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Titelbild zum Forschungsgebiet Photovoltaik

Photovoltaik

Photovoltaik

​Photovoltaik – die direkte Umwandlung von Solareinstrahlung in elektrische Energie – ist weltweit ein wesentlicher Baustein der zukünftigen Energieversorgung. Die Einsatzgebiete reichen von der Gartenleuchte, der Parkuhr, den Solar Home Systemen in Afrika, der Solaranlage auf dem Hausdach bis zum Gigawatt-Solarkraftwerk. Die Solarforscher der Technischen Hochschule Ulm sind auf die Qualitätssicherung von Solarzellen, Solarmodulen und Photovoltaik-Systemen fokussiert.

Forschungsthemen sind die Charakterisierung von Solarzellen und Solarmodulen, die Alterungsuntersuchungen an Zellen, Modulen und Systemen, die Weiterentwicklung der technischen Betriebsführung und die Netzintegration von Solarwechselrichtern und Batteriesystemen. Dafür werden auch umfangreiche Modelle für die rechnergestützte Simulation und Analyse des Verhaltens von der Solarzelle bis zur Netzintegration zur Verfügung. Für die Forschungsarbeiten steht eine umfangreiche Laborausstattung mit Class AAA Flasher, Elektrolumineszens- und Infrarotkameras und Klimakammern zur Verfügung. Ebenso technische Betriebsführungssystem und mobile Messeinrichtungen für Feldmessungen zur Fehleranalyse an Solarsystemen vorhanden. Im Smart Grids Labor der THU wir die Integration von Solarstrom in das Verteilnetz erforscht.

Ansprechpartner:
Institut für Mechatronik
  • Prof. Walter                      Solarzellen
  • Prof. Adelmann                 Photovoltaik Inselsysteme
Institut für Energie- und Antriebstechnik
  • Prof. Heilscher                 Solarmodule und netzgekoppelte Systeme
  • Prof. Commerell              Netzferne Anwendungen und Batteriesysteme

 

Aktuelle Projekte

Zuverlässigkeit von CIGS-Dünnschichtsolarzellen (proCIGS)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Thomas Walter
Projektlaufzeit: 01.07.2016 - 30.06.2019
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: Energie 2020

Projektbeschreibung:
In proCIGS wird die Zuverlässigkeit von CIGS-Dünnschichtsolarzellen untersucht und optimiert. Der Schwerpunkt liegt auf PID (potential induced degradation). Es werden Dauerläufe durchgeführt, Parameterdriften analysiert und Modelle erstellt / simuliert.


Optimierung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen II (optiCIGS II)

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Thomas Walter
Projektlaufzeit: 01.08.2018 - 31.07.2022
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: Energie 2020


Projektbeschreibung:
In optiCIGS II werden CIGS-Dünnschichtsolarzellen optimiert. Der Schwerpunkt liegt auf der Lumineszenzcharakterisierung, optoelektronischen und Simulation. Die THU ist verantwortlich für die Simulation.


Standardisierte Reinigungstests für vergütete Oberflächen solarer Energiesysteme (ROSE)

Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Projektlaufzeit:
01.04.2019 - 31.03.2021
Mittelgeber:
Bund – BMWi

Programmname: WIPANO

Projektbeschreibung:

Aufgrund von Anlagerung von Stäuben und anderen Verunreinigungen auf den Oberflächen von Photvoltaikmodulen oder Solarthermie-Spiegeln kann es zu signifikanten Ertragsverlusten kommen. Entsprechend erfolgt üblicherweise eine Reinigung der Glasoberflächen, in besonders stark betroffenenen Gebieten sogar auf täglicher Basis. Durch die regelmäßige Reinigung ergeben sich hohe mechanische Belastungen der Glasoberflächen, welche heutzutage in der Regel mit Antireflexionsbeschichtungen versehen sind. Die Schädigung dieser Schichten durch Reinigung führt zu signifikaten, irreversiblen Ertragseinbußen, welche für Anlagenbetreiber, Investoren und Anlagen-Herstellern starke finanzielle Risiken bedeuten.

Ziel des Projekts ist es, einen Standard zu entwickeln, mit dem sich zum einen Oberflächen von solaren Energiesystemen hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegenüber realen Reinigungsbelastungen in Europa und Wüstenregionen prüfen lassen. Darüber hinaus soll mit dem Verfahren auch das Schädigungspotential von Anwender-spezifischen Reinigungsparametern und Materialien evaluiert werden können. Ein solches Prüfverfahren und entsprechend ausgelegtes Prüfgerät existiert derzeit noch nicht.

Zur Untersetzung des Standards werden existierende Reinigungs-Beständigkeitstests anderer Anwendungsbeispiele und Freifeld-Reinigungsversuche in Europa und Wüstenregionen an markttypischen Glasbeschichtungen durchgeführt. Auf Basis der Ergebnisse der Labor- und Freifeldtests erfolgen die Definition der Anforderungen für realistische Reinigungstests und die Ableitung eines praktikablen Prüfablaufs sowie der Aufbau eines geeigneten Prüfgerätes. Diese werden im Rahmen des Projektes optimiert und anhand des Abgleichs von Degradationsraten und mikroskopischen Schadensbildern mit den Freifeldversuchen verifiziert. Im Rahmen des Projektes wird eine DIN SPEC in englischer Sprache erstellt und als Grundlage für die Erstellung einer internationalen ISO/IEC Norm herangezogen.


High Penetration Solar PV in the 100% RES Power System (PVin100-RESPS)

Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher
Projektlaufzeit: 01.07.2019 - 30.11.2022
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: Photovoltaic Power System Technology Collaboration Programme

Projektbeschreibung:

Das "Photovoltaic Power Systems Technology Collaboration Programme (PVPS)" ist eine Plattform innerhalb der Internationalen Energieagentur (IEA) zur Verbesserung der internationalen Forschungs- und Entwicklungszusammenarbeit auf dem Gebiet der Nutzbarmachung photovoltaischer Energie und deren Integration in elektrische Netze. Im Rahmen des PVPS arbeiten derzeit sieben internationale Projekgruppen (sog. Tasks) mit unterschiedlichen Schwerpunktthemen.

Der Task 14 "Solar PV in the 100% RES Power System" beschäftigt sich dabei mit Fragestellungen zur Integration großer Anteile Photovoltaik in die elektrische Energieversorgung. Der Task 14 wurde 2010 gegründet und umfasst derzeit 17 Teilnehmerländer, vertreten durch nationale Experten. Ziel des Task 14 ist es, auf dem Themengebiet der Netzintegration von Photovoltaik den internationalen Austausch von Forschung und Industrie voranzutreiben, bewährte Methoden zur Netzintegration von Photovoltaik zu identifizieren und somit die jeweilige nationale Forschung und Entwicklung effizienter auf wesentliche Fragestellungen auszurichten.



Smart Solar Home System (SmartSHS)

Projektleiter: Prof. Dr. Malte Groß
Projektlaufzeit: 01.01.2017 - 31.12.2018
Mittelgeber: Bund – BMWi
Programmname: ZIM

Projektbeschreibung:
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines innovativen Solar-Home-Systems (SHS) mit intelligentem Lastmanagement. Ein SHS ist ein solares Inselsystem zur Versorgung eines Haushaltes oder Gebäudes, in welchem kein Anschluss an ein Stromnetz vorhanden ist. Es besteht aus einem Photovoltaikmodul, einer Speicherbatterie, einer zentralen Steuereinheit und Verbrauchern, wie Lampen oder Hausgeräten.
Hierfür werden Netztechniken, Endgeräte und Laststeuerung entwickelt. Das Lastmanagement schaltet je nach Energieangebot nicht zwingend benötigte Geräte mit hohem Strombedarf ab oder drosselt ihre Leistung. Neben Laststeuerungshardware und Energiemanagementkonzept muss ein Kommunikationssystem zwischen der Steuereinheit des SHS und den Verbrauchern entwickelt werden


Abgeschlossene Projekte

Optimierung von CIGS-Dünnschichtsolarzellen

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Thomas Walter
Projektlaufzeit: 01.09.2014 - 28.02.2018

Projektbeschreibung:
In optiCIGSwerden CIGS-Dünnschichtsolarzellen optimiert.Der Schwerpunkt liegt auf  der  Lumineszenzcharakterisierung  und  Simulation.  Die  HS  Ulm  ist  verantwortlich  für transiente Photolumineszenz.


NATHAN PV

Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, M.Sc.
Projektlaufzeit: 01.12.2013 - 30.11.2017

Projektbeschreibung: 
Das Projekt NATHAN-PV dient der Entwicklung eines Planungsverfahrens für den Netzausbau von Verteilnetzen mit großen Anteilen dezentraler PV-Anlagen. Dazu werden Analysedaten einer Dachpotentialanalyse und die Einstrahlungsinformationen aus dem Forschungsprojektes ENDORSE des 7. Europäischen Forschungsrahmenprogramms als Grundlage genutzt. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich die Abschattungen durch benachbarte Gebäude, Bäume oder auch Dachaufbauten auf den Gebäuden im untersuchten Gebiet berechnen. Diese Abschattungswerte sind zusammen mit den Kenndaten der installierten PV-Anlagen, die von den lokalen Stadtwerken Ulm/Neu-Ulm (SWU) zur Verfügung gestellt werden, und den lokalen Wetterdaten, welche von der hochschuleigenen Wetterstation und vom Deutschen Wetterdienst stammen, Eingangsgrößen für die Berechnung der abgegebenen elektrischen Leistung. Mit Hilfe der Netzstruktur und aufgezeichneter Wetterdaten bzw. Wetterstatistikdaten lassen sich in der Netzsimulation die Parameter Spannung und Lastfluss, sowie die Auswirkung des Einspeisemanagements ermitteln. Die Projektergebnisse unterstützen eine vorausschauende Netzplanung und einen effizienten Betrieb von Verteilnetzen mit hohem Anteil an Solarstromanlagen.

 

Zuverlässigkeit von CIS-Dünnschichtsolarzellen, RECISII

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Thomas Walter
Projektlaufzeit: 01.11.2012 - 31.03.2016

Projektbeschreibung:

In  RECISII  wird  die  Zuverlässigkeit  von  CIGS-Dünnschichtsolarzellen  untersucht  und optimiert. Der Schwerpunkt liegt auf PID (potential induced degradation). Es werden Dauerläufe durchgeführt, Parameterdriften analysiert und Modelle erstellt / simuliert.


NETCHECK-PV

Projektleiter: Prof. Gerd Heilscher, M.Sc.
Projektlaufzeit: 01.07.2015 - 30.09.2016

Projektbeschreibung:
Das Plusenergie Projekthaus Ulm für nachhaltige Energienutzung kombiniert heute verfügbare Technologien, u.a. wie Photovoltaik, Batteriespeicher, Pellet- und Wärmepumpenheizung sowie eine Lüftung mit Wärme- und Feuchterückgewinnung. Das Ziel ist den Eigenverbauch nachhaltig zu erhöhen und damit die Energiekosten zu senken, und gleichzeitig auch den Einfluss auf das Stromnetz und damit auch den Ausbaubedarf zu reduzieren.


Veröffentlichungen

 2019

Salomon Oliver; Hempel, Wolfram; Kiowski, Oliver; Lotter, Erwin; Witte, Wolfram; Ferati, Artan; Schneikart, Anja; Kaune, Gunar; Schäffler, Raymund;  Becker, Maximilian; Schröppel, Birgit;  Vidal Lorbada, Ricardo; Mücke, Dennis; Walter, Thomas:
Influence of Molybdenum Back Contact on the PID Effect for Cu(In,Ga)Se2 Solar Cells,
in: Coatings 2019, 9, 794, MDPI, 2019, Seiten 13.
DOI: 10.3390/coatings9120794

Vidal Lorbada, Ricardo; Lavrenko, Tetiana; Muecke, Dennis; Walter, Thomas:
Comparision of accelerated ageing and metastabilities between CIGS based solar cells and thin-film modules,
in: Proc. der EU PVSEC 2019, Marseille, 2019, Seiten 4.

Muecke, Dennis; Vidal Lorbada, Ricardo; Walter, Thomas:
Influence of doping density on the back contact of  CU(IN,GA)SE2 solar cells,
in: Proc. der EUPVSEC 2019, Marseille, 2019, Seiten 3.

Vidal Lobarda, Ricardo; Walter, Thomas; Marrón, David Fuertes; Lavrenko, Tetiana;  Muecke, Dennis:
A Deep Insight into the Electronic Properties of CIGS Modules with Monolithic Interconnects Based on 2D Simulations with TCAD,
in: Coatings 2019, 9(2), 128, MDPI, 2019, Seiten 10.
https://doi.org/10.3390/coatings9020128

Kontakt
Institut für Angewandte Forschung
Raum: A305a
Prittwitzstraße 10
89075 Ulm
Fon: +49 (0)731 50-28154
Mail: IAF@thu.de

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