herrenhausen, Hannover, 15.4.2015
Reineke-Koch R.: Auszeichnung, Renewable Energy, Elsevier Ltd.,
Best Reviewer Award 2014, für „exceptional contributions to the
peer review of papers in Renewable Energy, with special recognition for the number of reviews undertaken“. Emmerthal, 21.1.2015
Werner F.: Nachwuchspreis, Green Photonics 2015, für Dissertation „Atomic Layer Deposition of Aluminum Oxide on Crystalline
Silicon“. Messe „LASER World of Photonics“, München, 22.6.2015
Zielke D.: Poster Award, NanoDay 2015, für Poster „Organicsilicon solar cells exceeding 20 % efficiency“. LNQE, Leibniz
Universität Hannover, 1.10.2015
85
7
Presse
Press
neue energie 01/2015
InnoWATTion, 02/2015
86
Presse
7
Press
InnoWATTion, 01/2015
87
7
Presse
Press
DEWEZET 28.9.2015
DEWEZET 6.5.2015
65
88
7
Presse
Press
DEWEZET 20.6.2015
Solarthemen 453, 13.8.2015
89
7
Presse
Press
90
Presse
7
Press
91
8
Autoren
Authors
Bartels Dirk, Elektroniker für Energie- und Gebäudetechnik,
Zentrale Dienste, 05151-999-324, [email protected]
Schulte-Huxel Henning, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik, 05151-999-303, [email protected]
Blankemeyer Susanne, Technikerin, Abteilung Photovoltaik,
05151-999-429, [email protected]
Stratmann Manuel, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Photovoltaik,
Bothe Karsten, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Weiß Michael, Diplom-Ingenieur (FH), Zentrale Dienste,
Bredemeier Dennis, Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Witteck Robert, M.Sc., Abteilung Photovoltaik,
Brendel Rolf, Prof. Dr.-Ing., Diplom-Physiker, Institutsleiter,
Zacharias Horst, Diplom-Ingenieur, Zacharias Gebäudetechnik
GmbH, 05151-9451-0, [email protected]
Brendemühl Till, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Photovoltaik,
Gaßdorf Wolfgang, Diplom-Ökonom, stellv. Institutsleiter,
Glembin Jens, Diplom-Ingenieur (FH), Abteilung Solare Systeme,
Goslich Roland, Dr., Diplom-Chemiker, Öffentlichkeitsarbeit,
Haase Felix, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Hampe Carsten, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Hinken David, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Köntges Marc, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
Kröger Marie-Luise, Lehrerin, Lehrerfortbildung, 05151999-100, [email protected]
Lampe Carsten, Diplom-Ingenieur, Abteilung Solare Systeme,
Napp Volker, Oberstudienrat, Lehrerfortbildung,
Peibst Robby, Prof. Dr., Diplom-Ingenieur, Abteilung Photovoltaik,
Reineke-Koch Rolf, Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Solare Systeme,
Schmidt Jan, Prof. Dr., Diplom-Physiker, Abteilung Photovoltaik,
92
Impressum
9
Imprint
Gestaltung/Design
Dipl. Grafik-Designerin Catharina Zeropa-Stangenberg, caze • werbung & kommunikation, Hameln; www.caze.de
Dr. Roland Goslich, ISFH Öffentlichkeitsarbeit
Redaktionsadresse/Editorial office address
– Öffentlichkeitsarbeit –
Am Ohrberg 1
31860 Emmerthal
Deutschland
Telefon
Telefax
eMail
Internet
(0 49) 05151-999-302
(0 49) 05151-999-400
[email protected]
http://www.isfh.de
Publikationskennung/International Standard Serial Number
ISSN 1613-5970
Redaktionsschluss/Editorial deadline
31.12.2015
Druck/Print
gutenberg beuys feindruckerei gmbh, Langenhagen; www.feindruckerei.de
Papier/Paper
Der Jahresbericht wurde auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Umschlag: Chlorfrei gebleicht, glänzend gestrichen.
The annual report was printed on chlorine-free bleached paper. Cover: chlorine-free bleached, glossy coated.
Bildquellen/Origin of photo material
Bilder B, C, D, 1, 46, 65, Bilder auf den Seiten 11, 13, 14, 30-33, 60 und hinteres Umschlagbild: Salzmann PhotoDesign, Bad Münder. Bild
13: Enercity Hannover. Bild Seite 84: Leibniz Universität Hannover, Referat für Kommunikation und Marketing. Bilder 32, 33, 35,
51, 56, 57 überarbeitet von caze • werbung & kommunikation, Hameln. Alle übrigen Bilder: ISFH.
Images B, C, D, 1, 46, 65, images on pages 11, 13, 14, 30-33, 60 and rear side cover page: Salzmann PhotoDesign, Bad Münder.
Image on page 13: Enercity Hanover. Image on page 84: Leibniz Universität Hanover, Communication and marketing. Images 32,
33, 35, 51, 56, 57 redesigned by caze • werbung & kommunikation, Hamelin. All other images by ISFH.
QR-Codes/QR-Codes
Die Fachartikel im Kapitel 3 können auch im Internet abgerufen werden, die Adressen sind jeweils im QR-Code angegeben. SmartphoneBenutzer scannen den Bildcode mit einer App (z. B. Mobiletag, Scan, Scanlife, etc.).
The professional articles in chapter 3 can be accessed in the internet, the addresses are given in QR-code in each case. Smartphone-users
scan the two-dimensional code employing an app (e. g. Mobiletag, Scan, Scanlife etc.).
Urheberrecht/Copyright
Vervielfältigung oder Abdruck von Teilen dieses Berichtes grundsätzlich nur mit vorheriger schriftlicher Einwilligung der Redaktion.
Duplication or reproduction even of parts of this report only with previous written consent of the editorial office.
Danksagung/Acknowledgement
Allen Mitarbeitern, die zum Jahresbericht beigetragen haben, sei an dieser Stelle sehr herzlich gedankt. Ein besonderer Dank geht
an Nicholas Moon für seine freundliche und professionelle Unterstützung und an Horst Zacharias für seinen Beitrag auf Seite 22 ff.
Thank to all colleagues, who have contributed to this annual report. Our particular gratitude goes to Nicholas Moon for his kind
and professional support and to Horst Zacharias for his contribution on page 22 pp.
© Institut für Solarenergieforschung Hameln 2015
Webausgabe 03/2016.2
93
Streiflichter
At a glance
Abbildung/Figure 62:
Die ISFH-Sportgruppe nach der Teilnahme am Stadtgalerielauf in Hameln im April 2015.
The ISFH sports group after participating in the Stadtgalerie run in Hamelin in April 2015.
Mit wachen Augen beobachtet diese Eule einige Teilnehmer am Betriebsausflug, der die Kollegen in diesem Jahr in den Tierpark in Springe führte.
This owl is attentively watching some participants on the Institute outing, which this year took the staff to the animal park in Springe.
Dr. Arnaud Morlier (links) erläutert den Mitgliedern des Wissenschaftlichen Beirates ein mobiles System für die Untersuchung von PV-Modulen im Feld
(FLuorescence Outdoor Inspection System, FLOIS).
Dr. Arnaud Morlier (left) explaining a mobile system for inspecting PV modules in the field (FLuorescence Outdoor Inspection System, FLOIS) to members
of the Scientific Advisory Board.
Probenvorbereitung zur Aufnahme der I/V-Kennlinie einer Solarzelle unter Standard-Testbedingungen.
Sample preparation to measure a I/V characteristic of a solar cell under standard test conditions.
Messtisch mit zu prüfender Silizium-Solarzelle.
Measuring table with a silicon solar cell to be measured.
Teilnehmer beim Workshop „Überhitzungsschutz für Solarkollektoren durch thermochrome Absorber“.
Participants of the workshop “Overheating protection for solar collectors by thermochromic absorbers”.
94
Streiflichter
At a glance
62
63
64
65
66
67
95
Notizen
Notes
96
Frei konfigurierbare Kontaktierleiste zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Kontaktierschemata auf die I/V-Kennlinien von Solarzellen.
Freely configurable contact strip for the determination of the influence of different contacting patterns on the I/V characteristics of solar cells.
Institut für
Solarenergieforschung
Hameln
2015
Am Ohrberg 1
31860 Emmerthal
Deutschland
Telefon
+049 (0) 5151-999-100
Telefax
+049 (0) 5151-999-400
eMail
[email protected]
Internet
www.isfh.de
ISSN 1613-5970

JAHRESBERICHT - Institut für Solarenergieforschung

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