Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Institutsgebäude des Fraunhofer ISE in Freiburg
Kategorie:	Forschungseinrichtung
Träger:	Fraunhofer-Gesellschaft
Rechtsform des Trägers:	Eingetragener Verein
Sitz des Trägers:	München
Standort der Einrichtung:	Freiburg im Breisgau
Außenstellen:	Gelsenkirchen, Freiberg
Art der Forschung:	Angewandte Forschung
Fächer:	Ingenieurwissenschaften, Naturwissenschaften
Fachgebiete:	Solartechnik, Photovoltaik, Gebäudetechnik, Elektrotechnik, Wasserstofftechnologie
Grundfinanzierung:	Bund (90%), Länder (10%); Anteil der Grundfinanzierung am Betriebshaushalt: 7%
Leitung:	Eicke R. Weber
Mitarbeiter:	ca. 1.100, davon 440 Stammpersonal
Homepage:	www.ise.fraunhofer.de

Photovoltaikanlage auf dem Rappeneck. Die Anlage wurde 1987 vom Fraunhofer ISE geplant und gebaut

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, auch in der Kurzbezeichnung „Fraunhofer ISE“ genannt, ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (FhG) und hat seinen Sitz in Freiburg im Breisgau. Seine Aktivitäten sind der angewandten Forschung und Entwicklung in den Fächern Ingenieurwissenschaft und Naturwissenschaft auf dem Gebiet der Solartechnik und der Photovoltaik zuzuordnen. Das Fraunhofer ISE Labor- und Servicecenter Gelsenkirchen sowie das Technologiezentrum Halbleitermaterialien (THM) in Freiberg sind Außenstandorte des Instituts, die sich der Solarzellen- bzw. Halbleiter-Materialentwicklung widmen.
Das Fraunhofer ISE wird seit 2006 von Prof. Dr. Eicke R. Weber geleitet, der in Personalunion auch Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Physik, Solarenergie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ist. Mit über 1.100 Mitarbeitern ist das Fraunhofer ISE das größte Solarforschungsinstitut Europas. Das Budget beträgt 60,0 Mio. Euro.

Geschichte

Das Fraunhofer ISE wurde 1981 gegründet und war das erste außeruniversitäre Solarforschungsinstitut in Europa. Die frühen Schwerpunkte waren: der Fluoreszenzkollektor FLUKO, die Transparente Wärmedämmung sowie erste Schritte in Richtung hocheffizienter Silicium und III-V Solarzellen, Dünnschichtzellen sowie Solarsilicium.

Bereits 1983 gelang die Entwicklung des ersten vollelektronischen ISE-Wechselrichters mit bis dahin nicht erreichtem Wirkungsgrad zum Einsatz in autonomen Photovoltaik-Anlagen. Im Jahr 1986 entsteht das erste Serienprodukt mit einem Fluoreszenzkollektor zur Energieversorgung. Im Rahmen des PV-Kleingeräteprogramms entstehen in Zusammenarbeit mit der mittelständischen Industrie zahlreiche weitere erfolgreiche Produkte. Mit der Inbetriebnahme des Reinraumlabors begann 1989 die Herstellung von hocheffizienten Solarzellen. Vom ISE entwickelte selektive Solarabsorberschichten für thermische Solarkollektoren gehen 1998 in die industrielle Fertigung.

Forschung und Entwicklung

Mit der Forschung des Fraunhofer ISE werden die technischen Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrieländern als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern, geschaffen. Hierzu entwickelt das Institut Materialien, Komponenten, Systeme und Verfahren und beschäftigt sich, über die Grundlagenforschung hinaus mit der Entwicklung von Produktionstechniken und Prototypen sowie der Ausführung von Demonstrationsanlagen und dem Betrieb von Testzentren.

Die wissenschaftlichen Abteilungen des Instituts spiegeln die hier im Überblick beschriebenen Arbeitsschwerpunkte wider:

• Energieeffiziente Gebäude und Gebäudetechnik
  Am Fraunhofer ISE sind Gebäude und ihre technische Ausrüstung ein zentrales Thema. Im Team mit Architekten, Fachplanern und der Industrie werden Gebäude von heute optimiert und Gebäude für morgen entwickelt. Dabei werden hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, der Energieeffizienz und dem Nutzerkomfort optimierte Konzepte verwirklicht. Die internationalen Rahmenbedingungen hierfür werden durch Mitarbeit in Projekten der Internationalen Energieagentur (IEA) mitgestaltet. Für diese Aufgaben arbeiten viele Disziplinen zusammen – von der Materialforschung und Schichtentwicklung bis zur Komponenten- und Systementwicklung einschließlich der erforderlichen Tests.

• Angewandte Optik und funktionale Oberflächen
  Solare Energiesysteme wandeln Solarenergie, die in Form von elektromagnetischer Strahlung auf die Erde trifft, in thermische, elektrische oder chemische Energie um. Um die Solarstrahlung je nach Anforderung besser zu transmittieren, zu reflektieren, zu absorbieren, zu filtern, zu lenken oder zu konzentrieren, entwickelt das Fraunhofer ISE optische Komponenten und Systeme. Der Bereich „Angewandte Optik und funktionale Oberflächen“ bedient als Querschnittsthema mehrere Segmente der Solartechnik: Fenster und Fassaden, solarthermische Kollektoren, Konzentratorsysteme für die Photovoltaik und solare Kraftwerke sowie photovoltaische Modultechnik.

• Solarthermie
  Das Geschäftsfeld umfasst den Markt von Nieder- bis Hochtemperaturanwendungen: Solarthermische Kollektoren und Kollektorsysteme mit Flach- und Vakuumröhrenkollektoren haben vielseitige Anwendungen von der Brauchwasser- und Solarheizungsanlage über die Kühlung und Klimatisierung bis hin zur seewasserfesten Entsalzungsanlage. Auch fassadenintegrierte Kollektoren und Fensterkollektoren werden eingesetzt. Mit linear konzentrierenden Kollektoren können Betriebstemperaturen von 150 °C bis über 400 °C erreicht werden. Sowohl Rinnen- als auch Fresnelkollektoren werden nicht nur für die solarthermische Stromversorgung von Großkraftwerken eingesetzt, sondern auch in oft einfacheren und kostengünstigeren Varianten für die Erzeugung von Prozesswärme, Prozessdampf und Antriebswärme von Absorptionskältemaschinen.

• Silicium-Photovoltaik
  Die Photovoltaik gewinnt, insbesondere durch die gezielten Markteinführungsprogramme in Japan und Deutschland, immer mehr an Bedeutung. Über 90 Prozent der hergestellten Solarzellen bestehen aus kristallinem Silicium. Preis-Leistungs-Verhältnis, Langzeitstabilität und belastbare Kostenreduktionspotenziale sprechen dafür, dass dieser Leistungsträger der terrestrischen Photovoltaik noch deutlich länger als die nächsten zehn Jahre marktbeherrschend bleiben wird. Die Forschung und Entwicklung des Fraunhofer ISE deckt die gesamte Wertschöpfungskette der kristallinen Silicium-Photovoltaik ab, von der Materialentwicklung und Kristallisation über die Solarzellenentwicklung bis hin zur Modultechnologie.

• Alternative Photovoltaik-Technologien
  In Ergänzung zur Silicium-Photovoltaik erstreckt sich die Solarzellenforschung des Instituts auf weitere Photovoltaik-Technologien: Durch den Einsatz von III-V basierenden Halbleitern wie Galliumindiumphosphid, Aluminiumgalliumarsenid oder Galliumarsenid können heute die höchsten Wirkungsgrade für Solarzellen erreicht werden. Die Technologie der Farbstoffsolarzellen hat sich in den letzten Jahren deutlich über den Labormaßstab hinaus entwickelt und Organische Solarzellen sind insbesondere aufgrund der erwarteten niedrigen Herstellungskosten attraktiv.

• Regenerative Stromversorgung
  Menschen in ländlichen Regionen, unzählige technische Anlagen in der Telekommunikation, Umweltmesstechnik sowie tragbare Elektronikgeräte haben eines gemeinsam: Sie alle brauchen eine netzunabhängige Stromversorgung. Hierfür werden am Fraunhofer ISE regenerative Energien oder andere innovative Energiewandler entwickelt.
  Der Bau netzgekoppelter Anlagen ist heute der weltweit größte Markt der Photovoltaikbranche. Das Institut berät bei der Anlagenplanung, charakterisiert Solarmodule und führt die technische Bewertung und Leistungsprüfung von Photovoltaik-Anlagen durch.

• Wasserstofftechnologie
  Wasserstoff setzt bei der Reaktion mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle nutzbare Energie in Form von Strom und Wärme frei. Da Wasserstoff in der Natur jedoch nicht in Reinform vorliegt, muss er aus seinen vielfältigen chemischen Verbindungen gewonnen werden. Im Bereich Wasserstofftechnologie werden innovative Technologien zur Gewinnung und hocheffizienten Umwandlung von Wasserstoff in Strom und Wärme erforscht. Zusammen mit den Partnern aus Industrie und Wissenschaft werden Komponenten bis hin zu kompletten Brennstoffzellensystemen, überwiegend für netzferne, portable und mobile Anwendungen entwickelt.

Servicebereiche

Derzeit verfügt das Fraunhofer ISE über vier akkreditierte Testeinrichtungen:

• TestLab Solar Thermal Systems
• TestLab Solar Façades
• TestLab PV Modules
• CalLab PV Cells / CalLab PV Modules

Zu den weiteren Servicebereichen zählen eine Testeinrichtung für Lüftungskompaktgeräte, ein Labor für die Qualifizierung von Phasenwechselmaterialien (PCM), ein Teststand für thermisch angetriebene Wärmepumpen kleiner Leistung sowie ein Batterieprüflabor.

Kooperationen

Das Fraunhofer ISE ist Gründungsmitglied und Geschäftsstelle der „Fraunhofer-Allianz Energie“. In dieser Allianz bündeln 16 Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen in Energietechnologien und -forschung, um Industrie und Energiewirtschaft Forschungs- und Entwicklungsarbeiten aus einer Hand anbieten zu können.

Das Institut ist außerdem in ein Netz von nationalen und internationalen Kooperationen eingebunden, es ist u.a. Mitglied des ForschungsVerbunds Sonnenenergie (FVS) und der European Renewable Energy Centers Agency (EUREC).

Im universitären Bereich besteht eine enge Kooperation mit dem Materialforschungszentrum der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg die den Grundlagenforschungsbedarf des Fraunhofer ISE abdeckt und durch die Doppelfunktionen des Institutsleiters (zugleich Lehrstuhlinhaber) begünstigt wird.

Ausgründungen

Ausgründungen aus Forschungseinrichtungen sind Teil einer von Bund und den Ländern gewollten Strategie zur Verwertung von marktfähigen Forschungsergebnissen, welche aus öffentlichen Mitteln gefördert wurden (Stichwort: Ergebnisse nicht in die Schublade, sondern dem Wirtschaftsstandort Deutschland zuführen). An solchen Ausgründungen beteiligen sich in der Regel Mitarbeiter der Einrichtungen und ggf. die Institute selbst.

Bisher hat es beim Fraunhofer ISE sechs solche Ausgründungen, auch „Spin-Off“ genannt, gegeben.

Beispiele:

• Im Jahr 1999 wurde ein Unternehmen gegründet, deren Dienstleistungen das Know-how rund um die Solarenergie betrifft. Das Unternehmen bietet neben Studien und Gutachten auch Mess- und Regeltechnik sowie Sonderanfertigungen für Laborequipment an.

• Ein im Jahr 2001 gegründetes Unternehmen befasst sich mit der Entwicklung und Fertigung von funktionalisierten Oberflächen für Lichtmanagement. Eine besondere Spezialisierung ist die großflächige homogene Strukturierung von optischen Oberflächen.

• Ein weiteres im Jahr 2002 gegründetes Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, Wärmequellen für die Kälteerzeugung zu erschließen und dafür Niedertemperaturwärme anstelle von Strom als Energiequelle nutzbar zu machen. Damit steht eine Anlagentechnik zur Verfügung, mit der insbesondere im Sommer nicht nutzbare Wärme aus einer Vielzahl von Quellen zur wirtschaftlichen Kälteerzeugung genutzt werden kann.

• Ein neu gegründetes Technologieunternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, eine innovative Photovoltaik-Technologie in den Markt einzuführen. Photovoltaik-Kraftwerke von 100 kW bis mehrere Megawatt Leistung werden möglicherweise die Zukunft der Photovoltaik bestimmen. Das Unternehmen zielt dabei auf große Photovoltaik-Installationen in sonnenreichen Ländern.

Personal, Infrastruktur und Finanzierung

Am Fraunhofer ISE sind über 1.100 Mitarbeiter beschäftigt, wovon 440 das Stammpersonal ausmachen (Stand 07/2011).

Über 21.000m² Büros, Labors und Testgelände stehen zur Bearbeitung der Forschungsaufträge zur Verfügung.

Der Betriebshaushalt des Fraunhofer ISE liegt im Geschäftsjahr 2010 bei 53,2 Millionen Euro. Etwa 7 % hiervon kamen aus der Grundfinanzierung, welche zu 90 % aus Bundesmitteln und zu 10 % aus Landesmitteln finanziert wird. Rund 44 % des Betriebshaushalts waren Erträge aus der Auftragsforschung der Wirtschaft, die restlichen Mittel stammen aus öffentlichen und sonstigen Erträgen. Zusätzlich tätigte das Institut 2010 Investitionen in Höhe von 8,4 Millionen Euro. (Stand: 03/2011)

Weblinks

• Homepage des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE)

48.009017.834682

Koordinaten: 48° 0′ 32″ N, 7° 50′ 5″ O