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
Institut für Energie- und Antriebstechnik
Aktuelle Projekte
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 optiCIGSII (Nachfolgeprojekt optiCIGS) werden CIGS-Dünnschichtsolarzellen charakterisiert und optimiert. In diesem Projekt wird neben dem Durchbruchverhalten dieser Dioden insbesondere der Einfluss von PDT (post deposition treatment) auf die Effizienz sowie Homogenität von Modulen untersucht und modelliert. Die Technische Hochschule Ulm ist verantwortlich für Modellbildung sowie 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.
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.
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.
Abgeschlossene 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
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.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.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
2020
Vidal Lorbada, Ricardo; Walter, Thomas; Fuertes Marrón, David; Muecke, Dennis; Lavrenko, Tetiana; Salomon, Oliver; Schaeffler, Raymund:
Phototransistor Behavior in CIGS Solar Cells and the Effect of the Back Contact Barrier,
in: Energies 2020, 13(18), (Hrsg.), MDPI, 2020, Seiten 18.
DOI: https://doi.org/10.3390/en13184753, ISSN: 1996-1073 (eISSN)
Mücke, D.; Vidal Lorbada, R.; Walter, T.; Schäffler, R.:
Effects of PDT on the Low Temperature Behavior of CIGS Thin-Film Solar Cells,
in: Proc. EU PVSEC 2020, EU (Hrsg.), 2020, Seiten 3.
DOI: 10.4229/EUPVSEC20202020-3CO.8.4, ISSN: 3-936338-73-6
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
