Tätigkeitsbericht 2010

Transcrição

2010 Tätigkeitsbericht
Annual Report
ZAE BAYERN
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V.
Annual Report 2010 — ZAE Bayern
Tätigkeitsbericht 2010
Annual Report 2010
ZAE Bayern
Bavarian Center for Applied Energy Research
www.zae-bayern.de
Der Vorstand
Board of Directors
Prof. Dr. Vladimir Dyakonov (Vorsitzender | Chairman of the Board)
Prof. Dr. Ulrich Stimming
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff
Prof. Dr. Christoph J. Brabec
Stand: 31. Dezember 2010
Status: 31st December 2010
1
Tätigkeitsbericht 2010 – ZAE Bayern
2
Impressum
Imprint
Herausgeber
Bayerisches Zentrum für Angewandte
Energieforschung e. V. (ZAE Bayern)
Editor
(ZAE Bayern)
Textbeiträge und Fotos
von den Mitarbeitern des ZAE Bayern;
ergänzende Fotos: Peter J. Schmitt
(Identitätsarchitekten®),
Doreen Ambrosius (Identitätsarchitekten®),
Daniel Peter, Würzburg
Articles and Photos
by ZAE Bayern staff members;
additional photos: Peter J. Schmitt
(Identitätsarchitekten®),
Doreen Ambrosius (Identitätsarchitekten®),
Daniel Peter, Würzburg
Redaktion und Bearbeitung
Anja Matern-Lang, Dr. Christian Scherdel
Coordination and Editing
Anja Matern-Lang, Dr. Christian Scherdel
ZAE Bayern
Am Hubland
97074 Würzburg
ZAE Bayern
Am Hubland
97074 Würzburg
SS+49 931 / 705 64-0
TT+49 931 / 705 64-60
SS+49 931 / 705 64-0
TT+49 931 / 705 64-60
www.zae-bayern.de
[email protected]
www.zae-bayern.de
[email protected]
Konzept und Design
Identitätsarchitekten®, Würzburg
Concept and Design
Identitätsarchitekten®, Würzburg
Druck
bonitasprint GmbH, Würzburg
Print
bonitasprint GmbH, Würzburg
Copyright
Bayerisches Zentrum für Angewandte Energie
forschung e. V. (ZAE Bayern), Würzburg, Juli 2011
Copyright
(ZAE Bayern), Würzburg, July 2011
Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion
erforderlich.
All rights reserved. No reproduction, copy or
transmission of this publication may be made
without written permission.
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei
gebleichtem Papier.
Printed on acid and chlorine free bleached paper.
3
|
00.01 Inhalt
Content
00.00 Impressum �� 3
00.00 Imprint�� 3
00.01 Inhalt ��4
00.01 Content�� 4
00.02 Vorwort��6
00.02 Foreword �� 6
01. Allgemeines
01. General Information
11
01.01 Überblick �� 12
01.01 At a glance�� 12
01.02 Das ZAE Bayern in Zahlen �� 16
01.02 ZAE Bayern in Facts & Figures ��16
01.03 Das ZAE Bayern als Kooperationspartner� 17
01.03 Cooperation with ZAE Bayern �� 17
01.04 Die Organe des ZAE Bayern �� 18
01.04 The Governing Bodies of ZAE Bayern�� 18
01.05 Rückblick �� 20
01.05 Review ��20
01.06 Bei uns zu Gast 2010�� 30
01.06 Official Visitors in 2010�� 30
01.07 Ausblick��32
01.07 Outlook ��32
02. Forschungsfelder
02. Fields of Research
02.00
37
Forschungsfelder��38
37
02.00Fields of Research ��38
02.01 Photovoltaik ��40
02.01
Photovoltaics�� 40
02.02
Energiespeicher��42
02.02
Energy Storage ��42
02.03
Energieoptimierte Gebäude �� 44
02.03
Energy Optimized Buildings �� 44
02.04
Energieeffiziente Prozesse �� 46
02.04
Energy Efficient Processes �� 46
02.05
Nanomaterialien�� 48
02.05
Nanomaterials �� 48
02.06
Thermophysik und -sensorik�� 50
02.06
Thermophysics and Thermosensorics�� 50
02.07
Systemtechnische Modellierung��52
02.07
Systems Modelling��52
03. Wissenschaftliche Ergebnisse
4
11
55
03. Scientific Results
55
03.00 Wissenschaftliche Ergebnisse ��56
03.00 Scientific Results��56
03.01 Charakterisierung kristalliner
Si-Dünnschichtsolarzellen mit Mikro-Raman��58
03.01 Characterization of Crystalline Silicon
Thin Film Solar Cells with Micro Raman�� 58
03.02 Aufbau eines PV-Modul Prüflabors��60
03.02 Construction of a PV Module Testing
Laboratory �� 60
03.03 Molekulare und polymere Materialien in der Energieforschung�� 62
03.03 Molecular and Polymeric Materials in
Energy Research ��62
03.04 Redoxflussbatterien – Schlüsseltechnologie zur Netzintegration Erneuerbarer Energien�� 64
03.04 Redox Flow Batteries – a Key Technology for Integration of Renewable Energies into the Power Grid�� 64
03.05 Entwicklung eines superisolierten
Langzeitwärmespeichers��66
03.05 Development of a Super Insulated
Long-Term Heat Storage �� 66
03.06 Entwicklung formstabiler Phasenwechselmaterialien �� 68
03.06 Development of Shape-Stabilized
Phase Change Materials�� 68
03.07 Einsatz von Latentwärmespeichermaterialien zur Raumkühlung �� 70
03.07 Application of Phase Change Materials
for Room Cooling��70
03.08 Innovative Komponenten für energieeffiziente Fassaden�� 72
03.08 Innovative Components for Energy Efficient Façades �� 72
03.09 Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel für Absorptionskältemaschinen��74
03.09 Ionic Liquids as Solvent for Absorption
Chillers �� 74
03.10 Hochtemperaturaustreiber für mehrstufige Absorptionskältemaschinen��76
03.10 High Temperature Generators for Multistage Absorption Chillers��76
03.11 Sorptionsanalyse und in-situ Dilatometrie an porösen Festkörpern ��78
03.11 Sorption Analysis and In-Situ Dilatometry on Porous Solids ��78
03.12 Elektronische und infrarot-optische
Eigenschaften von Aluminium-dotierten Zinkoxid-Schichten��80
03.12 Electronic and Infrared Optical Properties of Aluminum-Doped Tin Oxide Layers 80
03.13 Thermische Transporteigenschaften
bei Kryotemperaturen��82
03.13 Thermal Transport Properties at Cryogenic Temperature��82
03.14 Qualitätssicherung von PhotovoltaikAnlagen mittels Infrarot-Messtechnik�� 84
03.14 Quality Management of Photovoltaic
Systems with Infrared Measurement
Technique �� 84
03.15 Betriebsoptimierung und energetische Evaluierung von Nichtwohngebäuden�� 86
03.15 Optimizing Operations and Energetic
Evaluation of Non-residential
Buildings�� 86
04. Standorte
04. Locations89
89
04.01
Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien��90
04.01
Technology for Energy Systems and Renewable Energy�� 90
04.02
Funktionsmaterialien der Energietechnik�� 92
04.02
Functional Materials for Energy Technology ��92
04.03
Thermosensorik und Photovoltaik �� 94
04.03
Thermosensorics and Photovoltaics�� 94
05. Veröffentlichungen
97
05. Publications97
05.01 Vorträge und Poster �� 98
05.01 Presentations and Posters ��98
05.02 Veröffentlichungen��105
05.02 Publications �� 105
05.03 Studienabschlussarbeiten und
Dissertationen�� 109
05.03 Degree and
Doctoral Theses�� 109
05.04 Patente�� 111
05.04 Patents �� 111
05.05 Mitarbeit in Gremien ��112
05.05 Membership in Committees �� 112
05.06 Vorlesungen ��114
05.06 Lectures�� 114
05.07 Sonstiges ��115
05.07 Miscellaneous �� 115
06. Pressespiegel
06. Press Review
117
ZAE Bayern: Adressen��136
117
ZAE Bayern: Addresses�� 136
5
|
00.02 Vorwort
Foreword
Alle die über die Energieversorgung der Zukunft
schon geraume Zeit intensiv nachdenken oder sich
erst seit Kurzem mit diesem essentiellen Thema beschäftigen, sahen sich durch die bundesweite Initiative „Wissenschaftsjahr 2010 – Die Zukunft der Energie“ bestätigt und inspiriert. Diese Aktion förderte
den Dialog zwischen der breiten Öffentlichkeit, Politik und Energie- und Klimaforschern. MS Wissenschaft 2010 – das Energieschiff, eine schwimmende
Ausstellung „voller Energie“, präsentierte ein Jahr
lang ein breites Spektrum technischer Möglichkeiten im Zusammenhang mit dem Einstieg ins „Zeitalter der erneuerbaren Energien“. Sie machte aber
auch allen klar, welche Anstrengungen uns in den
nächsten 40 Jahren auf diesem Weg erwarten. Das
ereignisreiche Jahr 2010 kurz gefasst: das neue ambitionierte Energiekonzept der Bundesregierung
liegt uns seit September 2010 vor. Erneuerbare Energien sollen bis 2050 80% unseres Bruttostromverbrauchs decken. Dazu benötigt man leistungsfähige
Energiespeicher und Stromnetze. Der Energieeffizienz wird im Konzept eine herausragende Rolle zugeordnet. Die MS Wissenschaft wechselt zurzeit ihre
Fracht. Nun ist Gesundheitsforschung das Thema.
Heute wissen wir leider alle, wie nah das Gesundheitsrisiko und eine nicht nachhaltige Energietechnik beieinander liegen. Die Reaktorkatastrophe in
Japan am 11. März 2011 hat in der Tat sehr viel „verändert“.
6
All of those who had been thinking intensely about
the future power supply, or who have just started
getting involved with this essential topic, saw themselves approved and inspired by the nationwide initiative “Year of Science 2010 – The Future of Energy”. This
campaign fostered the dialogue between the general public, politics and energy and climate researchers.
The energy ship MS Wissenschaft (MS Science) 2010,
was a swimming exhibition “full of energy”. During
one year it presented a broad spectrum of technical
possibilities connected with the entry into “the era of
renewable energies”. However, it was made clear to
everyone which efforts were awaiting us in the coming 40 years on this path. 2010 was an eventful year. In
short: the new, ambitious energy concept of the Federal Government is known since September 2010. By
2050 80% of our gross power consumption shall be
provided by renewable energies. For this, efficient energy-storages and power-supply systems are needed.
Energy efficiency will play an outstanding part in the
concept. The MS Wissenschaft is currently changing
its freight. The current topic is health research. Unfortunately today we all know how close health risks and
a not sustainable energy technology are. The reactor
disaster in Japan on 11th March 2011 indeed „changed“
a lot.
ZAE Bayern does not want to miss 2010. The District
President from Lower Franconia Dr. Paul Beinhofer
handed over three grant certificates to ZAE Bayern on
Auch das ZAE Bayern möchte das Jahr 2010 nicht
missen. Am 11. November überreichte der Regierungspräsident von Unterfranken, Dr. Paul Beinhofer, dem ZAE Bayern drei Förderbescheide. Die
räumliche Erweiterung des Instituts hat damit
an allen Standorten begonnen. Ziel einer solchen
räumlichen Erweiterung ist es, die nationale und internationale Wettbewerbsfähigkeit des Instituts im
Bereich der Energieforschung nachhaltig zu stärken
und somit auch die Chancen für die Aufnahme des
Instituts in die Leibniz-Gemeinschaft zu verbessern.
Die erste Grundsteinlegung fand am 16. Dezember
in Erlangen statt.
Das einzigartige Großprojekt „Mobiler Speicher II “
hat begonnen. Die Motivation: Obwohl die Industrieabwärme auf hohem Temperaturniveau in großen Mengen zur Verfügung steht, ist eine direkte
Nutzung aufgrund der Entfernung von geeigneten
Verbraucherstrukturen schwierig. Offene Sorptionssysteme mit Zeolithen erlauben die Realisierung
von mobilen Speichern mit hohen Energiespeicherdichten und damit buchstäblich einen „Wärmetransport“.
Am 16. November gründeten die Universität Erlangen-Nürnberg, die Hochschule Nürnberg, die Fraunhofer-Gesellschaft und das ZAE Bayern den Energie
Campus Nürnberg (EnCN ). Unter dem Motto „Solarfabrik der Zukunft“ wird das ZAE Bayern am EnCN
zusammen mit Partnern eine weltweit einzigartige Forschungsplattform zur massentauglichen Fertigung von gedruckten Solarzellen in den nächsten
fünf Jahren entwickeln.
Im Rahmen des Förderschwerpunkts „Forschung für
Energieoptimiertes Bauen“ hat das ZAE Bayern im
Dezember 2010 mit der Realisierung eines Leuchturmprojekts „Demonstration von Energieeffizienz
und des Einsatzes erneuerbarer Energieträger am
Neubau eines innovativen Forschungsgebäudes –
DEENIF “ begonnen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie, sowie
vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft,
Verkehr, Infrastruktur und Technologie gefördert.
Weitere Unterstützung erfährt das Vorhaben durch
die beteilitgen Industriefirmen, Sponsoren und vor
allem durch die Stadt Würzburg. Allen Ihnen gilt unser Dank.
Besonders intensiv war 2010 die Zusammenarbeit
des ZAE Bayern mit dem Forschungsverbund Erneuerbare Energien (FVEE), dem größten koordinierten Forschungsnetzwerk außeruniversitärer
Forschungseinrichtungen für erneuerbare Energien in Europa. In 2010 wählte der FVEE den ZAE-Vorstandsvorsitzenden zu seinem Sprecher.
Welche weiteren Entwicklungen und Entscheidungen das vergangene Jahr mit sich brachte, möchten wir Ihnen in der neuesten Ausgabe unseres Tä-
11th November. With it the expansion of the institute
began at all three locations. The aim of such an expansion is to strengthen the national and international
competitiveness of the institute in the field of energy
research. In doing so the institute’s chances for being
admitted in the Leibniz-Gemeinschaft are being improved as well. The first foundation stone laying took
place on 16th December in Erlangen.
The unique major project “Mobile Storage II ” began.
Motivation: Although industrial waste heat with high
temperatures is available in large amounts, an immediate use is difficult, due to the distance of suitable
consumer infrastructure. Open sorption systems with
zeolites allow the realization of mobile storages with
high energy storage densities and herewith literally a
“heat transport”.
On 16th November the University Erlangen-Nuremberg, the University of Applied Science Nuremberg,
the Fraunhofer Gesellschaft and ZAE Bayern founded the Energy Campus Nuremberg (EnCN). Under the
motto “Future Solar Factory”, ZAE Bayern and partners will develop a worldwide unique research platform on the EnCN . In the coming 5 years it will do
research on the production of printed solar cells, suitable for mass production.
In the framework of the funding priority “Research
for Energy Optimized Construction” EnOB , in December 2010 ZAE Bayern started its beacon project “Demonstration of Energy Efficiency and the Application of
Renewable energy Sources on the New Innovative Research Building – DEENIF ”. The project is funded by
the Federal Ministry of Economics and Technology as
well as by the Bavarian State Ministry for Economics,
Transport, Technology and Infrastructure. The enterprise gets further support from companies involved,
sponsors and especially from the Würzburg city council. We thank them all.
The collaboration of ZAE Bayern with the FVEE Forschungsverbund Erneuerbare Energien (Renewable Energy Research Association) was very intense in
2010. The organization is the largest coordinated research network of non-university research centers for
renewable energies in Europe. In 2010 the Chairman
of the Board was elected for FVEE’s spokesman.
In the newest issue of our annual report we want to
present further developments and decisions that last
year brought us. The annual report continues the tradition of the reports of 2008 and 2009. In the 2010 issue the presentation of the research focal points of
the institute is new. This signifies an even higher profile and concentration on unique characteristics in the
global competition, which has long exceeded the regional context. In future photovoltaics, energy storages, energy optimized buildings and energy efficient
processes are the core issues of ZAE Bayern and are
well supported by the cross-cutting issues nanoma7
tigkeitsberichts präsentieren. Der Tätigkeitsbericht
setzt die Tradition der Tätigkeitsberichte 2008 und
2009 fort. Neu in der Ausgabe 2010 ist die Präsentation der Forschungsschwerpunkte des Instituts. Das
bedeutet eine noch stärkere Profilschärfung und
Konzentration auf Alleinstellungsmerkmale im globalen Wettbewerb, welcher den regionalen Rahmen
seit längerem überschritten hat. Photovoltaik, Energiespeicher, Energieoptimierte Gebäude und Energieeffiziente Prozesse sind die Kernthemen des ZAE
Bayern in der Zukunft und werden durch die Querschnittsthemen Nanomaterialien, Thermophysikund sensorik und Systemtechnische Modellierung
sinnvoll unterstützt.
Unseren Institutsmitarbeiterinnen und -mitarbeitern möchte ich für ihren Forschungseinsatz, ihre
Zuverlässigkeit und ihre erfolgreiche Arbeit sehr
herzlich danken. Unseren Mitgliedern danke ich für
die Treue und das Interesse an unserer Institutsarbeit. Im September beendete Herr Dipl.-Phys. Wolfgang Schölkopf seine langjährige Tätigkeit als Abteilungsleiter und Mitglied des erweiterten Vorstands.
Im Namen der Mitarbeiter des ZAE Bayern und des
Vorstands möchte ich mich bei ihm für sein langjähriges Engagement und die sympathische kompetente wissenschaftliche Zusammenarbeit bedanken.
Herrn Dr. Andreas Hauer wünsche ich einen guten
Start als neuer Abteilungsleiter.
Unseren Kuratoren und den Mitgliedern des Wissenschaftlichen Beirates, die uns zahlreiche kritische Impulse für die strategische Weiterentwicklung des Instituts gegeben haben, gilt ebenfalls
unser Dank. Im Februar 2011 beendete Prof. Dr. Jürgen Garche seine Amtszeit als Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats. Das ZAE Bayern dankt Ihm
für sein stetiges Engagement und freut sich gleichzeitig auf seine weitere Mitgliedschaft im Beirat.
8
terials, thermophysics and thermosensorics and systems modelling.
I want to express my sincere thanks to our institute’s
employees for their research activities, reliability and
their successful work. I want to thank our members
for their faithfulness and their interest in our institute’s work. In September Mr. Dipl. Phys. Wolfgang
Schölkopf ended his long lasting activities as head of
division and member of the extended board. In the
name of the staff of ZAE Bayern and the board I want
to thank him for his long term commitment and his
pleasant and competent scientific collaboration. I
wish Dr. Andreas Hauer a good start as new head of
division.
Our thank goes as well to our curators and to the
members of the scientific advisory board, which gave
us numerous critical impulses for the strategic development of the institute. In February 2011 Prof. Dr. Jürgen Garche ended his period of office as chairman of
the scientific advisory board. ZAE Bayern thanks him
for his steady dedication and simultaneously is looking forward to his continuing membership of the
board.
In December 2011 the institute will celebrate its 20th
anniversary. Already today my heartfelt thank-you
goes to the Bavarian State Ministry for Economy, Infrastructure, Transport and Technology for 19 years of
funding of the institute and the continuous supervision and advice to ensure a long lasting development
of our institute.
I hope you enjoy reading our annual report. We are
all looking forward to your critique, questions as well
as suggestions, since this is the best way to express
your interest.
Im Dezember 2011 wird das Institut sein 20-jähriges
Jubiläum begehen. Mein herzliches Dankeschön
geht bereits heute an das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und
Technologie für die 19 Jahre institutioneller Förderung und der ständigen Begleitung mit Rat und Tat
für eine nachhaltige Entwicklung unseres Instituts.
Das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern) ist ein eingetragener, gemeinnütziger Verein mit Sitz in Würzburg und trägt das Forschungsinstitut mit seinen drei Abteilungen in Garching,
Würzburg und Erlangen. Zweck ist die Förderung der angewandten Energieforschung in den Bereichen Wärmemanagement, Elektrizitätserzeugung und Energiespeicherung. Das Forschungsinstitut kooperiert eng mit der
Industrie, Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. Im Themenbereich Energieeffiziente Gebäude werden die FuE-Arbeiten vor allem durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
im Rahmen des Förderschwerpunktes Forschung für Energieoptimiertes Bauen (EnOB) unterstützt.
Ansprechpartner:
ZAE BAYERN
The Energy Efficiency Centre
Links:
Dr. Hans-Peter Ebert
(Abteilungsleiter)
Am Hubland
97074 Würzburg
Tel.: 0931 / 70564-34
E-Mail:
[email protected]
Prof. Dr. Vladimir Dyakonov
(Vorstandsvorsitzender)
Am Hubland
97074 Würzburg
Tel.: 0931 / 3183111
E-Mail:
[email protected]
www.zae-bayern.de
www.vip-bau.de
www.hwff.info
www.vig-info.de
www.pcm-demo.info
www.enob.info
Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Lesen unseres
Tätigkeitssberichts. Auf Ihre Kritik, Fragen sowie
Vorschläge freuen wir uns sehr, denn dies ist der
beste Ausdruck Ihres Interesses.
B
hü
RL 091104 i dd D
kb
1
6 S it
(12 1)
04 11 09 14 25
Vladimir Dyakonov
Würzburg, den 25.04.2011
Vladimir Dyakonov
Würzburg, 25th April 2011
9
10
Bayern
|
01 Allgemeines
General Information
11
|
01.01 Überblick
At a glance
Prof. Dr. C. J. Brabec
Prof. Dr. V. Dyakonov
Prof. Dr. Ing. H. Spliethoff
Prof. Dr. U. Stimming
Wissenschaftlicher Leiter
Scientific Director
Scientific Director
Scientific Director
Scientific Director
Satzungsauftrag
Chartered Objectives
Das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern) ist ein eingetragener,
gemeinnütziger Verein mit Sitz in Würzburg. Zweck
der Gründung ist die Förderung der Energieforschung sowie der Aus-, Fort- und Weiterbildung und
der Beratung, Information und Dokumentation auf
allen Gebieten, die für die Energieforschung bedeutsam sind. Der Verein unterhält ein wissenschaftliches Forschungsinstitut mit drei Abteilungen an
den Standorten Würzburg, Erlangen und Garching,
an welchen rund 180 Wissenschaftler, technische
und Verwaltungsangestellte sowie Studenten tätig
sind. Seit Gründung des ZAE Bayern im Jahr 1991 hat
sich das Institut zu einer national und international
anerkannten Forschungseinrichtung entwickelt. Im
Dezember 2011 wird das Institut sein 20jähriges Jubiläum feiern.
The Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE
Bayern) is a registered, non-profit association. The association was founded in December 1991 and has its
registered office in Würzburg. The association was established to promote energy research as well as education, further training, consultation, information and
documentation in all fields significant to energy research. The association supports a scientific research
institute with three divisions in Würzburg, Erlangen
and Garching, employing about 180 scientists, technicians, administrative personnel and students. Since
the founding of ZAE Bayern in 1991, the institute has
become a both nationally and internationally recognized research institute. In December 2011 the institute will celebrate its 20th anniversary.
Institutsprofil
Das ZAE Bayern arbeitet an der Schnittstelle zwischen erkenntnisbasierter Grundlagenforschung
und angewandter Industrieforschung. Jährlich
führt das Institut eine große Zahl von Projekten
mit der Industrie, vom KMU bis zum Großkonzern,
sowie mit universitären und außeruniversitären
Forschungspartnern durch. Die Hauptforschungsschwerpunkte des ZAE Bayern sind den Bereichen
verstärkter Einsatz von Erneuerbaren Energien und
der Steigerung der Energieeffizienz zugeordnet. Die
Forschungsthemen des Instituts sind in folgende
Kernthemen gegliedert:
•
Photovoltaik
•
Energiespeicher
•
Energieoptimierte Gebäude
•
Energieeffiziente Prozesse
und Querschnittsthemen:
•
Nanomaterialien
• Thermophysik und –sensorik
•
12
Systemtechnische Modellierung
Institute Profile
ZAE Bayern works on the interface between evidence-
based fundamental and applied- industrial research.
Every year the institute performs a great number of
projects with the industry, from SME to large groups,
as well as with university and non-university research
partners.
The most important themes of research at ZAE Bayern
are to encourage the use of renewable energy and increasing the energy efficiency.
The institute’s research topics are divided into the following core issues:
΍΍ photovoltaics
΍΍ energy storage
΍΍ energy optimized buildings
΍΍ energy efficient processes
and cross-cutting issues:
΍΍ nanomaterials
΍΍ thermophysics und thermosensorics
΍΍ systems modelling
Dipl.-Ing. R. Auer
Dr. H.-P. Ebert
Dr. A. Hauer
Dipl.-Betriebswirt (FH ) T. Pharo
Abteilungsleiter
Abteilungsleiter
Abteilungsleiter
Verwaltungsleiter
Head of Division
Head of Division
Head of Division
Head of Central Administration
Dabei bilden Materialkompetenz, Theorieverständnis, Bauteil- und Komponentenentwicklung und
schließlich die Optimierung dieser Komponenten
in Energiesystemen eine lückenlose erkenntnisbasierte Wertschöpfungskette. Die Vernetzung der
einzelnen thematischen Schwerpunkte als auch die
Vernetzung innerhalb der Wertschöpfungskette ermöglichen dem ZAE Bayern wertvolle Lösungen zur
Steigerung der Energieeffizienz und zum verstärkten Einsatz von Erneuerbaren Energien zu liefern.
Die Projekte am Institut werden standortübergreifend bearbeitet und sind nur durch eine enge Vernetzung der einzelnen Arbeitsgruppen mit ihren
Kompetenzen möglich. Aus- und Weiterbildung bilden eine weitere Säule der ZAE-Tätigkeit. Rund 50
Studenten fertigten im Jahre 2010 ihre Diplom- bzw.
Bachelorarbeiten in ZAE-Laboratorien an.
Kooperationen
Das ZAE Bayern fördert verstärkt die praktische Anwendung wissenschaftlicher Erkenntnisse. Zu diesem Zweck strebt es Kooperationen mit wissenschaftlichen Einrichtungen und der Industrie an.
Industrieverbundprojekte, die gemeinsam mit industriellen Partnern durchgeführt werden, profitieren von der engen Vernetzung und den hieraus
resultierenden Synergieeffekten. Eine erfolgreiche
Einwerbung von Drittmitteln über mehrere Jahre ermöglicht dem ZAE Bayern die Stärkung seiner Kerngebiete der Energieforschung, ein Wachstum im Personalbereich sowie Investitionen um als
Gesamtinstitution in absehbarer Zeit international
konkurrenzfähig zu werden. Das Institut kooperiert
in besonderer Weise mit den Universitäten in Würzburg, Erlangen-Nürnberg und München (TUM ). Das
ZAE Bayern ist Mitglied im „ForschungsVerbund
Erneuerbare Energien“ (FVEE), einer strategischen
Partnerschaft außeruniversitärer Forschungsinstitute auf dem Gebiet der Erneuerbaren Energien
in Deutschland. Prof. V. Dyakonov war 2010 Sprecher des FVEE . Das ZAE Bayern ist Gründungsmitglied des Energie Campus Nürnberg (EnCN ). Der
Competence in materials science, theoretical understanding, and development of components and finally optimization of the same within energy systems
create a continuous, knowledge-based chain of value.
Our integrative approach to these individual focuses
facilitates the task of finding effective solutions to increase energy efficiency and boost the use of renewable energy sources.
Projects realized at the institute take advantage of interdivisional cooperation and benefit from the competences within the close network of research groups
within each division. Education is a further pillar of
ZAE Bayern’s activities; around 50 students completed their diploma and bachelor theses at ZAE Bayern
in 2010.
Cooperations
ZAE Bayern intensely promotes the practical applica-
tion of scientific findings, constantly endeavoring to
form cooperative partnerships with scientific and industrial organizations. Joint projects realized by the
institute’s divisions together with industrial partners profit from close networking and the resulting
synergies. Thanks to successfully raising third-party
funds over several years, ZAE Bayern is not only able
to strengthen its core issues of energy research, but
is also experiencing growth in human resources and
investments, in order to become competitive in the
close future as an organization. ZAE Bayern has special close ties with the universities in Munich, Würzburg and Erlangen. ZAE Bayern is a member of the
FVEE - Forschungsverbund Erneuerbare Energien
(Renewable Energy Research Association), a strategic partnership between non-university German research institutes working in the field of renewable energy. In 2010 Prof. V. Dyakonov was voted spokesman
for FVEE . ZAE Bayern is a founding member of the Energy Campus Nuremberg (EnCN). EnCN is a research
cooperation between the Friedrich-Alexander-University Erlangen-Nuremberg, the Georg-Simon-Ohm
University of Applied Sciences in Nuremberg and
the Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der ange13
Mitgliederversammlung
General Assembly
Kuratorium
Board of Trustees
Vorstand
Board of Directors
Mitglieder: Industrieunternehmen, Verbände, natürliche
Personen, Mitglieder von
Amts wegen und Ehrenmitglieder
Members from industrial
enterprises and associations as
well as natural persons,
members ex officio and
honorary members
Kuratoren aus Wirtschaft,
Wissenschaft und Ministerien
Trustees from industry, science
and ministries
Prof. Dr. V. Dyakonov (Vorsitz | Chairman)
Prof. Dr. U. Stimming (stellv. Vorsitz | Vice-Chairman)
Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff
Wissenschaftlicher Beirat
Scientific Advisory
Committee
Beiräte aus Industrie und
Wissenschaft
Advisors from industry and
science
Würzburg
Zentrale Verwaltung / Öffentlichkeitsarbeit
Central Administration / Public Relations
Dipl.-Betriebswirt (FH) T. Pharo
A. Matern-Lang
Abteilung | Division
Garching
Würzburg
Technik für Energiesysteme
und Erneuerbare Energien
Technology for Energy Systems
and Renewable Energy
Funktionsmaterialien
der Energietechnik
Functional Materials
for Energy Technology
Thermosensorik
und Photovoltaik
Thermosensorics
and Photovoltaics
Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff
Dr. A. Hauer
Dr. H.-P. Ebert
Dipl.-Ing. R. Auer
Elektrochemische Wandlung und Speicherung
Electrochemical Conversion and Storage
Energy-Optimized Buildings
Siliziumphotovoltaik
Silicon Photovoltaics
Wärmetransformation
Heat Conversion
Thermische Analyse
Thermal Analysis
PV-Module
PV Modules
Wärmespeichersysteme
Heat Storage Systems
Angewandte IR-Metrologie
Applied IR Metrology
Thermosensorik
Thermosensorics
Solarthermie
Solar Thermal Systems
Nanomaterialien
Nanomaterials
Biomasse/Geothermie
Biomass/Geothermal Systems
Organische PV und Elektronik
Organic PV and Electronics
Erlangen
Organigramm des ZAE Bayern
Organigram of ZAE Bayern
EnCN ist eine Forschungskooperation der Friedrich-
Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg, der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten
Forschung e.V. und dem ZAE Bayern auf dem Gebiet
der Energieforschung. Das ZAE Bayern ist Partner
im interdisziplinären Forschungszentrum „TUM Energie“.
Organisation
Das Institut gliedert sich in drei Abteilungen. Die
Garchinger Abteilung „Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien“ wird von zwei Wissenschaftlichen Leitern, Universitätsprofessoren Dr.
Ulrich Stimming und Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff,
und dem Abteilungsleiter Dr. Andreas Hauer, der
am 01. September 2010 die Nachfolge des langjährigen Abteilungsleiters Dipl.-Phys. Wolfgang Schölkopf angetreten hat, geleitet. In der Abteilung werden Forschungs- und Entwicklungsthemen in den
Bereichen Wärmespeicherung und – transforma
tion und elektrochemische Wandlung und Speicherung bearbeitet. Weitere FuE-Schwerpunkte werden
in den Bereichen Biomasse, Geothermie, Solarthermie gesetzt. Die Abteilung „Photovoltaik und Thermosensorik“ in Erlangen leitet Professor Dr. Christoph J. Brabec zusammen mit Dipl.-Ing. Richard
Auer. Zu den Forschungsaufgaben der Abteilung
gehört die Entwicklung neuer Solarzellenkonzep14
wandten Forschung e.V. (Society for the Promotion of
Applied Research) and ZAE Bayern in the field of energy research. ZAE Bayern is a partner of the interdisciplinary research centre “TUM -Energy”.
Organization
The institute comprises three divisions. The division
in Garching, “Technology for Energy Systems and Renewable Energy”, is managed by two scientific directors, university professors Dr. Ulrich Stimming and Dr.
Hartmut Spliethoff and head of division Dr. Andreas
Hauer, which is the successor of the long term head of
division Dipl.-Phys. Wolfgang Schölkopf. The division
develops and researches heat storage and conversion
as well as electrochemical conversion and storage.
Further focuses of R&D are biomass as well as geothermal and solar thermal systems.
The division in Erlangen, “Photovoltaics and Thermosensorics”, is headed by Prof. Dr. Christoph J. Brabec together with head of division Richard Auer
(Dipl.-Ing.). The division’s fields of research include
developing solar cell concepts and components on
the basis of thin, crystalline silicon, with the aim of
increasing solar cell efficiency, as well as printable solar cells and solvent-based production technology. Increased usage of high (spatial and temporal) resolution infrared imaging (lock-in thermography) in the
te und Bauelemente auf Basis von dünnem, kristallinem Silizium mit dem Ziel der Wirkungsgradsteigerung sowie von druckbaren Solarzellen und
lösungsmittelbasierten Produktionstechnologien.
Verstärkter Einsatz der hoch auflösenden bildgebenden Infrarotmesstechnik (Lock-in-Thermographie) mit hoher Orts- und Zeitauflösung in der Photovoltaik komplettiert das Forschungsspektrum der
Abteilung. Die Abteilung „Funktionsmaterialien
der Energietechnik“ in Würzburg wird von Professor Dr. Vladimir Dyakonov und Dr. Hans-Peter Ebert
geleitet. FuE-Schwerpunkte werden im Bereich der
Sol-Gel basierten Materialien gesetzt; dabei stehen
sowohl Funktionsschichten mit integrierten Nanopartikeln als auch poröse Formkörper im Fokus der
Arbeiten. Zielsetzung bei der Materialentwicklung
ist die Optimierung der thermophysikalischen, optischen und elektrischen Eigenschaften z.B. bei der
energetischen Optimierung des Gebäudebestands.
Das ZAE Bayern hat eine eigenständige Verwaltung.
Unter der Führung des Verwaltungsleiters Dipl.Betriebswirt (FH ) Thomas Pharo bearbeitet das in
Würzburg ansässige Team die Bereiche Personalwesen, Controlling, Buchhaltung und Öffentlichkeitsarbeit. Die Verwaltung arbeitet an der Schnittstelle
von Vorstand, Abteilungen und externen Kooperationspartnern darunter auch Mitgliedern. Hier wird
auch die Arbeit von Vorstand, Kuratorium, Wissenschaftlichem Beirat und Trägerverein unterstützt
und organisiert.
Organe des Vereins
Organe des ZAE Bayern sind die Mitgliederversammlung, das Kuratorium und der Wissenschaftliche Beirat. Ende 2010 hatte der Verein „Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung
e.V.“ 40 Mitglieder, bestehend aus Mitgliedern von
Amts wegen, natürlichen Personen, Unternehmen,
Verbänden und Institutionen und Ehrenmitgliedern. Eine hohe und stabile Mitgliederzahl, auch in
der Vergangenheit, ist ein Zeichen der Aktualität der
Forschungsthemen und der sehr guten Qualität der
Ergebnisse. Dies belegt auch die enge Partnerschaft
und Geschäftsbeziehung zwischen dem ZAE Bayern
und seinen Mitgliedern.
Die ordentliche Mitgliederversammlung des ZAE
Bayern fand am 24. November 2010 im ZAE Bayern in Garching statt. Nach den Jahresberichten des
Vorstandsvorsitzenden Prof. Dr. V. Dyakonov und
des Kuratoriumsvorsitzenden Dr.-Ing. R. Hofer wurde dem Vorstand und dem Kuratorium für das Jahr
2009 die Entlastung erteilt. Das Kuratorium wurde
bei einer offenen Wahl einstimmig im Amt bestätigt und für weitere drei Jahre gewählt.
field of photovoltaics rounds off the division’s spectrum of research.
The Würzburg division, “Functional Materials for Energy Technology”, is managed by Professor Dr. Vladimir
Dyakonov and Dr. Hans-Peter Ebert. The field of solgel
based materials presents a focus for the division’s
research and development, particularly functional
coatings with integrated nanoparticles and porous
moulded parts. Our work in material development involves improving thermophysical, optical and energy
efficiency of buildings.
ZAE Bayern has its own independent administration
headed by Thomas Pharo (Dipl.-Betriebswirt). The
team is based in Würzburg and deals with human resources, controlling, accounting and public relations.
The central administration team also maintains liaison between the board of directors, the divisions and
external partners and members. They also support
and organize the work of the board, the trustees, the
scientific advisory committee and the association.
Governing Bodies
The bodies of ZAE Bayern are the general meeting, the
board of trustees and the scientific advisory board. At
the end of 2010, the “Bavarian Center for Applied Energy Research” registered association had 40 members consisting of members ex officio, natural persons,
companies, associations/institutions and honorary
members. A constantly high number of members indicates the pertinence of our fields of research and
the high quality of the results. This is also confirmed
by the close partnership and business relations between ZAE Bayern and its members.
ZAE Bayern’s general assembly took place at the ZAE
Bayern division in Garching on 24th November 2010.
After the annual reports were presented by chairman
of the board, Prof. Dr. V. Dyakonov, and chairman of
the board of trustees, Dr.-Ing. R. Hofer, the board of directors’ and board of trustees’ actions in 2009 were
approved. The board of trustees was confirmed in an
open election unanimously for further three years.
The scientific advisory board (chair: Prof. J. Garche until 02/2011, deputy chair Prof. A. Voß) consisting of 10
representatives from universities, non-university research institutions and the industry regularly conducts internal scientific evaluations of ZAE Bayern.
The institute’s board of directors consists of the professors V. Dyakonov (Würzburg, chairman), C. Brabec
(Erlangen), U. Stimming (TUM , deputy chairman) and
H. Spliethoff (TUM). The directorate of ZAE Bayern is
responsible for planning research, expansion, personnel and the financing.
Der Wissenschaftliche Beirat (Vorsitz: Prof. J. Garche,
bis 02/2011, stellvertretender Vorsitzender Prof. A.
Voß) besteht aus 10 Vertretern der Hochschulen, außeruniversitärer Forschungseinrichtungen und der
Industrie. Er führt regelmäßig eine interne wissenschaftliche Evaluierung des ZAE Bayern durch.
Der Institutsvorstand besteht aus den Professoren
V. Dyakonov (Würzburg, Vorsitzender), C. Brabec (Erlangen), U. Stimming (TUM , stellvertretender Vorsitzender) und H. Spliethoff (TUM ). Der Vorstand des
ZAE Bayern ist für die Forschungs-, Ausbau-, Personal-, und Finanzplanung verantwortlich.
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01.02 Das ZAE Bayern in Zahlen
ZAE Bayern in Facts & Figures
Haushalt in Mio. € | Budget in Mill. €
Anzahl der Mitarbeiter | Amount of staff
13
180
12
160
11
10
140
9
120
8
100
7
6
80
5
60
4
3
40
2
20
1
2006
2007
2008
2009
Drittmittel | Third party funds
Sonstige | Other revenues
Grundfinanzierung | Basic funding
2010
(vorl. | prov.)
2011
(Plan | plan)
2007
2008
2009
2010
Sonstige | Other staff
Doktoranden | Doctorate students
Wissenschaftliche Mitarbeiter | Scientific personnel
Technische Mitarbeiter | Technical personnel
Verwaltung | Administration
Haushalt und Finanzen
Budget and Finances
Der Institutshaushalt belief sich im Jahr 2010 auf
ca. 8,6 Mio. €. Die in der Abbildung dargestellte Entwicklung der Erträge in den Jahren 2006 bis 2011
weist für das Jahr 2010 eine Grundfinanzierung
vom Bayerischen Wirtschaftsministerium (BayStMWIVT ) in Höhe von 1,9 Mio. € aus. Ca. 6,6 Mio. €
aus Drittmitteln sowie 0,1 Mio. € sonstige Einnahmen konnten generiert werden. Die Drittmittel setzen sich aus 5,0 Mio. € öffentlichen Projektmitteln
und 1,6 Mio. € Industriemitteln zusammen.
In 2010, the institute’s budget came to € 8.6 m. The
development of income from 2006 to 2011 depicted
in the figure shows that the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and Technology provided basic funding amounting to € 1.9 m in
2010. Approx. € 6.6 m third-party funds were raised as
well as € 0.1 m other revenues. The third-party funds
comprise € 5.0 m from public project funding and
€ 1.6 m from industrial sources.
Den Einnahmen stehen 5,2 Mio. € Personalausgaben, 2,1 Mio. € Sachausgaben sowie Investitionen in
Höhe von 1,3 Mio. € gegenüber.
Insgesamt wurden im Jahr 2010 262 Projekte mit
247 Partnern bearbeitet.
Personal und Räumlichkeiten
Zum Jahresende 2010 waren am ZAE Bayern 180
Mitarbeiter tätig. Überwiegend kamen diese aus
den Fachbereichen Physik, Maschinenbau und
Werkstofftechnik. Der Anteil weiblicher Beschäftigter betrug 25 %. 30 Doktoranden, 31 Diplomanden
und 10 Praktikanten waren im Institut tätig. Somit
befanden sich 39 % der Mitarbeiter in Ausbildung.
Dem ZAE Bayern steht eine Hauptnutzfläche von
3.260 m2 zur Verfügung. 1.600 m2 werden als Laborfläche genutzt. Die Laborflächen verteilen sich wie
folgt:
Garching
500 m2
Würzburg 660 m2 (davon 350 m2 Technikum)
Erlangen440 m2 (davon 190 m2 Technikum in
Alzenau)
In Würzburg und Garching ist das ZAE Bayern in eigenen Gebäuden untergebracht. Die Erlanger Abteilung befindet sich in angemieteten Räumen im
Innovations- und Gründerzentrum (IGZ).
16
2006
The institute’s expenditure in 2010 comprises € 5.2 m
in personnel costs, € 2.1 m in material costs and € 1.3 m
in investments.
Research was carried out in a total of 262 projects involving 247 partners.
Staff and Premises
At the end of 2010, ZAE Bayern had 180 staff members.
The majority of the employees came from the fields
of physics, mechanical engineering and materials science. Women made up 25 % of the staff. The institute
provided 30 doctorate students, 31 graduands and
10 students with the means to further their education.
Students and trainees constituted 39 % of the staff.
ZAE Bayern has a usable floor space of 3,260 m2,
1,600 m2 of which are laboratory areas. The laboratory areas comprise:
Garching 500 m2
Würzburg 660 m2 (350 m2 of which is in external
premises)
Erlangen440 m2 (190 m2 of which is in premises
in Alzenau)
ZAE Bayern has its own buildings in Würzburg and
Garching. The division in Erlangen rents rooms at the
Innovation and Start-Up Centre (IGZ).
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01.03 Das ZAE Bayern als Kooperationspartner
Cooperation with ZAE Bayern
Aufteilung der ZAE-Projektpartner nach Art und Größe des Unternehmens
Distribution of ZAE Bayern’s project partners according to the type and size of the enterprises
Anzahl | Amount
120
100
80
60
40
KMU | SMEs
20
Großunternehmen | Large enterprises
2006
2007
2008
2009
Anwendungsnahe Forschung und Entwicklung gestaltet sich besonders effizient, wo leistungsstarke Partner entlang der Wertschöpfungskette gemeinschaftliche Ziele verfolgen. Das ZAE Bayern
ist deshalb auch ein gefragter nationaler und internationaler Kooperationspartner der Industrie, von
Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. Dabei kommen den Kooperationspartnern die in vielen Bereichen über den Standard
herausragenden Forschungs- und Entwicklungsressourcen des Instituts zu Nutze.
Eine wichtige Tätigkeit des ZAE Bayern ist die Kooperation mit kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU ). Seit einigen Jahren ist vor allem
eine verstärkte Zunahme der Kooperationen mit
Großunternehmen und Institutionen, d.h. Universitäten und außeruniversitären Forschungseinrichtungen, festzustellen (siehe Abb.). Das ZAE Bayern
übernimmt damit eine wichtige Brückenfunktion
zwischen universitärer Forschung und industrieller Entwicklung.
Das Leistungsangebot (z. B. apparative Ausstattung) unserer Abteilungen finden Sie im Detail auf
folgenden Internetseiten:
΍΍ Abt. 1: www.zae-bayern.de/deutsch/abteilung-1/
2010
Institutionen | Institutions
Application-oriented research and development is
particularly efficient when competent partners follow the same goals. This is one of the reasons why
ZAE Bayern is a much sought after partner for industry, universities and independent research centres
within Germany and worldwide. The state-of-the-art
research and development resources available to the
institute are a real benefit to our cooperation partners.
An important part of our work at ZAE Bayern is cooperating with small and medium-sized enterprises (SMEs). In the last few years, however, the number of joint projects between ZAE Bayern and major
enterprises and institutions, i. e. universities and independent research institutes, has also been on the
increase (cf. Fig.). In this vein, ZAE Bayern serves as an
important link between university research and industrial development.
Details about the metrological techniques and facilities available at each of the ZAE Bayern divisions are
published on our web site:
΍΍ Division 1: www.zae-bayern.de/english/division-1/
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01.04 Die Organe des ZAE Bayern
(Stand am 31.12.2010)
The Governing Bodies of ZAE Bayern
Mitglieder
Members
:: Ehrenmitglieder
:: Honorary Members
:: Unternehmen
:: Enterprises
Prof. Dr. J. Fricke, Gerbrunn
Prof. Dr.-Ing. D. Hein, Fürstenfeldbruck
Prof. Dr. R. Hezel, Pullach
Prof. em. Dr.-Ing.‚ Dr.-Ing. E.h. F. Mayinger,
München
Prof. Dr. M. Schulz, Weiher
Bayerngas GmbH, München
BEC-Engineering GmbH, Ottersberg
Bekon GmbH, Unterföhring
B + O Wohnungswirtschafts GmbH & Co. KG ,
München
E.ON Bayern AG , Regensburg
Grammer Solar GmbH, Amberg
Hightex GmbH, Rimsting
IBC Solar AG , Staffelstein
Knauf Dämmstoffe GmbH, Wadersloh-Liesborn
Münchner Gesellschaft für Stadterneuerung mbH
(MGS), München
NETZSCH -Gerätebau GmbH, Selb
Porextherm Dämmstoffe GmbH, Kempten
SCHOTT Solar GmbH, Alzenau
Würzburger Stadtwerke AG , Würzburg
Stadur-Süd GmbH, Pliezhausen
va-Q-tec AG , Würzburg
ZIEMANN Ludwigsburg GmbH, Ludwigsburg
:: Mitglieder von Amts wegen
:: Members ex officio
Prof. Dr. V. Dyakonov, Würzburg
Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff, Olching
Prof. Dr. U. Stimming, München
Prof. Dr. Ch. J. Brabec, Erlangen
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft,
Infrastruktur, Verkehr und Technologie, München
:: Natürliche Personen/Ingenieurbüros
:: Natural Persons/Consulting Engineers
Dipl.-Ing. H. Baier, Wackersdorf
M. Dietrich, Rüdenhausen
Dipl.-Wirtschaftsing. (FH ) G. Hugo, Schondorf
Dipl.-Ing. H. Kling, Lindau
Dipl.-Ing. M. Portula, Berlin
:: Verbände und Institutionen
:: Federations and Institutions
Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.V.,
München
FG SHK-Förderungsgesellschaft SHK Bayern mbH,
München
Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunst
stoff-Zentrum e.V. (FSKZ), Würzburg
Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V.,
München
IHK Würzburg-Schweinfurt, Würzburg
Tharsos und Ludwig-Bölkow-Stiftung, Ottobrunn
Stadt Würzburg, Würzburg
Verband der Bayerischen Elektrizitätswirtschaft
e.V. (VBEW ), München
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Vorstand
Board of Directors
Der Vorstand setzte sich Ende 2010 wie folgt zusammen:
At the end of 2010 the members of the board were:
Prof. Dr. V. Dyakonov, (Vorsitzender | Chairman),
Physikalisches Institut,
Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Prof. Dr. U. Stimming,
Physik Department,
Technische Universität München
Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff,
Fakultät Maschinenwesen,
Technische Universität München
Prof. Dr. Ch. J. Brabec,
Lehrstuhl Materialien der Elektronik und
Energietechnologie – Department für Werkstoff
wissenschaften, Friedrich-Alexander-Universität,
Erlangen-Nürnberg
Kuratorium
Board of Trustees
Dr.-Ing. R. Hofer, (Vorsitzender | Chairman),
E.ON Bayern AG , Regensburg
Ministerialrat Dr. G. Brun,
Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft,
Forschung und Kunst
Ministerialdirigent Prof. Dr. J. Neiß, Bayerisches
Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur,
Verkehr und Technologie, München
Dipl.-Ing. W. Schnell, Traunreut
Prof. Dr. I. Schwirtlich, SCHOTT Solar GmbH,
Alzenau
Prof. Dr.-Ing. U. Wagner, Deutsches Zentrum für
Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR), Köln
Der Wissenschaftliche Beirat
Scientific Advisory Committee
Prof. Dr. J. Garche, (Vorsitzender | Chairman)
Prof. Dr. R. Iden, nanid Scientific Consulting,
Dudenhofen
Prof. Dr.-Ing. E. Ivers-Tiffée, Universität Karlsruhe
(TH ) – Institut für Werkstoffe der Elektrotechnik,
Karlsruhe
Prof. Dr.-Ing. M. Kaltschmitt, Institut für
Umwelttechnik und Energiewirtschaft – TUHH ,
Hamburg
B. Milow, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Köln
Prof. Dr. M. Stamm, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V., Dresden
Prof. Dr.-Ing. A. Voß, Institut für Energiewirtschaft
und Rationelle Energieanwendung (IER), Stuttgart
Dr. F. Karg, AVANCIS GmbH & Co.KG , München
Prof. Dr.-Ing. G. Hausladen, Lehrstuhl für Bauklimatik und Haustechnik, Technische Universität
München, München
Dr.-Ing. J. Hollandt, Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin (PTB), Berlin
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01.05 Rückblick
Review
Innovationspreis für Klima und
Umwelt an BSH und ZAE Bayern
BSH and ZAE Bayern receive the Innovation
Prize for Climate and Environment
Am 11. Februar 2010 wurde zum ersten Mal der Innovationspreis für Klima und Umwelt IKU gemeinsam vom Bundesumweltministerium und dem
Bundesverband der Deutschen Industrie e.V. (BDI )
verliehen. Dr. W. Schnappauf, Hauptgeschäftsführer des BDI , Dr. N. Röttgen, Bundesumweltminister und Prof. Dr. K. Töpfer, Vorsitzender der Jury, betonten die Bedeutung innovativer Technologien für
den Umwelt- und Klimaschutz sowie für den Industriestandort Deutschland. Der Geschirrspüler mit
sorptiver Trocknung durch Zeolith – eine gemeinsame Entwicklung von Bosch-Siemens-Hausgeräte GmbH und ZAE Bayern – konnte in der Kategorie „Produktinnovationen für den Klimaschutz“
den ersten Platz belegen. Dr. C. Stelzer (Bereichsleiter Geschirr) nahm den Preis offiziell im Namen der
BSH entgegen. In seiner Danksagung wies er auf
die fruchtbare Zusammenarbeit zwischen BSH und
ZAE Bayern hin. Das Preisgeld in Höhe von 25.000 €
solle für die gemeinsame Fortführung der Entwicklung eingesetzt werden.
The Innovation Prize for Climate and Environment
(IKU) was awarded jointly from the German Federal
Ministry for the Environment and the Federation of
German Industries (BDI) for the first time on 11th February 2010. Dr. W. Schnappauf, Managing Director of
the BDI , Dr. N. Röttgen, Federal Minister for the Environment and Prof. Dr. K. Töpfer, Chairman of the Jury,
stressed the importance of innovative technologies
for the protection of the environment and climate as
well as for Germany as location for industry. Zeolite
drying system for dishwashers – a joint development
from Bosch-Siemens-Hausgeräte GmbH und ZAE Bayern – came first in the category “Product Innovations
for Climate Protection”. Dr. C. Stelzer (Head of Product
Area Dishwashers) officially accepted the prize on behalf of BSH . In his speech he acknowledged the fruitful collaboration between BSH and ZAE Bayern. The
25,000 € prize money shall be used to continue the
joint development efforts.
Die Abbildung zeigt Herrn Dr. A. Hauer (re.) und Herrn Dr. C.
Stelzer bei der Preisverleihung in Berlin.
The image shows Dr. A. Hauer (right) and Dr. C. Stelzer during
the awards ceremony in Berlin.
GIRL’s Day 2010
15 Schülerinnen aus den unterschiedlichsten Schulgattungen konnten im Rahmen des Girl’s Day 2010
am 22. April live erkunden, was den wissenschaftlichen Alltag an einem Forschungsinstitut so spannend macht. Dabei standen der Blick auf Nanostrukturen mit dem Rasterelektronenmikroskop sowie
Experimente mit Ultraschall und der Infrarotkamera im Mittelpunkt. Der materialwissenschaftliche
Charakter des ZAE Bayern wurde besonders beim
Kochen von Gelen mit einem feinteiligen nanoskaligen Gerüst im Chemielabor deutlich.
Koordination der Aktivitäten zum Thema
Energiespeicherung im Rahmen der Internationalen Energie Agentur IEA
Das Thema Energiespeicherung elektrisch und thermisch - gewinnt in letzter Zeit immer mehr an Aufmerksamkeit. Um dem Rechnung zu tragen wurden
20
GIRL’s Day 2010
On 22nd April, as part of the Girl’s Day 2010, 15 girls
from different schools explored what makes scientific everyday life in a research center so exciting. The
main focus was on looking at nanostructures through
a scanning electron microscope, experiments with ultra sound and an infrared camera. The material-scientific nature of ZAE Bayern became especially clear
while preparing gels with a finely divided nanoscale
network in the chemistry lab.
die verschiedenen Arbeitsgruppen (engl. Implementing Agreements) des „Technology Networks“ der
IEA vom ZAE Bayern zu einem Workshop eingeladen und für die Speicherung relevante Fragestellungen diskutiert.
Der Titel des Workshops der vom 14. bis 16. Juli 2010
in Bad Tölz statt fand war “Energy Storage: Matching the Supply and Demand in Future”. Insgesamt
waren 12 Arbeitsgruppen (zu Themen wie Fernwärme, Solares Heizen und Kühlen, Photovoltaik, Demand Side Management, energieeffiziente industrielle Prozesse, Solare Kraftwerke, Wärmepumpen
und anderen) anwesend.
Ergebnis des Treffens war, dass diese Initiative weitergeführt wird und letztendlich in die Gründung
einer Koordinationsgruppe „Energiespeicherung“
unter dem Schirm der IEA münden soll. Dazu ist ein
Treffen in Paris im Februar 2011 mit den verantwortlichen Repräsentanten der IEA geplant. Das ZAE
Bayern soll dabei auch weiterhin in leitender Rolle
aktiv bleiben.
FVEE Direktoriumssitzung
Am 4. Mai 2010 fand am ZAE Bayern in Würzburg
die 50. Direktoriumssitzung des ForschungsVerbund
Erneuerbare Energien (FVEE) statt. Der FVEE ist eine
bundesweite Kooperation von Forschungsinstituten. Die Mitglieder erforschen und entwickeln Techniken für erneuerbare Energien und deren Integration in Energiesysteme, für Energieeffizienz und für
Energiespeicherung. Mit 1.800 Mitarbeitenden in
elf Instituten vertritt der FVEE rund 80 Prozent der
außeruniversitären Forschungskapazität für erneuerbare Energien in Deutschland und ist das größte
koordinierte Forschungsnetzwerk für erneuerbare Energien in Europa. Prof. Dr. V. Dyakonov war für
das Jahr 2010 Sprecher des Forschungsverbundes.
Lange Nacht der Wissenschaften
Am 15. Mai 2010 nahm das ZAE Bayern an der vom
Campus Garching initiierten Langen Nacht der Wissenschaften teil. Jedes Arbeitsgebiet der Garchinger Abteilung stellte ein Schwerpunktthema vor.
So konnte man sich zum Beispiel über Emissionen
gas- und staubförmiger Schadstoffe aus Kaminöfen
und Pelletheizungen informieren oder erfahren,
wie Abwärme aus industriellen Prozessen genutzt
werden kann. Besonders große Aufmerksamkeit
wurde dem energiesparenden BSH Geschirrspüler
Zeolite®-Drying zuteil, der zum Teil am ZAE Bayern
entwickelt wurde. In dieser Nacht fanden mehrere
hundert interessierte Besucher den Weg zum ZAE
Bayern.
Solar Decathlon Europe
An dem Wettbewerb, der vom 18. bis 27. Juni 2010 in
Madrid stattfand, nahmen 17 Teams aus Hochschu-
Coordination of activities related to energy
storage in the frame work of the International Energy Agency IEA
Lately the issue of electrical and thermal energy-storage is gaining attention. For that reason ZAE Bayern
invited the various working groups (the so-called Implementing Agreements) of the IEA “Technology Networks” to a workshop to discuss issues concerning
storage.
The workshop was called “Energy Storage: Matching
the Supply and Demand in Future”. It took place from
Workshop Teilnehmer
14th to 16th July 2010 in Bad Tölz. In total 12 working
Workshop participant
groups were present (on topics such as: district heating, solar heating and cooling, photovoltaics, Demand
Side Management, energy efficient industrial processes, solar power plants, heat pumps and others).
The meeting resulted in the conclusion that this initiative is to be continued and shall finally lead to founding the coordination group “energy storage” under
the auspices of IEA . For this purpose in February 2011
a meeting with the responsible representatives of
the IEA is planned in Paris. ZAE Bayern shall continue
playing an active leading role hereby.
FVEE board meeting
The 50th board meeting of the Renewable Energy Research Association (ForschungsVerbund Erneuerbare
Energien, FVEE) took place on 4th May 2010. FVEE is
a nationwide cooperation of research centers. The
members perform research and development in technologies for renewable energies and their integration
in energy systems, for energy efficiency and for energy storage. With 1,800 contributors in eleven institutes, FVEE represents about 80 percent of the nonuniversity research capacity for renewable energies
in Germany. It is the largest coordinated research network for renewable energies in Europe. In 2010 Prof.
Dr. V. Dyakonov was the spokesman of the research
association.
Long Night of Sciences
On 15th May 2010 ZAE Bayern participated in the Long
Night of Sciences, which was initiated from campus
Garching. Every working area of the division in Garching presented a focal topic. Visitors could learn about
e. g. the emissions of gaseous and dusty pollutants
from fireplaces and pellet stoves or on how waste
heat from industrial processes could be used. Great
attention was paid to the energy efficient BSH dishwasher Zeolite®-Drying, which was partially developed at ZAE Bayern. Several hundred interested visitors found their way to ZAE Bayern this night.
Solar Decathlon Europe
17 teams from universities from all over the world participated in the contest, which took place from 18th to
27th June in Madrid. Task was to develop an energy ef-
21
len der ganzen Welt teil. Aufgabe war es, ein energieeffizientes und innovatives Solarhaus zu entwickeln,
dessen Energiebedarf durch die Sonne gedeckt wird.
Das ZAE Bayern unterstützte das Team IKAROS als
wissenschaftlicher Partner in der Disziplin Energiebilanz, speziell bei der Gebäudekühlung durch die
Ausnutzung der „Strahlungskühlung“. Das Team
IKAROS Bavaria der Hochschule Rosenheim erreichte den zweiten Platz.
Wechsel in der Abteilungsleitung
„Technik für Energiesysteme und
Erneuerbare Energien“
Nach 19 Jahren hat Wolfgang Schölkopf zum 1. September 2010 die Leitung der Abteilung an Dr. Andreas Hauer übergeben.
Wolfgang Schölkopf leitete nach der Gründung
des ZAE Bayern im Jahr 1991 zunächst über 14 Jahre die Abteilung 4 „Solarthermie und Biomasse“.
Nach dem Umzug der Abteilung auf das Garchinger Forschungsgelände im Jahr 2001 übernahm er
zusätzlich die kommissarische Leitung der Abteilung „Energieumwandlung und –speicherung“. Beide Garchinger Abteilungen wurden unter seiner
Leitung im Jahre 2006 zur Abteilung „Technik für
Energiesysteme und Erneuerbare Energien“ zusammengeführt.
Wolfgang Schölkopf zählt in Deutschland im Bereich Erneuerbare Energienutzung zu den Wissenschaftlern der ersten Stunde. Seit 1974 arbeitete er
am Lehrstuhl von Professor Sizmann, Ludwig-Maximilians-Universität, einem der Gründungsväter des
ZAE Bayern, an Themen der thermischen Nutzung
solarer Energie und an Fragen der konventionellen
und thermochemischen Speicherung von Wärme.
Das ZAE Bayern dankt Wolfgang Schölkopf für seinen außerordentlichen Einsatz mit dem er die Garchinger Abteilung zu dem gemacht hat, was sie jetzt
national und international darstellt, und ist froh,
dass er weiterhin in beratender Funktion noch auf
dem Gebiet der Solarthermie zu erfolgreicher Forschung und Entwicklung beiträgt.
Dr. A. Hauer arbeitet seit Gründung des ZAE Bayern
in der Abteilung „Solarthermie und Biomasse“ zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Projektleiter, dann ab 2001 als Leiter der Gruppe „Wärmespeichersysteme“ in Garching. Herr Dr. Hauer
stellt sich nun der Aufgabe, die erfolgreiche Arbeit
Wolfgang Schölkopfs weiter zu führen und die Kernkompetenz der Abteilung auf dem Gebiet der Speicherung und Umwandlung thermischer Energie
von der Anwendung in Gebäuden auf industrielle
Prozesse auszudehnen
22
ficient and innovative solar house whose power requirements were covered by the sun. ZAE Bayern supported the team IKAROS as a scientific partner in the
discipline energy balance, especially with the cooling
system by utilization of “radiation cooling”. Team IKAROS Bavaria from the University of Applied Science
Rosenheim came second.
New Head of the Division “Technology for
Energy Systems and Renewable Energy”
After 19 years Wolfgang Schölkopf handed over the
position as Head of the Division to Dr. Andreas Hauer.
For over 14 years, after the founding of ZAE Bayern in
1991, Wolfgang Schölkopf was Head of the division 4
“Solar Thermal and Biomass”. Additionally, he was appointed acting Head of the division “Energy Conversion and Storage” after the division had moved to the
Garching research campus in 2001. Under his direction both divisions in Garching were united to the division “Technology for Energy Systems and Renewable Energy”.
In Germany, Wolfgang Schölkopf is one of the first scientists in the field of renewable energy use. Since 1974
he worked for the department of Professor Sizmann,
Ludwig-Maximilians-University, who was one of the
founding fathers of ZAE Bayern. His work covered issues like the thermal use of solar energy and questions concerning conventional and thermo-chemical
heat storage.
ZAE Bayern thanks Wolfgang Schölkopf for the tre-
mendous effort it took him to make the division in
Garching to what it is today on a national and international level. ZAE Bayern is pleased that he keeps an
advisory function and thus continues contributing to
successful research and development in the field of
solar thermal energy.
Since the founding of ZAE Bayern, Dr. A. Hauer has
worked in the division “Solar Thermal and Biomass”,
initially as research assistant and project manager, since 2001 as leader of the group “Heat Storage”
in Garching. He will continue the successful work of
Wolfgang Schölkopf and to broaden the division’s
core expertise in the field of storage and conversion
of thermal energy from the application in buildings
to industrial processes.
1. Internationale Konferenz Organische
Photovoltaik in Würzburg
Ein wissenschaftliches Highlight dieses Jahres war
die Ausrichtung der 1. Internationalen Organischen
Photovoltaik Konferenz in Würzburg durch das ZAE
Bayern in Kooperation mit der Bayern Innovativ
GmbH. Hier diskutierten am 16. September rund 300
Teilnehmer, darunter zahlreiche Nachwuchswissenschaftler, aus aller Welt über neue Möglichkeiten der Stromerzeugung durch flexible organische
Solarzellen. Dem wissenschaftlichen Tagungsbeirat gehörten neben den ZAE-Professoren Prof. Dr. C.
J. Brabec, Prof. Dr. V. Dyakonov und Prof. Dr. J. Pflaum
auch Prof. Dr. N. Serdar Sariciftci vom Linz Institute
for Organic Solarcells (LIOS), Österreich, an.
links und rechts: Infostand des ZAE Bayern bei der
1. Internationalen OPV Konferenz
left and right: ZAE Bayern information desk on the
1st International OPV Conference
Tag der Energie, 25. September 2010
Einen tieferen Einblick in die tägliche Forschungsarbeit eines Energieforschungsinstituts konnten Interessierte am bundesweiten „Tag der Energie“ am
Würzburger Standort des ZAE Bayern gewinnen.
Hier nutzten über 300 Besucher die Gelegenheit zur
Besichtigung der Institutslabore und konnten erfahren, wie vielseitig Energieforschung sein kann.
Den jüngeren Besuchern wurde in einem Energieparcours spielerisch Energiewissen näher gebracht.
1. International Organic Photovoltaics Conference in Würzburg
A scientific highlight of 2010 was the 1st International
Organic Photovoltaic Conference in Würzburg, which
ZAE Bayern and Bayern Innovativ GmbH organized
together. On September 16th about 300 participants
from all over the world, amongst them numerous
young scientists, discussed new possibilities of generating power with flexible organic solar cells. The scientific advisory board consisted of Prof. Dr. C. J. Brabec,
Prof. Dr. V. Dyakonov und Prof. Dr. J. Pflaum all from
ZAE Bayern, and Prof. Dr. N. Serdar Sariciftci from Linz
Institute for Organic Solarcells (LIOS), Austria.
Energy Day, 25th September 2010
Visitors could get deeper insights into the daily work
of an energy research institute during the nationwide
“Energy Day” at ZAE Bayern in Würzburg. Over 300 visitors took the opportunity to visit the institute’s labs
and learned how versatile energy research can be.
Young visitors playfully got informed about energy in
an energy course.
23
Besucher beim Tag der Energie in Würzburg
Visitors of the Energy Day in Würzburg
Erläuterungen eines Experiments, welches die hochdämmen
den Eigenschaften von nanoporösen Materialien demonstriert
Explanation of an experiment, that demonstrates the highly
insulating properties of nanoporous materials
Was raucht da so kalt? Versuche mit flüssigem Stickstoff
Cold smoke? Experiments with liquid nitrogen
Kryoversuch: gespanntes Warten auf das Eis am Stiel
Einblick in die Würzburger Labore. Hier befinden sich einzig
artige Anlagen zur Messung von Wärmeleitfähigkeiten unter
verschiedensten Bedingungen
Laboratories in Würzburg. Here you find unique equipment to
detect thermal conductivities at diverse conditions
Preis für die beste Bachelorarbeit
Petra Dotzauer, Studentin der Hochschule München
ist für ihre hervorragende, am ZAE Bayern durchgeführte Bachelorarbeit zusammen mit vier weiteren Preisträgerinnen Ende September 2010 in München vom bayerischen Wissenschaftsminister Dr. W.
Heubisch ausgezeichnet worden. Mit dem jährlich
an fünf Absolventinnen der Ingenieurwissenschaften verliehenen Preis möchte W. Heubisch Studienanfängerinnen weibliche Vorbilder vermitteln.
Zum Abschluss ihres Bachelorstudiums hat sich Pe-
24
Cryo experiment: Waiting in suspense for the iced-lolly
Award for the best Bachelor Thesis
The student Petra Dotzauer from the University of Applied Sciences Munich was awarded for her outstanding Bachelor Thesis which she prepared at ZAE Bayern. The Bavarian Minister of Science, Dr. W. Heubisch,
honored her and four fellow female winners in September 2010 in Munich. With the award, which is annually given to five female graduates of engineering
sciences, Dr. W. Heubisch wants to convey female role
models to female freshmen. Towards the end of her
Bachelor studies, Petra Dotzauer familiarized herself
at ZAE Bayern in the field of electrochemistry and got
involved with a current topic from energy supply in
automotives: finding more cost-efficient catalytic systems for PEM fuel cells.
tra Dotzauer am ZAE Bayern in das Arbeitsgebiet
der Elektrochemie eingearbeitet und sich mit einem aktuellen Thema aus dem Bereich der Energieversorgung im Automobilbereich beschäftigt: dem
Auffinden kostengünstigerer Katalysatorsysteme
für PEM-Brennstoffzellen.
2010 - Jahr der Energie
Das ZAE Bayern engagierte sich als Partner der Aktion „Wissenschaftsjahr Energie“ an einer Vielzahl
von Aktivitäten und informierte vor allem Jugendliche zum Thema Energie und Energieforschung.
Das Wissenschaftsjahr Energie klärte über heutige
Forschungsansätze auf und hatte das Ziel, insbesondere junge Menschen anzusprechen, ihr Problembewusstsein zu wecken und sie für das Nachdenken
über die Frage nach dem Energiemix der Zukunft
zu begeistern. Das ZAE Bayern war offizieller Partner dieser Initiative und war hier gleich bei mehren Aktionen aktiv beteiligt. So standen z. B. junge
Nachwuchswissenschaftler als „Energieexperten“
Jugendlichen als Ansprechpartner zur Verfügung
und lieferten ihnen Einblicke in ihren Arbeitsalltag.
Im Rahmen der Forschungsbörse konnten sie auch
von Schulen zu Informationsgesprächen eingeladen
werden. Am TectoYou Stand auf der Hannover Messe stand das ZAE Bayern z. B. im Gespräch mit zahlreichen Jugendlichen und brachte ihnen Themen
und Visionen rund um die Energieforschung näher.
Das Wissenschaftsjahr Energie ist eine Initiative des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung
(BMBF), von Wissenschaft im Dialog (WiD) und der
Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF).
Nachwuchsforscher des ZAE Bayern diskutieren mit Schülern
im Rahmen des Jahres der Energie auf der Hannover Messe
ZAE Bayern junior scientists discuss with pupils on the Hanover
Fair.
Bayerischer Wissenschaftsminister Dr. W. Heubisch und Frau
Petra Dotzauer (Foto: P. Hemza)
The Bavarian Minister of Science Dr. W. Heubisch and Ms. Petra
Dotzauer (Photo: P. Hemza)
2010 – Energy Year
ZAE Bayern was partner of the initiative “Scientific En-
ergy Year”. The institute ventured to do numerous activities and inform about energy and energy research.
The Scientific Energy Year explained current research
approaches and addressed mainly young people: to
awaken their awareness and enthusiasm for our future energy mix. ZAE Bayern was an official partner of this initiative and actively involved in various
campaigns. E. g. junior researchers were available for
youths so they could talk to energy experts and get insight into their everyday work. Within an online pool
of experts, schools could also invite them to receive
information and talk to them. On the TectoYou Stall
on the Hanover Fair, ZAE Bayern talked to numerous
youths and gave them an understanding of issues
and visions concerning energy research.
The Scientific Energy Year is an initiative of the Federal
Ministry of Education and Research (BMBF), from Science in Dialogue (Wissenschaft im Dialog - WiD) and
the Helmholtz Association of German Research Centres (HGF).
L. Weigold und M. Geisler diskutieren die Frage „Was ist
Energieforschung und warum ist Energieforschung not
wendig?“ auf der Hannover Messe 2010
L. Weigold and M. Geisler discuss the question „What is
energy research and why is energy research necessary?“ at the
Hannover Fair 2010
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Aktionen zum
Jahr der Energie in Würzburg
Events in Würzburg
during the Energy Year
Das ZAE Bayern initiierte gemeinsam mit der Stadt
Würzburg die Veranstaltungsreihe „Energie im Speicher“. Vom 5. bis 7. Oktober 2010 dominierte das Thema Energie den Alten Hafen in Würzburg. Die beiden parallel zu Wasser und zu Land stattfindenden
Ausstellungen „Planet Energie“ und „Energie im
Speicher“ erfreuten sich sehr großen Interesses.
Über 3 200 Besucher besuchten in den drei Tagen
das Schiff „MS Wissenschaft“ und die Ausstellung.
Der Höhepunkt war das Diskussionsforum „Forum
Energieszenario 2050“ mit. Prof. E. U. von Weizsäcker
und Prof. J. Schmid über die Möglichkeiten der zukünftigen Energieversorgung.
Together with the city of Würzburg, ZAE Bayern initiated the series of events “Energie im Speicher – Energy in the Storage”. From 5th to 7th October 2010 the
topic dominated the old harbor in Würzburg. Both exhibitions “Planet Energy” and “Energy in the Storage”
that took place on water and on land were very popular. Over 3 200 visitors came to tour the ship „MS Wissenschaft“ and the exposition. Highlight was the discussion “Forum Energy Scenario 2050” with Prof. E. U.
von Weizsäcker und Prof. J. Schmid about the possibilities of future energy supply.
“Aerogel” Summerschool Goes International
Vom 6. bis 8. Oktober 2010 veranstaltete das ZAE
Bayern gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum
für Luft- und Raumfahrt Köln (DLR), der Universität
Salzburg und der TU Hamburg-Harburg nach 2008
die zweite Summerschool zum Thema Aerogele.
Während die Teilnehmer 2008 noch aus deutschen
Firmen und Forschungseinrichtungen kamen, war
die Veranstaltung diesmal europäisch ausgerichtet.
32 Studenten, Doktoranden und Mitarbeiter von Firmen aus den Bereichen Physik, Chemie und Materialwissenschaften wurden im Rahmen von Übersichtsvorträgen zunächst in die Themenbereiche
Synthese, Charakterisierung und Anwendungen
von Aerogelen eingeführt. Der Theorie folgte die
Praxis: Die Teilnehmer hatten Gelegenheit im Labor
in kleinen Gruppen von der Pike auf Aerogele herzustellen und mit unterschiedlichen Methoden zu
untersuchen.
„Wie schnell gelieren Gele? Was passiert beim Trocknen? Kann man richtig stabile Aerogele machen?
Wie klein sind die Poren?“ waren Fragen, die die
Teilnehmer im Labor experimentell selbst beantworten konnten.
26
“Aerogel” Summer School goes International
From 6th to 8th October 2010 the second summer
school on the topic of aerogels after 2008 was organized jointly from ZAE Bayern, German Aerospace Center Cologne (DLR), the University of Salzburg and the
TU Hamburg-Harburg. In 2008 the participants were
from German companies and research institutes,
whereas this year the event was European.
32 students, PhD students and company employees from the fields of physics, chemistry and materials sciences were initially introduced with survey
lectures into the subject areas of synthesis, characterization and application of aerogels. After lectures the
participants got together in small groups to produce
aerogels from scratch and to study them with different methods. “How fast do gels jellify? What happens
during drying? Can stable aerogels be produced? How
small are the pores?“ were questions which the participants could answer for themselves while experimenting in the lab.
Symposium „Membrankonstruktionen zur
energetischen Sanierung von G
ebäuden
(MESG)“ am 28. Oktober 2010 in Rimsting
am Chiemsee
Symposium „Membrane Constructions for
Energy Saving Renovations of Buildings
(MESG)“ on 28th October 2010 in Rimsting,
Chiemsee
Die energetische Sanierung des Gebäudebestandes
kann entscheidend dazu beitragen die bundesweiten Kohlendioxid- Emissionen zu reduzieren.
Energy saving renovation of already existing buildings can contribute decisively to reduce carbon dioxide emissions throughout Germany.
Neben den üblichen konventionellen Baustoffen
wie Stein, Holz, Metall und Glas rücken neuerdings
leichte und flexible Konstruktionen aus Membranen in den Blickpunkt der Architekten. Die textile
Architektur bietet neue gestalterische und bautechnische Anwendungsmöglichkeiten mit denen sich
dem Planer ein großer Spielraum bei der Konstruktion erschließt.
Aside from common conventional building materials like stone, wood, metal and glass, recently light
and flexible constructions made of membranes have
come into focus of the architects. Textile architecture
offers new application possibilities concerning design
and construction with which a greater leeway for the
construction opens to planners.
Dem Forschungsprojekt MESG kommt im Rahmen
der Forschungsinitiative EnOB die Aufgabe zu, sich
mit Lösungsansätzen zur energetischen Sanierung
mit Membranbauteilen zu beschäftigen und dabei
nach innovativen, zukunftsträchtigen Musterlösungen – auch mit Hilfe neuartiger Beschichtungen,
Dämmmaßnahmen und weiterer Optimierungen
der funktionalen Eigenschaften von Membranen –
zu suchen.
Im Rahmen des vom ZAE Bayern koordinierten
Symposiums „Membrankonstruktionen zur energetischen Sanierung von Gebäuden (MESG)“ fand
am 28. Oktober 2010 bei der Firma Hightex GmbH
in Rimsting am Chiemsee eine Vorstellung der aktuell laufenden und zukünftig geplanten Aktivitäten
statt. Aufgrund der positiven Resonanz der rund 40
Teilnehmer ist nächstes Jahr ein weiteres Symposium geplant, das außerdem über den Kreis der EnOB Teilnehmer hinausgehen soll.
Prof. J. Cremers führt die Teilnehmer durch das Gebäude, in
dem das Symposium statt findet. Das oben sichtbare trans
parente Folienkissen gewährleistet optimale Helligkeitsver
hältnisse.
Prof. J. Cremers guides the participants through the building in
which the symposium is taking place. The transparent foil cushion (visible above) ensures an optimal brightness ratio.
In the framework of the research initiative EnOB , the
research project MESG has the task to deal with approaches for energy saving renovation with membrane components. In the process innovative and
promising model solutions should be found with the
aid of novel coatings, insulation measures and further
optimization of the functional properties of membranes.
Within the symposium „Membrane Constructions
for Energy Saving Renovations of Buildings (MESG)“
which was coordinated by ZAE Bayern, Hightex
GmbH in Rimsting, Chiemsee presented the current
and planned activities on 28th October 2010. Due to
the positive feedback from the about 40 participants,
a further symposium is planned for next year. For this
symposium the circle of participants will go beyond
the EnOB related participants.
Prof. J. Cremers von der Hightex GmbH erklärt verschiedene
Gewebe- und Folientypen die im Außengelände des Unterneh
mens zu sehen sind.
Prof. J. Cremers from Hightex GmbH explains various tissues
and foils, which can be seen at the outdoor area of the company.
Im Vordergrund eine mehrlagige Folienkonstruktion. Der
solare Eintrag durch das Oberlicht wird hierbei durch eine
Bedruckung der Folie definiert eingestellt
In the foreground is a multilayer foil construction. The solar entry through the skylight is set defined by a printing on the foil.
27
Gründung
„Energie Campus Nürnberg – EnCN “
Das ZAE Bayern wurde Gründungsmitglied des
Energie Campus Nürnberg (EnCN ) und wird künftig mit der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, der Georg-Simon-Ohm-Hochschule
Nürnberg, den Fraunhofer-Instituten IIS und IISB
im Bereich der Energieforschung stärker zusammenarbeiten. Das Projekt EnCN wird als wesentliches Element für den weiteren Ausbau der bayerischen Energieforschungslandschaft verstanden
und vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie finanziell unterstützt
Am 16. November 2010 fand im WirtschaftsRathaus
der Stadt Nürnberg die Gründungsveranstaltung
statt. Herr Prof. C. J. Brabec ist Initiator der „Solarfabrik der Zukunft“ (Schwerpunkt Photovoltaik), die
vom ZAE Bayern in Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen der Universität eingerichtet und von Industrieunternehmen unterstützt wird.
Das ZAE Bayern hat sich das ehrgeizige Ziel gesteckt, auf dem Gebiet der druckbaren PhotovoltaikTechnologien eine Vorreiterrolle einzunehmen und
nachhaltig die Wettbewerbsfähigkeit der PV-Industrie Bayerns und Deutschlands zu stärken.
Founding
“Energy Campus Nuremberg – EnCN ”
ZAE Bayern became founding member of the Energy
Campus Nuremberg – EnCN . In future ZAE Bayern will
collaborate stronger with the Friedrich-AlexanderUniversity Erlangen-Nuremberg, the Georg-SimonOhm University of Applied Sciences, Nuremberg, the
Fraunhofer- Institutes IIS and IISB in the field of energy research. The project EnCN is understood to be
an essential element for the further development of
the Bavarian energy research landscape and is sponsored by the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and Technology.
On 16th November 2010 the founding event took place
in the economic town hall of the city of Nuremberg.
Prof. Brabec is initiator of the “Future Solar Factory” (focal point photovoltaics) which was established
from ZAE Bayern together with working groups of the
university and is supported by industrial enterprises.
ZAE Bayern has the ambitious goal to take a leading
role in the area of printable photovoltaic technologies
and to persistently strengthen the competitiveness of
the PV industry of Bavaria and Germany.
K. S. W. Sing Award für das beste Poster
Im Rahmen des Workshops über die Charakterisierung von feinteiligen und porösen Festkörpern
(Bad Soden, 16. – 17. November 2010) wurde der erste
K. S. W. Sing Award für das beste Poster an Christian
Balzer (Diplomand am Standort Würzburg) und die
Co-Autoren Stephan Braxmeier, Dr. Gudrun Reichenauer und Lena Weigold (ebenfalls Mitarbeiter am
Standort Würzburg) verliehen.
Das Poster trägt den Titel „Length Change upon Adsorption (Micro- and Mesopores) – New Results“.
v. l. n. r.: Prof. Gerhäuser (Fraunhofer IIS), Prof. Brabec (ZAE
Bayern), Prof. Dietz (Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürn
berg), Herr Lötzsch (IHK Nürnberg), Herr Forster (HWK Mittel
franken), Dr. Fleck (Stadt Nürnberg), Herr Schöck (Kanzler FAU
Erlangen-Nürnberg) und Prof. Dyakonov (ZAE Bayern)
from left to right: Prof. Gerhäuser (Fraunhofer IIS), Prof. Brabec
(ZAE Bayern), Prof. Dietz (Georg-Simon-Ohm University of Applied Sciences, Nuremberg), Mr. Lötzsch (IHK Nuremberg), Mr.
Forster (HWK Middle Franconia), Dr. Fleck (City of Nuremberg),
Mr. Schöck (chancellor FAU Erlangen-Nuremberg) und Prof.
Dyakonov (ZAE Bayern)
K. S. W. Sing Award for the best Poster
Überreichung des ersten K. S. W. Sing Awards durch
Prof. K. S. W. Sing an Christian Balzer für eine herausragen
de A
rbeit im Bereich in-situ Dilatometrie bei Adsorption in
Mikroporen (Photo: Schreiber, Porotec GmbH)
Christian Balzer receives the first K. S. W. Sing Award from
Prof. K. S. W. Sing for outstanding work in the area of in-situ
dilatometer during adsorption in micropores
(Photo: Schreiber, Porotec GmbH)
28
During the workshop on the characterization of fine
and porous solids (Bad Soden, 16th – 17th November
2010) the first K. S. W. Sing Award was bestowed on
Christian Balzer (graduate student in the division in
Würzburg) and the co authors Stephan Braxmeier,
Dr. Gudrun Reichenauer und Lena Weigold (also in
Würzburg) for the best poster. The poster has the title „Length Change upon Adsorption (Micro- and Mesopores) – New Results“.
Forschung für Energieoptimiertes Bauen –
Research for Energy Optimized Building –
Das ZAE Bayern hat im Jahre 2010 die Planungen
für sein neues, hoch-innovatives Forschungs- und
Demogebäude vorangetrieben. Das neue Gebäude
stellt den ersten Baustein des neuen Quartiers dar,
das aus dem städtebaulichen Wettbewerb Leighton Areal aus dem Jahr 2009 hervorgegangen ist.
Durch den Beschluss der Stadtbildkommission
Ende November 2010 hat das ZAE Bayern die wichtige Hürde für die Integration des Gebäudes in die
Landesgartenschau geschafft. Das ehrgeizige und
zukunftsweisende Leuchtturmprojekt DEENIF („Demonstration von Energieeffizienz und des Einsatzes
erneuerbarer Energieträger am Neubau eines innovativen Forschungsgebäudes“) wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie im Förderschwerpunkt „Forschung für Energieoptimiertes
Bauen“ mit Fordermitteln in Höhe von 4,4 Mio. Euro
sowie vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Verkehr, Infrastruktur und Technologie mit
3,9 Mio. Euro unterstützt. Das Forschungsvorhaben (FKZ: 0327879A) wird aufgrund eines Beschluss
des Deutschen Bundestages gefördert. Details
zu diesem Vorhaben sind auf der Projektseite
http://www.energy-efficiency-center.de zu finden.
In 2010 ZAE Bayern has advanced the development of
its new, highly innovative research and experimental
building. The new building represents the first module of the new district which has come from the urban development contest Leighton area from 2009. By
decision of the townscape committee end of November 2010, ZAE Bayern overcame an important obstacle to integrate the building into the state garden exhibition. The ambitious and promising beacon project
DEENIF (“Demonstrating Energy Efficiency and the
Application of Renewable Energy Carriers in the New,
Innovative Research Building”) is founded by the German Federal Ministry of Economics and Technology
under the funding priority “Research for Energy Optimized Construction”. ZAE Bayern receives subsidies
of 4.4 million Euros, as well as 3.9 million Euros from
the Bavarian state Ministry for economics, transport,
technology and infrastructure. The research project
(FKZ 0327879A) is funded by a resolution of the German Bundestag. Details to this project are on the project website: http://www.energy-efficiency-center.de
DEENIF
DEENIF
Building Project Erlangen
Bauvorhaben Erlangen
Die Erlanger Abteilung „Thermosensorik und Photovoltaik“ wird nach langer Vorbereitung ein eigenes
Büro- und Laborgebäude in unmittelbarer Nachbarschaft zur Technischen Fakultät der Universität Erlangen errichten. Ermöglicht hat den Neubau das
Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, das die Mittel im
Rahmen der Zukunftsinitiative (KPII Mittel) zur Verfügung gestellt hat.
Die Grundsteinlegung am 16. Dezember 2010 fand
unter Beisein namhafter Persönlichkeiten von Universitäten, Politik und Wirtschaft statt.
Das neue Gebäude der Abteilung 3, die bisher im Innovations- und Gründerzentrum (IGZ) in ErlangenTennenlohe untergebracht ist, wird eine Nutzfläche von ca. 1.500 m² haben und ca. 45 Mitarbeitern
Platz bieten. Der Bau wird Ende 2011 fertig gestellt
sein. Der Lehrstuhl für Materialien der Elektronik
und Energietechnik (I-MEET ) von Prof. C. J. Brabec
befindet sich in direkter Nähe des neuen Gebäudes
wodurch die Zusammenarbeit der beiden Institute
weiter gefördert wird.
Feierliche Grundsteinlegung am
16.12.2010
Festive laying of the foundation
stone on 16th December 2010
After long preparations the division „Thermosensorics
and Photovoltaics“ in Erlangen will erect its own office and laboratory building in the vicinity to the technical department of the University of Erlangen. For
the realization of this new building the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and
Technology provided funds in the framework of the
Zukunftsinitiative (Future Initiative) (economic stimulus package II).
The laying of the foundation stone took place on
16th December 2010 in the presence of well-know people from universities, politics and the economy.
The new building of the division 3 will have an effective area of about 1,500 m2 and will have room for
about 45 employees. So far the division was situated
in the Innovations- und Gründerzentrum – IGZ (Innovation and Startup Center) in Erlangen-Tennenlohe.
Completion of the building is scheduled for the end of
2011. The chair for Materials for Electronics and Energy Technology (I-MEET ) of Prof. C. J. Brabec is located
nearby to the new building. This will further support
the collaboration of both institutes.
29
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01.06 Bei uns zu Gast 2010
Official Visitors in 2010
Besuch bei der ZAE Abteilung in Garching
Visitors to Garching
Prof. Dr. S. Wohnlich, Institut für Geologie,
Mineralogie und Geophysik, RUB zum Thema Oberflächennahe Geothermie, Wärmespeicherung und
Tiefengeothermie (25.03.2010)
Prof. Dr. S. Wohnlich, Institute for Geology, Mineralogy and Geophysics, Ruhr-University Bochum (RUB) on
Near-surface Geothermal Energy, Heat Storage and
Deep Geothermal Energy (25.03.2010)
Informationsbesuch des US -Botschafters (Berlin)
Philip Murphy (19.05.2010)
US Ambassador (Berlin) Philip Murphy (19.05.2010)
Delegation aus Asien zum Thema Solarthermie
bzw. Solartechnologie und nachhaltige Energie
effizienz (04.06.2010)
Deputy Minister Advanced Education and Technology, University of Alberta, Dr. A. Trimbee.
(08.06.2010)
Prof. Dr.-Ing. W. Lang, University of Texas at Austin, (UCLA ), Associate Professor und Studenten der
Summer School Munich 2010 (08.06.2010)
Herr E. A. Rodrigues, Minister für Energie und Wasserressourcen des Bundesstaates Pernambuco, Brasilien (05.07.2010)
Besuch bei der ZAE Abteilung in Würzburg
Mitgliedversammlung der Gütegemeinschaft PCM
e. V. (20.01.2010)
Sitzung des Industrie-, Technologie- und Forschungsauschusses der IHK Würzburg/Schweinfurt (20.04.2010)
Pro-Rektor der Lomonosov Moscow State University Prof. Dr. A. R. Khokhlov (05.05.2010)
Dozenten und Studenten des Fachbereichs Bauphysik der Hochschule für Technik (HfT) Stuttgart
(10.05.2010)
Schüler des Deutschhaus Gymnasiums Würzburg
(19.05.2010)
Delegation aus der Partnerstadt Wiclow, Irland
(20.05.2010)
Unterfränkische Landtagsabgeordnete informieren
sich über den geplanten Neubau (25.06.2010)
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Asian delegation on solar heat or rather solar technology and sustainable energy efficiency
(04.06.2010)
Deputy Minister of Advanced Education and Technology, University of Alberta, Dr. A. Trimbee (08.06.2010)
Prof. Dr.-Ing. W. Lang, University of Texas at Austin
(UCLA ), Associate Professor and students of the Summer School Munich 2010 (08.06.2010)
Mr. E. A. Rodrigues, Minister for Energy and Water Resources of the State of Pernambuco, Brazil
(05.07.2010)
Visitors to Würzburg
General assembly of the PCM Quality Control Association (20.01.2010)
Committee meeting for the Industry-, Technologyand Research Committee of the Chamber of Industry
and Commerce, Würzburg/Schweinfurt (20.04.2010)
Vice Rector of the Lomonosov Moscow State University Prof. Dr. A. R. Khokhlov (05.05.2010)
Lecturers and students from the Faculty of Building
Physics at Stuttgart University of Applied Sciences
(10.05.2010)
Pupils from the Deutschhaus Grammar School in
Würzburg (19.05.2010)
Delegation of Würzburg’s twin city Wiclow, Ireland
(20.05.2010)
Lower Franconian State Parliament Members get information on the planned building (25.06.2010)
Ministerialdirektor Dr. H Schleicher (Amtschef des
Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie) (25.06.2010)
Assistant Secretary of State Dr. Hans Schleicher (Head of the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and Technology)
(25.06.2010)
MdB Fell und Mitglieder des Stadtrates der Stadt
Würzburg (02.08.2010)
Member of Parliament Fell and members of the Würzburg City Council (02.08.2010)
Dozenten und Studenten des Fachbereichs Gebäudetechnik der FH Würzburg-Schweinfurt (09. und
16.11.2010)
Lecturers and students from the Faculty of Building
Services Engineering at Würzburg-Schweinfurt University of Applied Sciences (09. and 16.11.2010)
Mitglieder des Landtagsausschusses Bayerische
Hochschulen (09.11.2010)
Members of the Parliament-Committee Bavarian
Universities (09.11.2010)
Exkursion des Oberösterreichischen Energiesparverbandes (19.11.2010)
Excursion of the Energy Agency of Upper Austria
(19.11.2010)
Schüler des Johann-Schöner-Gymnasium Karlstadt
(10.12.2010)
Pupils from the Johann-Schöner Grammar School in
Karlstadt (10.12.2010)
Schüler der 9. Klasse der Wolfskeel Realschule
Würzburg (13.12.2010)
9th graders from the Wolfskeel Intermediate Secondary School in Würzburg (13.12.2010)
Exkursion Studierende des Studiengangs „Einführung in die Nanostrukturtechnik“, Uni Würzburg
(17.12.2010)
Student excursion from the degree program “Introduction in Nanostructure Technology” at the University of Würzburg (17.12.2010)
Prof. Dr. A. R.Khokhlov, Prof. Dr. V. Dyakonov,
Dr. H.-P. Ebert
Prof. Dr. A. R.Khokhlov, Prof. Dr. V. Dyakonov, Dr. H.-P. Ebert
Besuch bei der ZAE Abteilung in Erlangen
MdB H. J. Fell, Stadträte und Mitglieder der Würzburger Grü
nen
MP H. J. Fell, selectmen and members of the Green Party of
Würzburg
Besuch von Herrn Prof. Ratka mit 18 Studenten der
Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Fakultät
Umweltsicherung (18.01.2010)
Visitors to Erlangen
Dr. Fahland, Fraunhofer Institut für Elektronenstrahl- und Plasamatechnik (FEP), Dresden
(22.02.2010)
Mr. Prof. Ratka with 18 Students from the University
of Weihenstephan-Triesdorf, Faculty of Environmental Protection (18.01.2010)
J. Torres, Universität Lima, Peru (16.06.2010)
Dr. Fahland, Fraunhofer Institute for Electron Beam
and Plasma Technology (FEP) in Dresden (22.02.2010)
Besichtigung des Technikum Alzenau von SIEMENS AG , Corporate Technology, (CT T DE HW 3)
aus Erlangen (17.06.2010)
J. Torres, University of Lima, Peru (16.06.2010)
Besuch von Herrn Prof. Hundhausen mit Studenten, Lehrstuhl für Technische Physik, FAU Erlangen
(20.07.2010)
(17.06.2010)
Studienaufenthalt zum Thema „PV und regenerative Energien am Bau“, Dr. J. Mundo Hernandéz ,
Mexiko (07.06. – 23.07.2010)
Gastwissenschaftler Da Li, Shangai, China (seit
09/2010)
Prof. Kirchhöfer, Hochschule für angewandte Wissenschaften, Fakultät Ingenieurwissenschaften,
Ansbach (15.10.2010)
Dr. J. Mundo Hernandéz und Ab
teilungsleiter Dipl-Ing. R. Auer
Dr. J. Mundo Hernandéz and
Head of Department Dipl.-Ing.
R. Auer
SIEMENS AG , Corporate Technology, (CT T DE
HW 3) from Erlangen tour the test center Alzenau
Prof. Hundhausen with students, Chair for Technical Physics, Friedrich-Alexander-University Erlangen
(20.07.2010)
Study visit concerning “PV and regenerative energies in the construction industry”,
Dr. J. Mundo Hernandéz, Mexiko (07.06. – 23.07.2010)
Guest scientist Da Li, Shangai, China (since 09/2010)
Prof. Kirchhöfer, University of Applied Sciences, Faculty of Engineering, Ansbach (15.10.2010)
Gastwissenschaftler Da Li
Guest scientist Da Li
31
B
|
01.07 Ausblick
Outlook
Integrierte, flexible
Dünnschicht-PV
ETFE-Kissen
Aerogel-Verglasung
Textile Architektur
VerdunstungsKühlsysteme
Sonnenschutz mit
Daylighting
Sonnenschutz-Segel
aus Low-e-Gewebe
niedrige
Durchlässigkeit für
Wärmestrahlung
LichtDurchlässigkeit
exakt
einstellbar
Transluzente PTFEGlasfaser-Membran
Schaltbare thermische
Solarkollektoren
Sorptive ZuluftKonditionierung
hohe Reflexion
von Wärmestrahlung
Latentwärmespeicherung
Speichern von
Sonnenwärme
Entladung durch
Nachtkühle
Temperatur
konventionell
Zentrale Steuerung,
Regelung, Monitoring
Hochdämmende PfostenRiegel-Systeme
Flächenheizung / -kühlung
(Low-Ex)
Latentspeicherelemente
Vakuumisolierverglasung
Zeit
PCM (Phase Change Materials)
Energie-Speicherung
Energie-Abgabe
Vakuumisolationspaneele
Architekturzeichnung © Lang Hugger Rampp, München
Bauliche Erweiterung
expansion
DIE ZUKUNFT ENTSTEHT Structural
AUS DER
KOMBINATION INTELLIGENTER LÖSUNGEN
des ZAE Bayern an allen drei Standorten
of all three ZAE Bayern locations
Sorptive Kühlung
trockene,
warme
Außenluft
Kontaktflächen
Wärmetauscher
verdünnte
Salzlösung
hü
RL 091020 2 i dd D
32
kb
6
trockene,
kühle
Zuluft
Vergleich bei gleicher Dämmwirkung
Verdunstungskühlung
Fortluft
feuchtwarme
Außenluft
Abluft
konzentrierte
Salzlösung
Schlanke Dämmung
Wir beim ZAE Bayern haben uns entschieden, an der
malig kombiniert werden. Die Komponenten in ihrem
Erfolge erzielen; und Geschwindigkeit ist in diesem
„Spiel“ entscheidend.
im Elfenbeinturm der Wissenschaft, sondern kann
Die Ende 2010 begonnenen Erweiterungsundviele, möglichst
The expansion
and construction
work
of the
locations
Idee, möglichst
intelligente Lösungen
Zusammenspiel werden
permanent
überwacht;
die
Vakuum-IsolationsKonventionelle
im Bereich der Energieeffizienz zu kombinieren, inten- anfallenden Daten werden ausgewertet und fließen
Paneel
(4 cm) Standorten Garching,
Fassadendämmung (30 cm)
Würzburg
and Erlangen
Neubaumaßnahmen
an[VIP]den
siv zu arbeiten. Wir sindin
derGarching,
Überzeugung, dass
dies in die Weiterentwicklung
ein. that were initiein2012
entscheidender
ist, die
ated
at Energieprobleme
the end of 2010
willstehen
be completed
2011 and
Würzburg und Erlangen werden 2011 undunseres
fer- Beitrag
Außerdem
Teile des Gebäudesby
zur Information
Planeten in den Griff zu bekommen. Unseund Demonstration der Öffentlichkeit zur Verfügung.
rer
Meinung
nach
ist
es
ein
Weg,
tig gestellt.
2012. auf dem wir schnell So
bleibt zukunftsweisendes Wissen nicht ungenutzt
HochbarriereLaminat
expandiertes
Polystyrol
Nanoporöses
Füllmaterial
und erfahren
werden.
Im Erweiterungsbau
am Standort Garching
(geförIn the mechanicallyentdeckt
ventilated
laboratories
and workKonventionelle
Vakuum-IsolationsDaher werden wir ein Gebäude errichten, in dem welt3-fach Verglasung (36 mm)
Glas [VIG] (9 mm)
weit erstmals eine Vielzahl
modernster
dert mit Mitteln des Landes aus dem Konjunkturpashops
of Technologien
the extension of the location in Garching
aus der Energieeffizienz-Forschung in Kombination
ket II ) soll in den mechanisch be- und entlüfteten
zum Einsatz kommen. (funded by the state of Bavaria and the German govDas
Gebäude
ist so konzipiert,
dass jederzeit
ernment
fromErgänthe economic stimulus package II) the
Labor- und Werkstatträumen eine Ausweitung
der
zungen oder Veränderungen vorgenommen werden
können.
Auch
sollen
hier
nicht
einfach
Techniken
einknowledge-oriented
basic research shall be expanded.
grundlagenorientierten Forschung erfolgen. DarüFurthermore, offices will be built to integrate the sciber hinaus werden Büroräume geschaffen, um die
Wissenschaftliche Leitung in die ZAE-Abteilung zu
entific directors in the ZAE divisions. In addition, areas
integrieren. Zusätzlich sind Flächen als Seminarfor seminar and conference rooms are included.
und Besprechungsräume ausgewiesen.
The new building in Erlangen (funded by the state of
Der Neubau des Standortes Erlangen (gefördert mit
Bavaria and the German government from the ecoMitteln des Landes aus dem Konjunkturpaket II )
nomic stimulus package II) will be erected on grounds
of the Friedrich-Alexander University Erlangenwird auf Universitätsgelände der Friedrich-AlexNuremberg, just in the vicinity of the currently rented
ander-Universität Erlangen-Nürnberg, ganz in der
premises. Thus it will be possible to transfer the test
Nähe der zurzeit noch angemieteten Räumlichkeicenter Alzenau (which is currently still on the premten, errichtet. Hierdurch wird u.a. die Möglichkeit
ises of Schott Solar AG) to Erlangen. With this new
geschaffen, das Technikum Alzenau (derzeit noch
building an important criteria of the statement of the
untergebracht auf dem Gelände der Firma Schott
scientific board from 2006 is achieved. The foundaSolar AG) nach Erlangen zu überführen. Mit dem
tion stone was laid on 16th December 2010.
Neubau wird ein wesentliches Kriterium der Stellungnahme des Wissenschaftsrates von 2006 erThe planned building of the location in Würzburg
füllt. Die Grundsteinlegung fand am 16. Dezember
is funded by the Federal Ministry of Economics and
2010 statt.
Technology in the framework of the main research
Der geplante Neubau am Standort Würzburg wird
topic EnOB (Research for Energy Optimized Construction), and receives funds from the economic stimulus
vom Bundesministerium für Wirtschaft und Techpackage II as well as the High-Tech-Offensive Zukunft
nologie im Rahmen des Forschungsschwerpunkts
Bayern and Bavarian state funds.
„EnOB – Forschung für Energieoptimiertes Bauen“
sowie vom Freistaat Bayern mit Mittel aus dem
Funktionsschicht
Edelgas
Edelgas
Vakuum
Stütze
6 S it
(6 7)
20 10 09 15 02
Konjunkturpaket II und der High-Tech-Offensive
Zukunft Bayern sowie Landesmitel gefördert. Das
Gebäude wird auf der Konversionsfläche Am Hubland in Würzburg errichtet und hat als Hauptziel
neuartige, innovative und effiziente Materialien,
Systeme und Technologien einzusetzen, sowie deren Anwendbarkeit beispielhaft zu demonstrieren
(weitere Infos auf der projekteigenen Homepage
www.energy-efficiency-center.de). Die Feierlichkeiten zur Grundsteinlegung werden im Herbst 2011
stattfinden.
Alle Maßnahmen haben, neben der Schaffung von
mehr Raum und Möglichkeiten für die Forschung
in Form von Laboren und Büroräumen auch das Ziel
das ZAE Bayern für die Aufnahme in die Leibniz-Gemeinschaft zu ertüchtigen.
The building will be erected on the conversion area
Am Hubland in Würzburg. Its main objectives are to
apply novel, innovative and efficient materials, systems and technologies, as well as to demonstrate
their applicability on an exemplary platform (further
information on the projects homepage www.energyefficiency-center.de). Foundation laying festivities will
take place in autumn 2011.
All measures have the aim to create more space and
possibilities to do research in the laboratories and
offices and of course to prepare ZAE Bayern for the
admission to the Leibniz-Gemeinschaft.
Entwurf des Neubaus in Würzburg
Architect’s drawing of the new building in Würzburg
Fotorealistische Darstellung des Erweiterungsbaus in Gar
ching
Photo-realistic representation of the extension building in
Garching
ZAE Symposium
„Energieeffizienz in industriellen
Prozessen“
Die Reduktion der Luftmenge in den Trocknungskabinen einer Lackierstraße der Automobilindustrie
oder die Nutzung der Abwärme aus der Kühlung
eines Kupolofens zur Hallenklimatisierung sind
zwei Bespiele für Maßnahmen, die den Energieverbrauch der Industrie reduzieren können. Um innovative Technologien im Energiebereich in die industrielle Anwendung übertragen zu können, muss die
Zusammenarbeit zwischen Forschung und Indus
trie gestärkt werden. Dabei sollen vor allem die Industrie aus den Bereichen Metall (Gießereien oder
Härtereien, Stahl, Aluminium), Glas, Zement und industrielle Trocknungsprozesse einbezogen werden.
Abteilungsleiter Erlangen Dipl-Ing. R. Auer, Wissenschaftlicher
Leiter Erlangen Prof. Dr. C. J. Brabec, Vorstandsvorsitzender
Prof. Dr. V. Dyakonov bei der Grundsteinlegung in Erlangen
Head of the division of Erlangen, Dipl.-Ing. R. Auer, Scientific director of Erlangen Prof. Dr. C. J. Brabec, Chairman of the Board,
Prof. Dr. V. Dyakonov at the laying of the foundation stone in
Erlangen
33
Das ZAE Bayern plant daher ein Symposium bei
dem neueste Aktivitäten aus Forschung und Entwicklung und die Bedürfnisse der Industrie anhand
von praxisnahen Beispielen vorgestellt werden sollen. Ziel der Veranstaltung, an der neben dem ZAE
Bayern und Vertretern der Industrie auch die nationalen Förderinstitutionen teilnehmen sollen, ist es
in der Diskussion Möglichkeiten für gemeinsame
Projekte zu identifizieren. Das Symposium ist für
Mitte 2011 geplant.
Zweite internationale Konferenz
„Organische Photovoltaik“,
21. September 2011,
Maritim-Hotel Würzburg
Nach der ersten sehr erfolgreichen internationalen
Konferenz „Organische Photovoltaik“ ist bereits die
nächste Konferenz in Planung.
Ziel ist es, die neuesten wissenschaftlichen Entwicklungen zu erörtern, Wirtschaft und Wissenschaft
weiter zu vernetzen und Kooperationsprojekte anzustoßen, um die wirtschaftliche Erschließung der
organischen Photovoltaik zu beschleunigen. Entwicklungsbedarf besteht bei den aktiven und passiven Materialien, bei der Modularchitektur und bei
den Herstellungsverfahren.
Vor diesem Hintergrund konzipieren und organisieren die Bayern Innovativ GmbH, Projektträger des
Bayerischen Energie-Forums und verantwortlich
für das Management des Cluster Energietechnik, zusammen mit dem ZAE Bayern diese zweite internationale Konferenz.
Weitere Informationen unter: http://bayern-innovativ.de/organischepv2011
Tag der offenen Tür am ZAE Bayern in
Würzburg
Wie auch in den letzten beiden Jahren wird die
Würzburger ZAE-Abteilung einen Tag der offenen
Türe veranstalten. Voraussichtlicher Termin ist der
24. September 2011.
Akkreditierung PV-Prüflabor 2011
Es ist vorgesehen, dass das ZAE Bayern mit dem Umzug in die neuen Räumlichkeiten des Forschungsund Bürogebäudes in Erlangen-Süd Ende 2011 den
Antrag zur Akkreditierung als Prüflabor nach DIN
EN 17025 stellt. Mit diesem PV-Prüflabor soll von
unabhängiger Seite sichergestellt werden, dass die
Prüfergebnisse im Rahmen der Messunsicherheit
richtig und auf internationale Normale rückführbar sind.
Durch die enorm steigende Anzahl an installierten
Solargeneratoren und der damit einhergehenden
wachsenden Zahl an Herstellern entsteht ein großer Bedarf zur Analyse der Defekte an PV-Modulen
34
ZAE Symposium
“Energy Efficiency in Industrial Processes”
Two examples for measures that can reduce the industries energy consumption are reducing the air
quantity in drying cabins of a paint finishing line in
the automotive industry or using the waste heat of
the cooling of a cupola furnace for the air conditioning of halls. In order to be able to transfer innovative
technologies in the energy sector to industrial applications, the cooperation between research and industry needs to be stronger. In the process especially the
industries from the sectors like: metal (foundries or
hardening plants, steel, aluminum), glass, cement
and industrial drying processes shall be involved.
Therefore ZAE Bayern is planning a symposium during which the newest R&D activities and the necessities of the industry shall be presented with practical
examples. Aim of the event is to identify possibilities
for joint projects. Besides of ZAE Bayern and industry representatives, the national funding institutions
shall participate as well. The symposium is planned
for mid 2011.
Second International Conference
“Organic Photovoltaics”,
21st September 2011,
Maritim-Hotel Würzburg
After the first very successful international conference
“Organic Photovoltaics”, already the next conference is
planned.
It is aspired to discuss the newest scientific developments, to build further networks between industry
and science and to initiate cooperations, in order to
hasten the industrial development of organic photovoltaics. Development requirements exist for active
and passive materials, for modular architecture and
in manufacturing processes.
Against this background Bayern Innovativ GmbH, promoter of the Bavarian Energy Forum and responsible
for the management of the Energy Technology Cluster, plans and organizes this second international conference together with ZAE Bayern.
For further information: http://bayern-innovativ.de/
organischepv2011
Open day at ZAE Bayern in Würzburg
As in the last two years the division in Würzburg will
organize an open door day. Presumably it will take
place on the 24th September 2011.
Accreditation of the
PV testing laboratory 2011
Upon moving to the new facilities of the research and
office building in Erlangen-South, in 2011 ZAE Bayern
will submit the application for the accreditation as a
testing laboratory according to DIN EN 17025. With
sowie zur unabhängigen Kontrolle der auf lange Lebenszeit ausgelegten Solarmodule.
21. Mitgliederversammlung
des ZAE Bayern
Die 21. Mitgliederversammlung des ZAE Bayern
findet am 23. November 2011 am ZAE-Standort in
Würzburg statt.
20 Jahre ZAE Bayern
Am 16. Dezember 2011 jährt sich der 20. Jahrestag der
ZAE-Gründung. Für Anfang 2012 ist deshalb eine Jubiläumsveranstaltung geplant.
this PV testing laboratory it shall be independently ensured that the test results are right within the
measurement uncertainty and comply with international standards.
Through the enormously increasing number of installed solar generators and the related growing number of producers, there is a great need for analyzing
the faults of PV modules as well as the independent
control of the solar modules designed for long life.
21st General Assembly of ZAE Bayern
The 21st General Assembly of ZAE Bayern will take
place on 23rd November 2011 at the ZAE location in
Würzburg.
20 years ZAE Bayern
On the 16th December 2011 the 20th anniversary of the
ZAE foundation will take place. For the beginning of
2012 an anniversary event is planned.
35
36
Bayern
|
02 Forschungsfelder
Fields of Research
37
|
02 Forschungsfelder
Fields of Research
Die Kernthemen des ZAE Bayern zeichnen sich
durch eine hohe gesellschaftliche Relevanz aus. Diese Themen werden in großer Tiefe, von den Grundlagen bis hin zur Anwendung, von hochqualifizierten Mitarbeitern in interdisziplinär vernetzten
Arbeitsgruppen in Kooperation mit Partnern aus
Hochschule und Industrie beforscht. Das Institut
zählt in diesen Themenfeldern zu den Innovationstreibern und erfährt seit Jahren eine hohe nationale
und internationale Anerkennung.
38
ZAE Bayern’s core issues have a high social signifi-
cance. From the basics up to application, profound research is done on these topics. Highly qualified staff
carries this out in cooperation with university and industrial partners in an interdisciplinary network of
working groups. For years the institute counts to the
driving forces behind innovation for these topics and
is experiencing a high national and international approval.
■ ■ ■ ■ ● ● Photovoltaik
Energiespeicher
Nanomaterialien
Thermopysik und
-sensorik
● Systemtechnische
Modellierung
■ ■ ■ ■ ● ● Photovoltaics
Energy Storage
Energy Optimized Buildings
Energy Efficient Processes
Nanomaterials
Thermophysics and
Thermosensorics
● Systems Modelling
39
|
02.01 Forschungsthema Photovoltaik
Field of Research: “Photovoltaics”
Verbesserte Zellkonzepte, Erhöhung des Wirkungsgrades und die Entwicklung effizienterer Produktionsprozesse bestimmen die Auslegung der F&E-Aktivitäten im Bereich Photovoltaik.
Organische Photovoltaik
Die Forschung am ZAE Bayern im Bereich der organischen Photovoltaik zeichnet sich durch einen
hohen Grad an Interdisziplinarität und eine enge
Vernetzung mit Industriefirmen und Forschungseinrichtungen aus. Die Forschungslaboratorien in
Würzburg (Schwerpunkt: Untersuchung optischer
und elektrischer Eigenschaften von Absorbermaterialien und Bauelementen) und Erlangen (Schwerpunkt: Technologie- und Materialentwicklung, Defektanalyse, Zelldesign und Lebensdauer) liefern
wissenschaftliche und technologische Beiträge. Die
größten Herausforderungen sind die Entwicklung
von neuen Materialien mit Effizienzen von über 10%
und die Erhöhung der Lebensdauer von mehr als 10
Jahren. Derzeit wird am ZAE Bayern im Rahmen des
Energie Campus Nürnberg (EnCN ) unter dem Motto
„Solarfabrik der Zukunft“ zusammen mit Partnern
eine weltweit einzigartige Forschungsplattform zur
massentauglichen Fertigung von gedruckten Solarzellen entwickelt.
Abb. 1: PV Module in Dünnschichttechnik
Improved cell concepts, an increase in efficiency and
the development of more efficient production processes determine the interpretation of the R & D activities in the area of photovoltaics.
Organic Photovoltaics
The research in the field of organic photovoltaics at
ZAE Bayern distinguishes itself through a high degree
of interdisciplinarity and a tight network with companies and research centers. The research laboratories in Würzburg (focus: research of optical and electrical properties of absorber materials and building
elements) and Erlangen (focus: technology and material development, defect analyses, cell design and
lifespan) provide scientific and technological contributions. The biggest challenges are the development
of new materials with efficiencies over 10% and extending the lifetime to more than 10 years.
Under the motto “Future Solar Factory”, in the framework of the Energy Campus Nuremberg (EnCN) ZAE
Bayern and partners are currently developing a worldwide unique research platform for printed solar cells
which are suitable for mass production.
Silicon thin-film PV
Solar cells made from thin, crystalline silicon applied
on any carrier substrate, have a high potential for cost
reduction. This technology combines the high efficiency of the thick-film technique with the cost benefits of the thin-film technology.
For the production of solar cells with these thin Si
films, ZAE Bayern has achieved efficiencies of 11.1%.
In the middle-term efficiency values from up to 20%
are aspired to for these technologies. For this, a continual improvement of the substrate adaptation, the
electrode conductivity, the surface passivation and
boundary surface passivation as well as the cell design is required.
Fig. 1: PV modules in thin-film technology
Dünnschicht Silicium PV
Ein hohes Potential für Kostensenkungen haben
Solarzellen aus dünnem, kristallinem Silicium auf
einem beliebigen Trägersubstrat. Diese Technologie verbindet die hohe Effizienz der Dickschichttechnologien mit den Kostenvorteilen der Dünnschichttechnik. Bei der Herstellung von Solarzellen
mit diesen dünnen Si-Schichten hat das ZAE Bayern Effizienzen von 11,1% erreicht. Mittelfristig werden Wirkungsgrade von bis zu 20% für diese Technologie angestrebt. Dazu braucht es kontinuierliche
Verbesserungen in der Substratanpassung, der Elektrodenleitfähigkeit, der Oberflächen- und Grenzflächenpassivierung und des Zelldesigns. Speziell für
dünne Siliciumscheiben wurde ein neuartiges Produktionskonzept (COMBO) entwickelt, das erlaubt,
Zellen und Module ohne mechanische Verluste mit
40
Abb. 2: Beispiel für Prozessentwicklung:
Beschichten von OPV Materialien
Fig. 2: Example for process development:
coating of OPV materials
A novel production concept (COMBO) was developed
especially for thin silicon slices. It allows the production of cells and modules without mechanical loss-
hohem Wirkungsgrad (17% nachgewiesen) auch auf
dünnsten Wafern herzustellen. Ein Konzept für Zellwirkungsgrade über 20% wurde zum Patent angemeldet.
es with high efficiency (17% proven) even on the thinnest wafers. A concept for cell efficiency over 20% is
applied for patent.
Reliability of PV-Modules
The development of non-destructive imaging characterization methods of cells and modules is very important. Especially for thin-film solar cells (organic polymer solar cells and CIS solar cells), new technologies
like lock-in thermography, electroluminescence and
photo-luminescence for the defect analysis were developed and are being developed.
A testing laboratory for PV modules is currently being
built and an outdoor measuring station in particular
for thin-film solar cells is available.
Abb. 3: Modul Flasher zur Kennlinienmessung
Fig. 3: Module flasher for current voltage characterization
Zuverlässigkeit von PV-Modulen
Die Entwicklung von zerstörungsfreien bildgebenden Charakterisierungsverfahren von Zellen
und Modulen ist extrem wichtig. Insbesondere für
Dünnschichtsolarzellen (organische Polymersolarzellen und CIS -Solarzellen) wurden und werden
neue Technologien wie die Lock-in Thermographie,
Elektrolumineszenz und Photolumineszenz zur Defektanalyse entwickelt und angewendet.
Ein Prüflabor für PV Module wird zurzeit aufgebaut
und ein Außenmessstand steht für Langzeittests
insbesondere von Dünnschichtmodulen zur Verfügung.
Abb. 4: PV Außenmessstand
Fig. 4: PV outdoor measuring station
41
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02.02 Forschungsthema Energiespeicher
Field of Research: “Energy Storage”
Energiespeicher können einen entscheidenden Beitrag bei der Steigerung der Energieeffizienz und der
Integration erneuerbarer Energien leisten. Am ZAE
Bayern werden in erster Linie thermische Speicher
untersucht. Wärme- und Kältespeicher sind im Gebäudebereich unverzichtbare Komponenten eines
effizienten Energiesystems. Im Industriesektor geht
es hauptsächlich um die Nutzung industrieller Abwärme durch thermische Energiespeicher.
Am ZAE Bayern sind Speicher sensibler Wärme, Latentwärmespeicher und thermochemische Speicher Gegenstand von Forschung und Entwicklung.
Im Bereich thermochemischer Speicherung stehen vor allem Sorptionsprozesse im Fokus. Alle Forschungsbereiche werden von grundlegenden Fragestellungen, z.B. der nach den theoretischen Grenzen
der Speicherkapazität oder der Materialentwicklung, bis zu Fragen der Systemintegration oder Produktentwicklung behandelt. Im Bereich elektrischer
und elektrochemischer Energiespeicher konzentrieren sich die Aktivitäten auf Supercaps und RedoxFlow-Batterien.
National hat sich das ZAE Bayern durch eine Reihe
von Forschungsvorhaben auf dem Gebiet thermischer Energiespeicherung einen Namen gemacht.
International ist das ZAE Bayern durch seine Expertise bei der Energiespeicherung anerkannt. Das
drückt sich auch in der starken Präsenz in verschiedenen Gremien der Internationalen Energieagentur IEA aus. In diesem Zusammenhang ist auch die
langjährige Erfahrung des ZAE Bayern auf dem Gebiet der Wärmetransformation durch Sorptionswärmepumpen und -Kältemaschinen zu erwähnen
(siehe Kapitel „Energieeffiziente Prozesse“). Diese erweitert deutlich die möglichen Anwendungsbereiche der Speichersysteme durch die Anpassung der
benötigten Temperaturniveaus.
42
Energy storages can make a decisive contribution for
the increase of energy efficiency and the integration
of renewable energies. Primarily thermal storages are
examined at ZAE Bayern. In the building sector heat
and cold storages are indispensable components of
an efficient energy system. In the industrial sector the
focus is on the application of thermal energy storages
for the exploitation of industrial waste-heat.
At ZAE Bayern sensitive heat storages, latent heat
storages and thermochemical storages are subject
of research and development. In the field of thermochemical storage, mainly sorption processes are in the
focus. All areas of research are subject of fundamental questions, e. g. concerning the theoretical boundaries of storage capacity or of material development,
including questions of system integration or product
development. In the area of electrical and electrochemical energy storages the activities concentrate
on supercaps and redox-flow batteries.
Nationally ZAE Bayern has gained a reputation
through a number of research projects in the field of
thermal energy storage. Internationally ZAE Bayern
is recognized because of its expertise on energy storage. This is also expressed in the strong presence it
has in diverse boards and committees of the International Energy Agency IEA . The long-term experience
of ZAE Bayern in the field of heat transformation via
sorption heat pumps and sorption chillers should be
mentioned in this context (compare to chapter “Energy Efficient Processes”). This significantly broadens
the possible applications of the storage systems by
adapting the required temperature level.
Abb. 1: Sensible Speicherung thermischer Energie, Warmwas
serspeicher zur saisonalen Speicherung solarer Wärme in ei
nem Nahwärmenetz am Ackermannbogen, München
Fig. 1: Sensitive storage of thermal energy, warm water storage
to seasonally store solar heat in a local heating network at Ackermannbogen, Munich
Abb. 2: POM -Bilder (polarisierte optische Mikroskopie) von Po
lyethylenglykol als Phasenwechselmaterial für Latentwärme
speicher
Fig. 2: Polarized optical microscopy images of polyethylene glycol as phase change material for latent heat accumulators
Abb. 4: Versuchsaufbau Redoxflussbatterie als Zweitanksys
tem mit Vanadium-Elektrolyt
Fig. 4: Test set-up redox-flow battery as dual tank system with
vanadium electrolyte
Abb. 3: Übersichtsdarstellung des Mobilen Sorptionsspeichers
auf seinem Auflieger. Der Behälter ist horizontal geschnitten
und zeigt das Innenleben des Speicherbehälters
Fig. 3: Overview of the mobile sorption storage on its trailer.
The vessel is cut horizontally and shows the inside of the storage tank.
43
|
02.03 Forschungsthema Energieoptimierte Gebäude
Field of Research: „Energy Optimized Buildings“
Im Bereich Energieoptimierte Gebäude entwickelt
das ZAE Bayern energiesparende Konzepte und zukunftsweisende Technologien für energieeffiziente
Gebäude, wie z.B. Vakuumisolierglas oder textile Architektur. Diese innovativen Technologien werden
am ZAE Bayern über den gesamten Entwicklungsprozess vom Labormuster bis hin zum fertigen Produkt charakterisiert und optimiert sowie im Rahmen von Demonstrationsprojekten im Bestand oder
als Neubauten messtechnisch evaluiert (Monitoring). In diesen Gebäudekonzepten wird das Zusammenwirken von Gebäudegeometrie, effizienter Gebäudehülle, Versorgungstechnik, Tageslichtnutzung
und Verschattung, sowie weiterer innovativer Komponenten betrachtet und Synergien optimiert, um
so CO 2-arme, hochkomfortable Gebäude zu erstellen.
In the area of energy optimized buildings ZAE Bayern
is developing energy saving concepts and forwardlooking technologies for energy efficient buildings,
like e. g. vacuum insulation glass or textile architecture. During the entire development process, from
the laboratory prototype to the final product, these
innovative technologies are characterized and optimized at ZAE Bayern. They are finally monitored in
the framework of demonstration projects on existing buildings or new constructions. In these building
concepts the interaction between building geometry, efficient building shells, supply engineering, daylighting and shading, as well as further innovative
components are looked at. Furthermore synergies are
optimized in order to build highly comfortable edifices with low CO 2 emission.
Besondere Expertise in diesem Themenbereich besitzt das ZAE Bayern bei der Entwicklung und thermischen Charakterisierung von Latentwärmespeichermaterialien (PCM ) sowie im Bereich evakuierter
Dämmsysteme. Das ZAE Bayern begleitete wissenschaftlich die Gründung der RAL-Gütegemeinschaft
PCM und ist ein anerkanntes Prüfinstitut für die Erfassung der thermophysikalischen Eigenschaften
dieser Materialien. Es war bis 2008 deutsche Koordinationsstelle im Annex 39 der International Energy Agency (IEA ) „High Performance Thermal Insulations (HiPTI )“ und ist ständiger Mitorganisator der
Veranstaltungsreihe „International Vacuum Insulation Symposium“.
In this area ZAE Bayern has particular expertise concerning development and thermal characterization
of latent heat storage materials (PCM) as well as in
the field of evacuated insulation systems. ZAE Bayern
accompanied the founding of the RAL-Gütegemeinschaft PCM scientifically and is an approved testing
institute for the measurement of thermo physical
properties of these materials. Until 2008, ZAE Bayern was the German coordination office in the Annex
39 of the International Energy Agency (IEA ) “High Performance Thermal Insulations (HiPTI)” and is continuously co-organizer of the “International Vacuum Insulation Symposium”.
Die Aktivitäten sind in den nationalen Forschungsförderschwerpunkt des Bundesministeriums für
Wirtschaft und Technologie (BMW i) „Energieoptimiertes Bauen (EnOB)“ eingegliedert.
44
The activities are integrated in the national research
funding program of the Federal Ministry of Economics
and Technology (BMW i) “Energy-optimized Construction (EnOB)”.
Abb. 1: Demonstration der Tragfähigkeit von Membrandä
chern (Copyright Hightex GmbH)
Fig. 1: Demonstration of the bearing capacity of membrane
roofs (Copyright Hightex GmbH)
Abb. 2: Installation der Messtechnik zum Monitoring einer
hinterlüfteten PCM -Kühldecke (Copyright ZAE Bayern)
Fig. 2: Installation of the metrology to monitor a rear ventilated PCM cooling ceiling (Copyright ZAE Bayern)
Abb. 3: IR-Thermographie einer Fassade mit VIP -Außendäm
mung mit einem auffälligen Paneel im Sockelbereich (Copy
right ZAE Bayern)
Fig. 3: IR thermal image of a facade with VIP external insulation with a conspicuous panel in the base area (Copyright ZAE
Bayern)
45
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02.04 Forschungsthema Energieeffiziente Prozesse
Field of Research: “Energy Efficient Processes”
Für die Reduktion der CO 2-Emissionen ist die Steigerung der Energieeffizienz in industriellen oder
Energieerzeugungsprozessen unerlässlich. Energieeffiziente Prozesse spielen auch bei der Integration
erneuerbarer Energien in energieoptimierte Gebäude (siehe Kapitel 02.03) eine wichtige Rolle.
In order to reduce CO 2 emission, it is indispensable to
increase energy efficiency in industrial processes as
well as in processes connected to power generation.
When integrating renewable energies in energy optimized buildings (see chapter 02.03) energy efficient
processes play an important role.
Für eine verbesserte Bereitstellung von Wärme und
Kälte wird am ZAE Bayern seit vielen Jahren an
energieeffizienten Verbrennungsprozessen von Biomasse, der Optimierung solarthermischer Kollektoren und thermisch angetriebenen Wärmepumpen
und Kältemaschinen geforscht. Bei der Elektrizitätserzeugung stehen Niedertemperaturprozesse (wie
der Organic-Rankine-Cycle, ORC) im Fokus. Im Bereich industrieller Anwendungen steht an erster
Stelle die Nutzung von Abwärme. Diese kann durch
Energiespeichertechnologien (siehe Kapitel 02.02)
und Möglichkeiten der Wärmetransformation sowohl innerhalb eines Werks als auch durch Wärmebzw. Kältetransport nach außen, d.h. zu externen
Verbrauchern, umgesetzt werden. Besonders interessant erscheinen diese Strategien bei energieintensiven Industriezweigen wie Zement, Glas und
Metall. Im Gebäude-Sektor hat sich das ZAE Bayern
z.B. bei der solaren Klimatisierung sowohl durch die
Entwicklung hocheffizienter Kollektoren und geeigneter Absorptionskältemaschinen einen Namen gemacht.
For many years ZAE Bayern has been doing research
on energy efficient combustion processes of biomass, optimizing solar thermal collectors, and thermally driven heat pumps and chillers to improve the
provision of heat and cold. Low temperature processes (like the Organic-Rankine-Cycle, ORC) are in the focus for power generation. In the field of industrial application, the use of waste heat comes first. This can
be realized through energy storage technologies (see
chapter 02.02) and possibilities of heat transformation within a plant and also by transporting heat and
cold to external consumers. These strategies seem to
be especially interesting for sectors that have a high
energy demand like the cement, glass and metal industries. ZAE Bayern has made a name for itself in the
building sector e. g. with solar air-conditioning both
by developing highly efficient collectors and suitable
absorption chillers.
In diesem Themenfeld kann das ZAE Bayern in besonderer Weise seine vielfältige Expertise einbringen: Biomasse, Solarthermie und Geothermie, Materialforschung, sowie Wärmetransformation und
–umwandlung wirken hier zusammen. Technologische Fortschritte werden von Spezialisten im
Bereich Energiekonzepte und systemtechnische
Modellierung zu einem Gesamtsystem zusammengefügt. In den letzten Jahren hat das ZAE Bayern in
zahlreichen Industrieprojekten die hohe Relevanz
seiner Forschung für die praktische Umsetzung unter Beweis gestellt.
46
ZAE Bayern can bring in its expertise in an ideal way:
biomass, solar thermal energy and geothermal energy, materials research plus heat transformation and
heat conversion are skillfully combined here. Technological advances are joined to a master plan by energy concept and system modelling experts. In the past
ZAE Bayern has proved the relevance of its research
for the practical implementation in numerous industrial projects.
Abb. 2: Untersuchungen zur energetischen Optimierung bei
der Stahlerzeugung
Fig. 2: Studies for the energy optimization in the production
of steel
Abb. 1: 10 kW Absorptionskälteanlage für Niedertemperatur
anwendungen
Fig. 1: A 10 kW absorption chiller system for low temperature
heat transformation applications
Abb. 3: Bohranlage der Geothermiebohrung Aschheim Th2 des
interkommunalen Geothermieprojektes der AK-Geothermie
GmbH zur Fernwärmeversorung der Gemeinden Aschheim,
Feldkirchen und Kirchheim.
Fig. 3: Drilling rig of the geothermal drilling in Aschheim Th2
of the inter-municipal geothermal energy project of the AK-Geothermie GmbH for the district heating of the communities
Aschheim, Feldkirchen and Kirchheim
47
|
02.05 Forschungsthema Nanomaterialien
Field of Research: “Nanomaterials”
Abb. 1: Übergang vom wässrigen Sol zum organischen Gel.
Parallel zur optischen Überwachung wird der Übergang
anhand des Temperatursignals eines thermischen Sensors
verfolgt, der zentral in das Reaktionsgefäß eingebracht wurde
(Linie oben links)
Fig. 1: The transition from aqueous sol to organic gel.
Parallel to the optical monitoring, the transition is traced by a
temperature signal of a thermal sensor, which was fixed in the
center of the reaction vessel (the line top left)
Im Bereich Nanomaterialien liegt der Fokus auf
dem vertieften Verständnis von Effekten, die auf
der Nanostrukturierung von Partikeln oder der Nanoporosität von Materialien beruhen. Die Erkenntnisse werden dann in anwendungsorientierten Arbeiten mit anderen Gruppen des ZAE Bayern oder
externen Partnern gezielt eingesetzt um Funktionsmaterialien für den Bereich der Energietechnik, wie
z.B. Energiespeicher oder Wärmedämmkomponenten, zu entwickeln.
In the field of nanomaterials the focus is on the more
profound understanding of effects that are based on
the nanostructuring of particles or the nanoporosity
of materials. The knowledge is then specifically used
in application-oriented work with other groups from
ZAE Bayern or external partners, specifically for the
development of functional materials for energy technology, e. g. energy storages or heat insulation components.
Der Schwerpunkt im Bereich Synthese liegt auf
Nanomaterialien, die über ein Sol-Gel-Verfahren
hergestellt werden. Diese bilden die Basis für Komposite, die die Integration mehrerer Funktionalitäten in einem Material erlauben und gleichzeitig helfen Prozessschritte zu vereinfachen und das
Handling in der Anwendung verbessern.
Begleitend werden Charakterisierungsverfahren
entwickelt, die auf die neuen Materialtypen zugeschnitten sind und damit artefaktfreie Kenngrößen liefern. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf
Methoden, die gleichzeitig mehrere physikalische
Eigenschaften erfassen können oder sich einsetzen lassen um Prozessschritte zu verfolgen (in-situ Messmethoden). Zu nennen sind hier beispielsweise in-situ optische oder in-situ dilatometrische
Messmethoden während der Gasadsorption-Analyse, die Ermittlung der Produktzusammensetzung
bei thermisch induzierten Reaktionen mit schneller Gaschromatographie und Massenspektrometrie
oder das Monitoring des Sol-Gel Übergangs mit Hilfe einer Temperaturmessung.
48
Synthesis is focusing on the preparation of nanomaterials by using the sol-gel process. These materials
form the basis for composites that allow the integration of multiple functionalities in one material and simultaneously help to simplify process steps and ease
the handling during application.
In addition characterization methods are being developed, which are designed for the new material types
and therefore deliver artifact free parameters. Particular attention is paid to methods which can simultaneously capture several physical properties or can
be applied to follow process steps (in-situ measuring
techniques). Examples are for instance in-situ optical or in-situ dilatometric measuring techniques during gas adsorption analyses, the determination of the
product composition during thermally induced reactions with fast gas chromatography and mass spectrometry or monitoring the sol-gel transition using an
online temperature measurement.
Abb. 2: Komposit bestehend aus einem Schaum und einer na
noporösen Silica-Komponente, die die Schaumporen ausfüllt
Fig. 2: Composite consisting of a foam and a nanoporous silica
component filling the voids of the foam
Abb. 4: Heiztisch, mit dem Proben unter dem Raster
elektronenmikroskop bis auf Temperaturen von 1500 °C
erhitzt werden können. Damit lassen sich z.B. in-situ
Sintervorgänge auf mikroskopischer Skala verfolgen
Fig. 4: A hot stage with which the samples can be heated up
to 1500°C under the scanning electron microscope. Thereby e, g. in-situ sintering processes can be followed on a micro
scopic scale.
Abb. 3: In-situ Neutronen-Kleinwinkelstreuung an porösen
Silica-Proben. Das Bild zeigt den Probenwechsler an der An
lage D 11 am Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich.
Der Neutronenstrahl kommt von rechts und trifft auf die Pro
be. Die Streustrahlung wird von einem zweidimensionalen De
tektor aufgezeichnet, der hinter der schwarzen Nase sitzt, die
links zu sehen ist
Fig. 3: In-situ neutron small-angle scattering on porous silica samples. The image shows the sample changer at the beamline D 11 at the Institute Laue-Langevin in Grenoble, France. The
neutron beam is coming from the right and reaches the sample.
The scattered radiation is recorded by a two-dimensional detector, which is located behind the black nose on the left.
49
|
02.06 Forschungsthema Thermophysik und -sensorik
Field of Research: “Thermophysics and Thermosensorics”
Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im
Bereich Thermophysik und -sensorik des ZAE Bayern führen zu einem vertieften physikalischem Verständnis und der zuverlässigen Charakterisierung
thermophysikalischer Stoffgrößen von neuen Materialien und Werkstoffen, die für die Energietechnik relevant sind.
Die Schwerpunkte des Themenbereichs liegen in
der Beschreibung und Analyse komplexer Wärmetransportvorgänge in heterogenen Stoffsystemen
(Thermische Analyse), in der Modellierung und Charakterisierung des Wärmetransports durch Wärmestrahlung (Angewandte IR-Metrologie), sowie in der
qualitativen und quantitativen Erfassung von thermischen Prozessen und deren bildlicher Darstellung (Thermosensorik). Wesentlicher Bestandteil
aller Bereiche ist die Entwicklung von innovativen
Messverfahren, wie z.B. bildgebende Analyseverfahren, die auch für neue Materialtypen und -systeme
bei den jeweiligen Anwendungsbedingungen (z.B.
Temperatur und Druck) eine zuverlässige Charakterisierung erlauben.
Durch die Kompetenz der in diesem Themenfeld tätigen Arbeitgruppen und die enge Verzahnung mit
den anderen Themenfeldern des ZAE Bayern steht
eine Expertise zur Verfügung, die besondere Synergien sowohl im Bereich der Grundlagenforschung
als auch der angewandten Energieforschung ermöglicht.
Abb. 1: Keramische Wärmedämmschicht auf einer Turbinen
schaufel. Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades von
Flugzeug- und stationären Gasturbinen sind grundlegende
Materialentwicklungen zur Optimierung der thermischen und
infrarot-optischen Eigenschaften der Wärmedämmschichten
erforderlich. (Copyright DLR)
Fig. 1: Ceramic thermal barrier coating (TBC) on a turbine blade.
For further elevation of the efficiency of airplane and stationary gas turbines, basic material developments for the optimization of the thermal and infrared-optical properties of thermal
barrier coatings are necessary. (Copyright DLR)
50
The activities in research and development at ZAE
Bayern, in the field of thermophsics and thermosensorics, lead to a better physical understanding and reliable characterization of thermophysical properties of
new materials and materials, which are relevant for
power engineering.
The emphases of the topic are in the description and
analyses of complex heat transfer processes in heterogeneous systems (Thermal Analysis), in modelling and characterization of heat transfer via thermal radiation (Applied IR Metrology), as well as in the
qualitative and quantitative determination of thermal processes and charting them (Thermosensorics).
Essential element of all areas is the development of
innovative measuring techniques, like e.g. imaging
analysis technique. These allow a reliable characterization during particular conditions (e.g. temperature
and pressure) as well for new types of material and
material systems.
Through the competence of the working groups active on this field and the close integration with the
other fields of ZAE Bayern, know-how is available
which allows special synergies in the sector of basic
research as well as in the applied energy research.
Abb. 2: Vom ZAE Bayern in Kooperation mit der Firma Netzsch
Gerätebau entwickelte Plattenapparatur zur hochgenauen Be
stimmung thermischer Kenngrößen. Mit der GHP 456 Titan®
können Messungen in einem extrem breiten Temperatur- und
Druckbereich durchgeführt werden. (Copyright ZAE Bayern)
Fig.2: Guarded hot plate apparatus for highly accurate determination of thermal parameters which was developed at ZAE
Bayern in cooperation with Netzsch Gerätebau. With the GHP
456 Titan® measurements can be carried out in an extremely
broad temperature and pressure range. (Copyright ZAE Bayern)
Abb. 3: Thermographieaufnahme einer spektral-selektiven Be
schichtung (links) mit hoher Wärmereflexion im Vergleich zu
einem unbeschichteten Substrat (rechts) mit deutlich geringe
rer Wärmereflexion. Transparent leitfähige, umgebungssta
bile, Schichten als funktionale Oberflächen nicht nur auf Glas,
sondern auch auf Polymeren und flexiblen Substraten rücken
zunehmend in der Fokus der Forschung. (Copyright ZAE Bay
ern)
Fig. 3: Thermogram of a spectrally selective coating (left) with
high heat reflection compared to an uncoated substrate (right)
with significantly lower heat reflection. Transparent conducting, ambient-stable coatings as functional surfaces, not only
on glass, but on polymers and flexible substrates as well, are increasingly in the focus of research. (Copyright ZAE Bayern)
Abb. 4: Herschel-Weltraumteleskop zur Erfassung des fernen
Infrarotspektrums von 57 µm bis 670 µm. Im Vergleich zu frü
heren Infrarotweltraumteleskopen wird das Herschel-Welt
raumteleskop nicht mehr vollständig mit flüssigem Helium
gekühlt, was erhöhte Anforderungen an das thermische Ma
nagement sowie die verwendeten Materialien und Oberflä
chen stellt. (Copyright EADS Astrium)
Fig. 4: Herschel space telescope for the detection of the far infrared spectrum of 57 µm to 670 µm. Compared to earlier infrared space telescopes, the Herschel space telescope is not
completely cooled with liquid helium. This places increased demands on the thermal management as well as the applied materials and surfaces. (Copyright EADS Astrium)
51
|
02.07 Forschungsthema Systemtechnische Modellierung
Field of Research: “Systems Modelling”
Die systemtechnische Modellierung und Analyse
von physikalischen Prozessen, energietechnischen
Komponenten bis hin zu komplexen Energiesystemen ist ein zentraler Schwerpunkt der Arbeiten im
ZAE Bayern, da in weiten Teilen der Wissenschaft
die numerische Simulation an die Stelle der theoretisch, analytischen Betrachtungen getreten ist.
Das ZAE Bayern ist in der Lage, das in den Kernthemen – Photovoltaik, Energiespeicherung und Energieoptimierte Gebäude – in seiner ganzen Breite
vorhandene Know-how in seine systemtechnischen
Modellierungen einfließen zu lassen. Dadurch können Potentiale für innovative Ansätze vorhergesagt
und eine technische und ökonomische Machbarkeit
untersucht werden. Simulationen stützen sich in
konkreten Projekten auf eine Vielzahl von kommerziellen Softwareprodukten (wie z.B. CFD, TRNSYS ,
MATLAB/Simulink) und werden durch eigenentwickelte Algorithmen bzw. angepasste Simulationsmodule ergänzt. Mit diesen Werkzeugen werden ein
vertieftes Systemverständnis und ein optimales Zusammenwirken von Material-, Komponenten- und
Systementwicklung erreicht. Zusätzlich wird numerische Simulation zur Optimierung von Betriebsweisen und Einzelprozessen eingesetzt.
Durch die experimentelle Expertise in den verschiedenen Bereichen können die am ZAE Bayern entwickelten Programme validiert und letztendlich
optimiert werden. Das Zusammenspiel von Grundlagenwissen, Kenntnis der tatsächlichen Anwendungsgebiete, experimenteller Erfahrung und den
Möglichkeiten der systemtechnischen Modellierung in einem Institut bietet entscheidende Vorteile
bei der Entwicklung und Kommerzialisierung neuer
Energietechnologien.
52
Since in science numerical simulation has become an
alternative to theoretical and analytical observations,
systems modelling and analyses of physical processes, energetically engineered components and complex energy systems are in the central focus of ZAE
Bayern activities.
ZAE Bayern is able to apply all in its full range available
know-how from the core topics photovoltaics, energy
storage and energy optimized buildings, into systems
modelling. Thus potentials for innovative approaches can be predicted and the technical and economical
feasibility can be analyzed. In specific projects simulations are based on a number of commercial software
products (like e.g. CFD, TRNSYS , MATLAB/Simulink)
and are completed by algorithms developed by ZAE
Bayern or by adjusted simulation tools. With these
tools a deepened understanding of the system and
an optimal interaction between material, component and system development is reached. Additionally a numerical simulation is applied to optimize operations and individual processes.
Because of the experimental expertise in the different areas, the programs developed at ZAE Bayern can
be validated and eventually optimized. The interaction between basic knowledge, knowledge of the actual field of application, experimental experience and
the possibilities of systems modelling in one institute
offers decisive advantages when developing and commercializing new energy technologies.
Abb. 1: Simulation der solarthermischen Anlage am Acker
mann-Bogen, München
Fig. 1: Simulation of the solar thermal installation at Ackermannbogen, Munich
Hot Water District Heating
Solar Energy
Backup System
Collector Field
Absorption Heat Pump
Solar Heating Plant
Distribution Network
Heat
Transfer
Station
Collector Network
Seasonal Storage
Abb. 2: Hydraulikschema der TRNSYS -Systemsimulation zur
Solaren Nahwärme am Ackermann-Bogen (SNAB), München
Fig. 2: Hydraulic diagram of the TRNSYS system simulation for
solar local heating at Ackermannbogen, Munich
53
54
Bayern
|
03 Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific Results
55
|
03.00 Wissenschaftliche Ergebnisse
Scientific Results
Trotz der enormen Wichtigkeit Drittmitteln einzuwerben, die übrigens bei den öffentlichen Förderinsitutionen ausschließlich im Begutachtungsverfahren vergeben werden und damit gleichfalls
ein Ausdruck von Forschungskreativität und -qualität sind, bewertet man den gegenwärtigen Leistungsstand eines Forschungsinstituts dennoch öfter am Erfolg der Publikationen in internationalen
Topfachzeitschriften. Das ZAE Bayern sieht die Relevanz, in ausreichendem Umfang wissenschaftliche Erkenntnisse zu publizieren. Publikationen in
begutachteten Fachzeitschriften, Dissertationen
sowie erzielte Schutzrechte sind deshalb wichtige
Grundlagen einer nachhaltigen Qualitätssicherung.
In diesem Kapitel finden Sie nun eine Übersicht der
Forschungsaktivitäten unseres Instituts anhand
ausgewählter wissenschaftlicher Beiträge aus dem
Jahr 2010. Die Artikel folgen den vier thematischen
Schwerpunkten des Instituts: Photovoltaik, Energiespeicher, Energieoptimierte Gebäude, Energieeffiziente Prozesse sowie den drei Querschnittsthemen
Nanomaterialien, Thermophysik und -sensorik und
Systemtechnische Modellierung.
Es handelt sich um repräsentative, allgemeinverständliche Forschungsberichte - also ausgewählte
Highlights aus dem ZAE-Forschungsportfolio.
Eine vollständige Liste der Publikationen in referierten Zeitschriften, der wissenschaftlichen Beiträge
zu nationalen und internationalen Tagungen sowie
sonstiger öffentlicher Darstellung der Forschungsleistungen des ZAE Bayerns ist am Ende dieses Jahresberichts für Sie zusammengestellt.
56
In spite of the great importance of acquiring thirdparty funds, more often than not the present proficiency level of a research institute is judged according to the success of its publications in international
leading journals. Third-party funds are exclusively assigned by public funding institutions in assessment
processes and are therefore a manifestation of the
creativity and quality of the performed research.
ZAE Bayern recognizes the importance of publishing
scientific findings on a sufficiently large scale. Publications in peer-reviewed journals, dissertations as well
as obtained intellectual property rights are therefore
an important basis for a long-term quality control.
The following chapter comprises an overview of the
research carried out at our institute on the basis of
selected scientific articles from 2010. The articles focus on the institutes four issues: photovoltaics, energy storage, energy optimized buildings, energy efficient processes and the three cross-sectional issues
nanomaterials, thermophysics and thermosensorics
and systems modeling.
The articles are representative, generally understandable research reports – selected highlights from the
ZAE Bayern research portfolio.
A full list of publications in peer-reviewed journals,
presentations at national and international congresses as well as miscellaneous publications about ZAE
Bayern’s research is compiled at the end of this annual report.
°C
-6,0
-7,0
-8,0
-9,0
-10,0
-11,0
-12,0
-13,0
-14,0
Nucleate/
convective
boiling
active layer
0
m
cooling water
2-phase flow
Flue Gas
work function [W/eV]
p-type like metal oxides
absorber
-1
-2
heat exchanger
-3
Subcooled
boiling
steam
-4
Pre-heating
-5
concentrated solution
-6
1-phase flow
-7
LiBr solution
PEDOT
diluted solution
V2O5
WO3
MoO3
P3HT
PCBM
1 µm
low Sext, high Smic
high Sext, high Smic
high Sext, low Smic
57
T
|
03.01 Charakterisierung kristalliner
Si-Dünnschichtsolarzellen mit Mikro-Raman
Ansprechpartner | Contact
Dr. Thomas Kunz
Leiter Technikum Alzenau,
Siliziumphotovoltaik
Head Laboratory Alzenau, Silicon
Photovoltaics
Thermosensorik und Photovoltaik
Thermosensorics and Photovoltaics
Forschungsfeld | Field of Research
Photovoltaik
Photovoltaics
S+49
S
6023/320 94 60
[email protected]
U
Fördermittelgeber | Funding
Bundesministerium für Umwelt,
Naturschutz und Reaktorsicherheit
(FKZ 0325031B)
Kooperationspartner | Partners
Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Characterization of Crystalline Silicon Thin Film Solar Cells with Micro Raman
Dünne kristalline Siliziumfilme haben für die Herstellung von Solarzellen potentielle Kostenvorteile
gegenüber den zurzeit überwiegend verbreiteten
Solarzellen aus Si-Wafern. So werden aufwändige
Prozessschritte, wie z.B. das Züchten von massiven
Si-Kristallen und das Sägen von Wafern, vermieden.
Aufgrund der Ähnlichkeit des Materials liegt das Potential des Wirkungsgrads in einem vergleichbaren
Bereich.
Am ZAE Bayern werden, im Rahmen des vom Bundesumweltministerium (BMU ) geförderten Projekts HELIOS , kristalline Silizium Dünnschichtsolarzellen auf kostengünstigen Keramiksubstraten
entwickelt. Eine wichtige Bedeutung zur Verbesserung des Wirkungsgrades kommt dabei der Untersuchung von elektrisch wirksamen Kristalldefekten wie z.B. Korngrenzen oder Versetzungen zu. Eine
neuere Methode zur zerstörungsfreien Charakterisierung ist Mikro-Ramanspektroskopie, bei der mit
einer Ortsauflösung von ca.1 bis 2 µm Ramanspektren aufgenommen werden.
b)
a)
Line scan
Line scan
Thin crystalline silicon films have potential cost bene
fits in the production of solar cells, compared to the
currently popular solar cells made of Si wafer. Thus,
complex process steps like growing massive silicon
crystals and sawing wafers can be avoided. Due to
similarity of both materials, the potential of the effectiveness lies in a comparable range.
At ZAE Bayern within the frame work of the HELIOS
project (funded by the Federal Environment Ministry,
BMU), crystalline silicon thin film solar cells are developed on low cost ceramic substrates. The examination
of electrically effective crystal defects like e. g. grain
boundaries or dislocations is important to improve
the efficiency. Micro Raman spectroscopy is a recent
method of non-destructive characterization. Hereby,
Raman spectra with a spatial resolution of about 1 to
2 µm are recorded.
For Raman measurements, cross sections of previously produced crystalline silicon thin film solar cells
(layer structure and cell processes see [1]) were prepared and then respectively a Raman spectrum was
scanned on a raster of 240 x 270 points of measurement.
In the range of silicon the spectra show a single Raman peak at about 520 cm-1, which belongs to the triply degenerated optical phonons in the center of the
Brillouin zone. Spectra were each fitted with a BreitWigner distribution. Comparative spatially resolved
images of the fit parameters peak area (a) and peak
shift (b) at the same area of the cross section are illustrated in Fig. 1 (also see [2]).
silicium
wave number k [cm-1]
SiC/Si
523.5
Si/SiC
523.0
522.5
10 µm
10 µm
SiC-substrate
522.0
twin grain boundaries
Si surface
521.5
Abb. 1: Mikro-Ramanmapping (d.h. ortsaufgelöste Abbildung
der beim Fitten der Ramanspektren erhaltenen Parameter)
an einem Querschliff einer kristallinen Si-Dünnschichtzelle.
Entlang der weißen Pfeile ist in Abb. 2 ein Linienscan darge
stellt. a) Die Raman-Peakfläche zeigt die Kornstruktur des Sili
ziums. b) Ortsaufgelöste Abbildung der Raman-Peakverschie
bung zeigt Verspannungen im Si-Kristallgitter nahe der Si/
SiC-Grenzfläche.
Fig. 1: Micro Raman mapping (spatially resolved images of the
parameters obtained by fitting the Raman spectra) on a cross
section of a crystalline silicon thin film cell. A line scan is shown
along the white arrows in Fig. 2. a) The Raman peak area shows
the grain structure of the silicon. b) A spatially resolved image
of the Raman peak-shift shows stress in the silicon crystalline
lattice close to the Si/SiC-interface.
58
521.0
0
10
20
30
40
50
60
70
position [µm]
Abb. 2: Mikro-Raman Linienscan (vgl. weiße Pfeile in Abb. 1)
zeigt eine starke Peakverschiebung an der Si/SiC Grenzfläche,
die einer kompressiblen Spannung von bis zu 625 MP a ent
spricht.
Fig. 2: Micro Raman line scan (cf. white arrows in Fig. 1) displays
a strong peak shift at the Si/SiC interface, which corresponds to
a compressible strain of up to 625 MP a.
T. Kunz
Zur Ramanmessung wurden Querschliffe an zuvor hergestellten kristallinen Si-Dünnschichtsolarzellen (Schichtaufbau und Zellprozesse siehe [1])
angefertigt und auf einem Raster von 240 x 270
Messpunkten dann jeweils ein Ramanspektrum
aufgenommen. Im Bereich des Siliziums zeigen die
Spektren einen einzelnen Ramanpeak bei ca. 520
cm-1, der dem dreifach entarteten optischen Phonon im Zentrum der Brillouinzone zuzuordnen ist.
Die Spektren wurden jeweils mit einer Breit-Wigner Kurve gefittet. Vergleichende ortsaufgelöste
Abbildungen der Fitparameter Peakfläche (a) und
Peakverschiebung (b) an derselben Stelle des Querschliffs sind in Abb. 1 dargestellt (siehe auch [2]).
Die Peakfläche variiert mit der Kristallorientierung,
entsprechend zeigt das Mapping in Abb. 1a die Kornstruktur der Si-Schicht. Durch die Untersuchungen
wurden relativ große Kristallkörner im mm-Bereich
gefunden, die, wie in der Abbildung gezeigt, einzelne Mikrozwillinge enthalten. Die Peakverschiebung
(Abb. 1b) variiert im Bereich der Korngrenzen kaum.
Dagegen erfolgt an der Si/SiC-Grenzfläche eine starke Peakverschiebung, die bis zu 2,5 cm-1 beträgt; ein
entsprechendes Tiefenprofil der Peakposition ist in
Abb. 2 aufgetragen. Diese Peakverschiebung entspricht einer kompressiblen Verspannung von ca.
625 MP a des Siliziumkristallgitters. Ursachen der
Verspannung könnten in den unterschiedlichen
Temperaturausdehnungskoeffizienten des Siliziums und des SiC liegen. Geht man davon aus, dass
die Schichten bei der Prozesstemperatur zunächst
weitgehend spannungsfrei hergestellt werden, so
erfolgt die Verspannung bei der Abkühlung des Systems infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Die Verspannungen können wiederum Ursache für Versetzungen sein, die sich direkt
auf die elektrischen Eigenschaften auswirken.
The peak area varies with the orientation of the crystal; accordingly the mapping in Fig. 1a shows the grain
structure of the silicon layer. The investigations found
relatively large crystal grains in the mm-range, which
contain individual micro twins, as the figure shows.
The peak shift (Fig. 1b) hardly varies in the range of the
grain boundaries. However, at the Si/SiC interface a
strong peak shift of up to 2.5 cm-1 takes place; a corresponding depth profile of the peak position is plotted in Fig. 2. This peak shift matches a compressible
strain of approximately 625 MP a of the silicon crystalline lattice. Reasons for the strain could be in the varying thermal expansion coefficients of the silicon and
the SiC. If it is assumed that the layers are produced
initially without tension at process temperature, the
stress occurs during cooling of the system due to the
different thermal expansion coefficients. The strains
could in turn be the reason for dislocations, which directly affect the electrical properties.
Literatur | References
[1] T. Kunz, V. Gazuz, N. Gawehns, I. Burkert, M.T. Hessmann, R. Auer, Optical
Characterization of Crystalline Silicon Thin-Film Solar Cells on Foreign Substrates, in Proc. 24. European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, 24th Euro. PVSEC , Hamburg, 21.–25.09.2009, 2553-2556.
[2] T. Kunz, M.T. Hessmann, B. Meidel, C.J. Brabec, J. Crystal Growth, 314
(2010) 53-57
59
|
03.02 Aufbau eines PV-Modul Prüflabors
Dipl.-Phys. Ulrich Hoyer
Gruppenleiter, PV-Module
Group Manager, PV Modules
Photovoltaik
Photovoltaics
S+49
S
9131/691 -295
[email protected]
U
Construction of a PV Module Testing Laboratory
Der Aufbau eines Experten-Prüflabors für Photovoltaik (PV )-Module schreitet weiter voran. Seit Anfang
des Jahres betreibt das ZAE Bayern einen Sonnensimulator, sowie einen Außenmessstand für PV-Module. Dadurch wird dem wachsenden Bedarf nach
Qualitätskontrolle in der Photovoltaik Rechnung
getragen, der durch die rapide steigende Anzahl an
Modulherstellern und installierten PhotovoltaikGeneratoren in Deutschland entstanden ist.
Folgende Messmethoden wurden implementiert
und stehen nun zur Charakterisierung von PV-Modulen zur Verfügung:
Kennlinienmessung am gepulsten
Sonnensimulator (Abb. 1)
Um eine vergleichbare Messung der Modulleistung
zu erhalten, müssen alle Elemente der Messung auf
internationale Standards rückführbar sein (z.B. DIN
EN IEC 60904-1). Dies beinhaltet in erster Linie die
Kalibration der Strom- und Spannungsmesseinrichtungen, sowie eine entsprechende Referenzzelle.
Das Prüflabor verfügt über eine am NREL -Standard
(National Renewable Energy Laboratory) kalibrierte
sekundäre Referenzzelle aus kristallinem Silizium,
mit der die Einstrahlung auf etwa 1% Genauigkeit
gemessen werden kann.
Abb. 1: Gepulster Sonnensimulator zur Messung von Solar
modulen bis zu 137 × 200 cm² Größe.
Fig. 1: Pulsed sun simulator for measuring solar modules up to
a size of 137 × 200 cm².
Bildgebende Verfahren zur Defektanalyse
Die Kennlinienmessungen (Abb. 2) erlauben die Feststellung und die Quantifizierung von Schwachstellen im Modul. Für eine genaue Lokalisierung dieser Defekte stehen im Modulprüflabor bildgebende
Analyseverfahren zur Verfügung. Sie basieren auf
(i) der Analyse der Wärmeausbreitung im Solarmodul (Thermographie) oder auf (ii) der Analyse der Rekombinationsstrahlung von Elektron-Loch-Paaren
(Elektrolumineszenz).
60
The construction of an expert testing laboratory for
photovoltaic (PV ) modules is in progress. Since the
beginning of the year ZAE Bayern is operating a solar
simulator and an outdoor testing facility for PV modules. Increasing demands for quality control in photovoltaics, which arose by the rapidly increasing numbers of module producers and installed photovoltaic
generators in Germany, are hereby satisfied.
The following measurement methods were implemented and are now available for characterization of
PV modules:
Measurement of the I-V Characteristic on a Pulsed
Sun Simulator (Fig. 1)
In order to have a comparable measurement of the
module performance, all elements of a measurement need to be traceable to international standards (e. g. DIN EN IEC 60904-1). This primarily includes
calibrating the testing equipment for electric current and voltage, as well as an adequate reference
cell. The testing lab disposes of a derivative reference
cell which was calibrated according to NREL standard
(National Renewable Energy Laboratory). It is made of
crystalline silicon and allows to measure the irradiation with about 1% accuracy.
Imaging Procedures for the Defekt Analysis
The measurements of the characteristic curves (Fig. 2)
allow the observation and the quantification of flaws
in the module. For an accurate localization of these
defects, image giving analysis techniques are available in the module testing laboratory. These are based
on (i) the analysis of the heat propagation in the solar
module (thermography) or on (ii) the analyses of the
recombination radiation of electron-hole pairs (electroluminescence).
Thermography under current is especially suitable to
make shunts – diminished parallel resistances – visible. They become visible in a thermal image in reverse-biased or at low voltage in forward direction.
Therefore, at ZAE Bayern a thermal imaging camera,
which is active at a wave length from 2 to 4 µm, is
used. Besides an improved thermal resolution in comparison to a bolometer camera, it offers the possibility to detect heat radiation through the glass directly
from the semiconductor.
The electroluminescence image allows the recognition
of micro crack, cell ruptures, crystal defects and faulty
grid fingers (grid fingers derive the produced electric
current from the solar cell surface). It complements
the thermography method with which shunts can
be clearly identified. The recombination mechanism
from electron-hole pairs where a photon is emitted is
called electroluminescence.
The emitted light lies in the near-infrared range for
materials applied in photovoltaics. The electroluminescence signal consists of one part which is deter-
U. Hoyer
Die Thermographie unter Bestromung ist besonders
geeignet, um Shunts, also verringerte Parallelwiderstände, sichtbar zu machen. Sie werden in Sperrrichtung oder bei niedriger Spannung in Vorwärtsrichtung im Wärmebild sichtbar. Am ZAE Bayern wird
dafür eine Wärmebildkamera verwendet, die bei einer Wellenlänge von 2 bis 4 µm aktiv ist. Neben einer besseren thermischen Auflösung im Vergleich
zu einer Bolometerkamera bietet sich auch die Möglichkeit, Wärmestrahlung durch das Glas hindurch
direkt vom Halbleiter zu detektieren.
mined by the carrier lifetime as well as the part of the
local voltage of the diode.
The characterization using electroluminescence and
thermography were applied successfully from ZAE
Bayern, on crystalline silicon modules, as well as on
almost all thin-film technologies.
Die Elektrolumineszenzaufnahme erlaubt das Erkennen von Mikrorissen, Zellbrüchen, Kristalldefekten
und Gridfingerdefekten (Gridfinger leiten den erzeugten Strom von der Solarzellenoberfläche ab).
Sie ergänzt das Thermographieverfahren, mit dem
Shunts eindeutig identifizierbar sind. Als Elektrolumineszenz wird der Rekombinationsmechanismus von Elektron-Loch-Paaren bezeichnet, bei dem
ein Photon ausgesendet wird. Das abgegebene Licht
liegt bei den in der Photovoltaik verwendeten Materialien im nah-infraroten Bereich. Das Elektrolumineszenzsignal besteht aus einem Anteil, der durch
die Ladungsträgerlebensdauer bestimmt wird, sowie dem Anteil der lokal an der Diode anliegenden
Spannung.
Die Charakterisierung mittels Elektrolumineszenz
und Thermographie wurden vom ZAE Bayern sowohl auf kristalline Silizium- Module, als auch auf
fast alle Dünnschichttechnologien erfolgreich angewendet.
FREILANDMESSEINRICHTUNGEN
Um die Betriebsbedingungen möglichst realistisch nachzustellen, betreibt das Modulprüflabor
eine Freilandversuchsanlage in Zusammenarbeit
mit dem Institut für Materialien der Elektronik
und Energietechnik auf dem Dach der benachbarten Friedrich-Alexander-Universität. Kontinuierlich
werden hier Wetter- und Einstrahlungsdaten erfasst und aufgezeichnet. Die Messung der Einstrahlung erfolgt hierbei über ein Pyranometer der Klasse 1.
Weitere Prüfverfahren sind zurzeit im Aufbau begriffen. Die Akkreditierung des Labors wird zusammen mit Mitarbeitern der Arbeitsgemeinschaft
Know-How-Transfer e.V. (Erlangen) vorbereitet.
Abb. 2: Ein Photovoltaik-Modul aus polykristallinen Solarzel
len wird zur Messung der Hellkennlinie auf den Sonnensimu
lator aufgelegt.
Fig. 2: A photovoltaic module made of polycrystalline solar cells
is laid on the sun simulator for measurement of the light characteristic curve.
OUTDOOR MEASURING SITE
To have a realistic simulation of operating conditions,
the module testing laboratory runs a testing field in
cooperation with the Institute „Materials for Electronics and Energy Technology” on the roof of the adjacent Friedrich-Alexander-University. Here, weather
and irradiation data are recorded continually. Measurements of the irradiation are effected by a class 1
pyranometer.
Further testing procedures are currently under construction. Accreditation of the laboratory is prepared
together with associates of the joint venture KnowHow-Transfer e.V. (Erlangen).
61
|
03.03 Molekulare und polymere Materialien in der
Energieforschung
Prof. Dr. Jens Pflaum
Gruppenleiter, Organische PV und
Elektronik
Group Manager, Organic PV and
Electronics
Funktionsmaterialien der
Energietechnik
Functional Materials for Energy
Technology
Photovoltaik
Photovoltaics
S+49
S
931/31 83118
[email protected]
U
Bundesministerium für Bildung
und Forschung (FKZ 03SF 0356B)
Universität Stuttgart
Julius-Maximilians-Universität
Würzburg
Molecular and Polymeric Materials in Energy Research
Der Einsatz organischer Materialien in der Energieforschung eröffnet vielfältige Möglichkeiten die aktiven opto-elektronischen Schichten den jeweiligen
Anforderungen anzupassen. So können die Löslichkeit der Materialien oder deren energetische Niveaus gezielt eingestellt werden, ohne dabei z.B. die
optischen Eigenschaften zu verändern. Dem Einsatz polymerer und molekularer Funktionsmaterialien in der Photovoltaik widmet sich ein zentraler Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten am ZAE
Bayern.
Ein entscheidender Schritt bei der Erzeugung freier,
für eine technische Anwendung nutzbarer Ladungsträger, ist die Diffusion und anschließende Dissoziation der photo-generierten Elektron-Loch-Paare
(Exzitonen). Bulk-Heterojunction (BHJ ) Zellen, die
meist auf der Basis polymerer Werkstoffe realisiert
werden, liegt das Prinzip zugrunde, dass die erzeugten Exzitonen minimale Wege bis zur trennenden
Donor-Akzeptor-Grenzfläche zurücklegen müssen.
Infolge der starken Durchmischung auf der Nanometerskala wird eine maximale Zahl von Exzitonen
dissoziiert und dadurch eine maximale Anzahl an
freien Ladungsträgern generiert. Allerdings bedingt
der hohe Durchmischungsgrad zahlreiche Verlust-
The application of organic materials in energy research offers ample possibilities to adjust the individual properties of the active opto-electronic layers to
the respective requirements. For instance, the solubility of a given compound as well as the energy levels
can be modified chemically without changing e.g. its
optical properties. A main focus of the research activities at the ZAE Bayern addresses application of polymeric and molecular functional materials in photovoltaic thin film devices.
A decisive step upon the generation of free charge carriers that can be used in power application is the diffusion and the subsequent dissociation of the photogenerated electron-hole pairs (excitons). In the case of
bulk-heterojunction (BHJ) cells, which are commonly
composed of polymeric materials, photo-generated
excitons have to travel only short distances to reach
the dissociating donor-acceptor interface. Due to the
optimized mixing of the polymeric components on
the nanoscale, a maximum amount of excitons can
be dissociated and, therefore, a large number of free
charge carriers is generated at the structural domain
boundaries. However, the strong intermixing within the polymer blends promotes highly efficient loss
mechanisms, such as molecular recombination proIJPh - JPh(VPOS)I [mA/cm2]
PBraun(E)
1
5
Anode
9
4
Acceptor
3
8
2
7
(i)
6
1
9
8
+
+-
5
7
(ii)
+
(iii)
6
5
-
4
4
(iv)
3
2
1
3
0.01
(v)
Donor
exp. data, reverse direction
(vi)
Cathode
Abb. 1: Schematischer Aufbau einer BHJ Zelle und der funda
mentalen Prozesse zur Ladungserzeugung (links). Die Kom
bination unterschiedlicher Modellansätze zur Exzitonendis
soziation (Onsager-Braun) und zur Ladungsträgerextraktion
(Sokel-Hughes) ermöglicht die korrekte Beschreibung des ex
perimentell beobachteten Bauteilverhaltens (rechts).
62
0.1
1
10
IV - VPOSI [V]
exp. data, forward direction
PBraun(E) ∙ Sokel-Hughes (V)
PBraun(E)
Sokel-Hughes (V)
Fig. 1: BHJ cell concept and fundamental processes leading to
charge generation (left). The combination of various models
describing exciton dissociation (Onsager-Braun) and chargecarrier extraction (Sokel-Hughes) provides a comprehensive description of the device characteristics (right).
J. Pflaum
60 µm
-
70 µm
µ-PL Intensity (arb. units)
Efree
+
+
free (001) surface
1,5
1,6
800
1,7
750
1,8
700
1,9
650
2,0
EST
2,1
600
2,2
2,3
Energy (eV)
Efree > EST
550
Wavelength (nm)
Abb. 2: Photolumineszenz (PL) Spektrum eines Rubren-Ein
kristalls als Funktion der Strukturgrößen auf der Oberfläche
(s. Mikroskopieaufnahmen oben). Die auftretenden PL Peaks
erlauben die Unterscheidung zwischen den lokalisierten und
delokalisierten optischen Anregungen (Exzitonen).
Fig. 2: Photoluminescence (PL ) spectra of a rubrene single-
crystal as a function of the spatial extension of the surface
structures (see optical microscope images above).
The PL intensity distribution enables the distinction between localized and delocalized optical excitations (excitons).
mechanismen, z.B. infolge molekularer Rekombinationsprozesse. Aus diesem Grunde ist die korrekte
Simulation der beteiligten Prozesse essentiell, um
das makroskopische Bauteilverhalten vollständig
zu beschreiben (Abb. 1) und dadurch die Optimierung derartiger BHJ -Strukturen zu gewährleisten [1].
cesses of various orders. For this reason, a comprehensive modeling of the contributing microscopic
processes is essential in order to deduce the macroscopic device behavior (Fig. 1) and thus to optimize the
respective BHJ structures [1].
Planare Heterojunction (PHJ ) Zellen verfolgen einen konzeptionell anderen Zugang. In diesen Architekturen wird eine kleine Grenzfläche zwischen den
Donor- und Akzeptor-Schichten und damit eine geringere Anzahl freier Ladungsträger in Kauf genommen. Dieser Nachteil wird durch eine Reduzierung
der auftretenden Verluste während der Transportprozesse, sowie durch die Minimierung der Grenzflächenrekombination wieder kompensiert. In
molekularen PHJ Zellen wird dazu eine langreichweitige Ordnung infolge der Packungsenergie stabilisiert. Für ausgewählte Materialien gelingt es im
Idealfall die strukturelle Kohärenzlänge der Stapelschichten auf die relevanten Längenskalen der optischen Absorption und der Exzitonendiffusion
auszudehnen. Neben sehr guten Transporteigenschaften weisen diese einkristallinen Anordnungen neue intrinsische Effekte auf. So konnten an Rubren-Einkristallen lokalisierte optische Anregungen
von delokalisierten unterschieden (Abb. 2) und damit das fundamentale Verständnis der elementaren, photo-physikalischen Prozesse in organischen
Halbleitern erweitert werden [2].
Alternatively to BHJ cells, planar heterojunction (PHJ)
devices pursue a conceptually different approach. In
these structures a minimum interface area between
donor- and acceptor-layers is tolerated and thus a
smaller amount of free charge carriers. However, this
disadvantage is compensated by the strong reduction of loss processes occurring during transport to
the electrodes or by recombination at the dissociating interface. In molecular PHJ devices long range
crystalline order is stabilized by the packing energy
of the molecular entities. In case of optimized stacking, the structural coherence can achieve values comparable to the optical absorption or the exciton diffusion lengths. Besides exceptional transport properties,
these single-crystal structures offer new features related to the intrinsic opto-electronic material behaviour. For rubrene single crystals it was possible to discriminate localized and delocalized optical excitations
(Fig. 2) and thereby, to deepen the fundamental understanding of the elementary, photo-physical processes in organic semiconductors [2].
[1] C. Deibel, V. Dyakonov, Rep. Prog. Phys. 73 (2010) 96401
[2] R.J. Stöhr, G.J. Beirne, P. Michler, R. Scholz, J. Wrachtrup, J. Pflaum, Appl.
Phys. Lett. 96 (2010) 231902
63
|
03.04 Redoxflussbatterien – Schlüsseltechnologie zur
Netzintegration Erneuerbarer Energien
Dipl.-Phys. Holger Fink
Elektrochemische Wandlung und
Speicherung
Electrochemical Storage and
Conversion
Technik für Energiesysteme und
Erneuerbare Energien
Technology for Energy Systems and
Renewable Energy
Energiespeicher
Energy Storage
S+49
S
89/32 94 42 -86
[email protected]
U
Eigenforschung
TU München
Redox Flow Batteries – a Key Technology for Integration of Renewable
Energies into the Power Grid
Die Fluktuationen bei der Stromerzeugung mit Erneuerbaren Energien stellen eine enorme Herausforderung an das heutige Netzmanagement dar.
Um diese Schwankungen bei einem immer größer
werdenden Anteil von Wind- und Sonnenenergie
im deutschen Strommix ausgleichen zu können, ist
ein Ausbau von Speicherkapazitäten unbedingt erforderlich.
Eine Schlüsseltechnologie für derartige Speicher
sind Redoxflussbatterien. Als stationäre Speicher können sie beispielsweise in Form dezentraler Batteriekraftwerke die Netzintegration Erneuerbarer Energien deutlich verbessern. Andere
Speichertechnologien, z.B. Pump- oder Druckluftspeicherkraftwerke, benötigen selektive geologische Bedingungen oder besitzen einen noch zu
geringen Wirkungsgrad. Alternative Batterietechnologien, wie beispielsweise Bleisäure oder Lithium-Ionen, leiden an begrenzter Zyklenzahl und Sicherheitsrisiken. Redoxflussbatterien haben das
Abb. 1: Redoxflussbatterie (als Voll-Vanadium System); Testzel
le und Tankflaschen.
64
Fluctuations in power generation with renewable energies represent an enormous challenge to the present grid management. In order to compensate these
fluctuations, while the fraction of wind and solar
power is increasing constantly in the German electricity generation, an extension of storage capacities
is essential.
Redox flow batteries are a key technology for such
storages. Applied as a stationary storage, e. g. as local battery power stations, they can considerably
improve the grid integration of renewable energies.
Other storage technologies like pumped hydro or
compressed air storage power stations require either
certain geological conditions or their efficiency is still
too low. Alternative battery technologies which apply e.g. lead-acid or lithium ions, suffer from a limited
cycle life and safety risks. Due to their high efficiency
and high cycle life, redox flow batteries have the potential to be established as a profitable storage technology.
Fig. 1: Redox flow battery (as full vanadium system); test cell
and fuel bottles.
H. Fink, M. Rzepka
Potential sich aufgrund ihrer hohen Effizienz und
hoher Zyklenzahl als wirtschaftliche Speichertechnologie zu etablieren.
Am ZAE Bayern wurde eine solche Redoxflussbatterie im Labormaßstab realisiert. Mit dieser Zelle
(Abb. 1) können jetzt einzelne Batteriekomponenten, z.B. Elektrolytlösung, Membran, Elektroden etc.,
getestet und neuartige Materialien untersucht werden. Dabei wird eine Optimierung der wesentlichen
Parameter, also Energie- und Leistungsdichte, Speichereffizienz und letztlich der Speicherkosten, angestrebt.
In Redoxflussbatterien wird das Speichermedium in
Form zweier Flüssigkeiten aus externen Tanks (Speicher) durch eine elektrochemische Zelle (Wandler)
gepumpt, wo eine reversible Lade-/Entlade-Reaktion stattfindet (Abb. 2). Dieses Speicherkonzept bietet zwei wesentliche Vorteile: Das System kann
durch die Trennung von Speicher und Wandler beliebig skaliert werden. Durch das Wegfallen einer
festen Phase finden keine Abscheidungsreaktion
und keine damit verbundene Alterung der Batterie statt.
Ziel der laufenden Untersuchungen ist zum einen,
aus den heute erhältlichen Komponenten (Bipolarplatten, Graphitfilzen, Membranen) die optimale
Kombination und Präparation (für Filz, Membran)
zu ermitteln. Zum anderen werden am ZAE Bayern
neue Ansätze für das Elektrodenmaterial sowie für
die Elektrolytzusammensetzung verfolgt.
Such a redox flow battery was built on a laboratory scale at ZAE Bayern. Now various battery components, e.g. electrolyte solution, membrane, electrodes
etc. can be tested and examined with this cell (Fig. 1).
Optimizing the essential parameters, like energy and
power density, storage efficiency and also the costs of
storage, is intended.
The storage medium of redox flow batteries are two
fluids which are pumped from an external tank (storage) through an electrochemical cell (converter),
where a reversible charge-discharge reaction takes
place (Fig. 2).
U[V]
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
I = ±0,5 A
0
500
1500
2000
2500
t[s]
Abb. 2: Lade- und Entladezyklen der Testzelle.
Fig. 2: Charge and discharge cycles of the test cell.
This storage concept offers two considerable advantages: The system can be scaled independently as
storage and converter are separated. Because there is
no solid phase, no deposition reaction and associated
aging of the battery takes place.
The ambition of current studies is on the one hand, to
find the ideal combination and preparation (for felt,
membrane) from currently available components (bipolar plate, graphite felts, membranes). On the other
hand new approaches for electrode material as well
as for electrolyte composition are pursued at ZAE Bayern.
65
|
03.05 Entwicklung eines superisolierten
Langzeitwärmespeichers
Dr. Thomas Beikircher
Solarthermie
Solar Thermal Systems
Dr. Frank Buttinger
Projektleiter, Solarthermie
Project Manager, Solar Thermal
Systems
Technology für Energy Systems and
Renewable Energy
Energiespeicher
Energy Storage
SS+49 89/32 94 42 -46
[email protected]
U
[email protected]
U
Bundesministerium für Umwelt,
Naturschutz und Reaktorsicherheit
(FKZ 0325964A)
Hummelsberger Schlosserei GmbH
Development of a Super Insulated Long-Term Heat Storage
Für die effiziente Speicherung von Solarwärme,
aber auch von industrieller Prozesswärme, Abwärme oder Fernwärme, wird ein neuartiger Heißwasser-Wärmespeicher bis 150°C entwickelt. Gegenüber
dem Stand der Technik zeichnet er sich durch eine
deutlich bessere Wärmeisolation und stabile thermische Schichtung aus. Der Speicher soll mit Volumina zwischen 5 und 100 m3 gefertigt werden.
Angestrebte Hauptanwendung ist die Solarisierung kleiner und mittelgroßer Bestandsgebäude
bei hohem solaren Deckungsanteil durch langfristige Speicherung der Sonnenwärme (mehrere Wochen bis Monate). Hierbei soll das Problem des meist
fehlenden Platzes für den nachträglichen Einbau
großer Solarspeicher, sowie einer unerwünschten
Gebäudeaufheizung im Sommer durch eine Außenaufstellung gelöst werden.
Die Wärmeisolation konventioneller Speicher weist
typische Dämmstärken von 10 bis 20 cm mit Wärmeleitfähigkeiten von ca. 0,025 bis 0,04 W/(mK) (bei
20°C) auf, woraus Dämmwerte von etwa 0,1 bis 0,4
W/(m2K) und typische Halbwertszeiten für die Auskühlung von mehreren Tagen bis wenigen Wochen
resultieren. Mit Vakuumsuperisolationen lassen
sich bei gleicher Dämmstärke um den Faktor 5 bis
10 bessere Dämmwerte und entsprechend längere
Auskühlzeiten erreichen. Realisiert wird dies durch
eine auf ca. 0,05 mbar evakuierte Perlitschüttung,
die in den zylindrischen Hohlspalt zwischen der aus
Stahl gefertigten Außen- und Innenhülle des Speichers eingebracht wird. Perlit ist ein pulverförmiges
Material sehr geringer Dichte und Wärmeleitfähigkeit, das aus natürlichem Vulkangestein hergestellt
wird. Das Rohmaterial wird dazu bei 800°C gebläht
und erhält somit seine hochporöse Struktur.
Für den Einsatz in Langzeitwärmespeichern muss
die aus der Kryotechnik bekannte Methode der Wärmeisolation auf die höheren Anwendungstemperaturen übertragen werden. Insbesondere der Einfluss
der Restfeuchte, sowie das Verhältnis der thermischen Verluste durch Strahlungs- und Festkörperwärmeleitung müssen durch entsprechende Materialauswahl und Vorbehandlung optimiert werden.
Abb. 1: Aufbau des superisolierten
Langzeitwärmespeichers.
Fig. 1: Scheme of the super-insulated
long-term heat accumulator.
66
Am ZAE Bayern wird hierzu ein Laborteststand zur
Bestimmung der druckabhängigen Gesamtwärmeleitfähigkeit von Perliten aufgebaut, der Messungen
bis 150°C unter verschiedenen Feuchtebeladungen
erlaubt. Zusätzlich werden am trockenen Material
spektrale Messungen zum IR-Wärmetransport, sowie Wärmeleitfähigkeitsmessungen in einer Plattenapparatur durchgeführt, um den Wärmetransport im Detail zu verstehen und zu minimieren.
For the efficient storage of solar heat as well as industrial process heat, waste heat or district heat, a novel
hot-water heat storage for temperatures up to 150°C
is under development. Opposed to prior art it features
a significantly better heat insulation and stable thermal layering. The storage is planned to be built with
volumes between 5 and 100 m3.
The aspired main application is to solarize small and
medium-sized existing buildings with a high solar
coverage-rate through long-termed storage of solar heat (from several weeks to months). With it the
problem of mostly non-existing space for retrofitting
of large solar storage tanks, as well as an undesired
heating-up of the building in summer are to be solved
with an external installation.
Typically the thermal insulation of a conventional
storage is 10 to 20 cm thick and exhibits a thermal
conductivity of about 0.025 to 0.04 W/(mK) at 20°C.
Insulating values of about 0.1 to 0.4 W/(m2K) and typical half-life for cooling of several days to a few weeks
result from this. Improved insulation properties are
achieved by a factor of 5 to 10 with vacuum superinsulations. The insulation thickness is the same and respectively longer cooling times are obtained. This is
reached by a perlite filling evacuated to about 0.05
mbar which is inserted in the cylindrical hollow gap
between the outer and inner steel shell of the storage. Perlite is a powder with very low density and very
low thermal conductivity which is produced from natural volcanic rock. For this purpose the raw material
is expanded at 800°C and thus obtains its highly porous structure.
thermal conductivity [10-3 W/mK]
60
50
40
30
20
10
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
pressure [mbar]
perlite vacuum
conventional mineral wool insulation
Abb. 2: Druckabhängige Wärmeleitfähigkeiten (60°C) einer
Perlit-Vakuumsuperisolation im Vergleich mit konventioneller
Mineralwolle-Dämmung bei Umgebungsdruck.
Fig. 2: Pressure dependant thermal conductivities (60°C) of a
perlite vacuum superinsulation compared to conventional mineral wool insulation at atmospheric pressure
F. Buttinger, T. Beikircher
For application in long-term heat storage, the heat insulation method known from cryogenics needs to be
transferred to higher application temperatures. Especially the influence of the residual humidity, as well as
the proportion of the thermal losses from radiation
and solid thermal conduction have to be optimized by
corresponding choice of material and preconditioning.
Abb. 3: Teststand mit Perlitprobe zur Bestimmung der druck-,
feuchte- und temperaturabhängigen Wärmeleitfähigkeit.
Fig. 3: Experimental set-up with perlite specimen for the
determination of the pressure-, humidity- and temperaturedependant thermal conductivity.
Beim Industriepartner wurde ein erster Echtgrößen Prototyp (15 m3) mechanisch ausgelegt, aufgebaut und seine Auskühlrate durch ortsaufgelöste Temperaturmessung experimentell bestimmt.
Es ergaben sich effektive Gesamtwärmeleitfähigkeiten von 0,010 ± 0,002 W/(mK). Die Randverluste durch die Zuleitungen, sowie über das noch nicht
optimierte Perlitpulver sollen analysiert und weiter reduziert werden, um Wärmeleitfähigkeiten
von 0,005 W/(mK) zu erreichen. Für die Optimierung der thermischen Schichtung wird ein Laborteststand aufgebaut, mit dem Messungen an Prototypen durchgeführt werden können.
For this purpose an experimental set-up is built at ZAE
Bayern. It allows measurements up to 150°C with various moisture loadings and the determination of the
pressure-dependant total thermal-conductivity of
perlites. Additionally, spectral measurements determining IR heat conduction will be carried out on the
dry material, as well as thermal conductivity measurements performed in a hot-plate apparatus, in order to understand and minimize the thermal transport in detail.
The industrial partner designed a first real-sized prototype (15 m3) mechanically, set it up and determined its
cooling rate experimentally by spatially resolved temperature measurement. This resulted in an effective
total thermal conductivity of 0.010 ± 0.002 W/(mK). To
reach thermal conductivities of 0.005 W/(mK), edge
losses from feed lines as well as from the not yet optimized perlite powder shall be analyzed and reduced
further. To optimize the thermal layering an experimental set-up, with which measurements of the prototype can be carried out, will be built.
°C
-6,0
-7,0
-8,0
-9,0
-10,0
-11,0
-12,0
-13,0
-14,0
Abb. 4: Thermografieaufnahme des 1. Speicherprototyps ne
ben der Fertigungshalle im Dezember 2010.
Fig. 4: Thermographical image of the first storage prototype
next to the production hall in December 2010.
67
|
03.06 Entwicklung formstabiler
Phasenwechselmaterialien
Dipl.-Phys. Eva Günther
Wärmespeichersysteme
Heat Storage Systems
Technology für Energy Systems and
Renewable Energy
Energiespeicher
Energy Storage
S+49
S
89/32 94 42 -22
[email protected]
Bundesministerium für Wirtschaft
und Technologie (FKZ 0327851D)
Development of Shape-Stabilized Phase Change Materials
Abb. 1: Verschiedene Typen polymerbasierter formstabiler
PCM . Schematische Darstellung. Links: Kamm-Polymere;
Mitte: Polymer-Mischungen; Rechts: Block-Kopolymere.
Fig. 1: Different types of polymer based shape-stabilized PCM ,
schematic representation. Left: comb-polymers; Centre:
polymer mixtures; Right: block-copolymers.
Phasenwechselmaterialien (engl. phase change
materials; PCM ) können in kleinen Temperaturbereichen große Wärmemengen speichern und finden daher als Speichermedien für thermische Energie ihre Anwendung. Aufgrund ihrer besonders
hohen Speicherdichte werden in der Praxis bisher
vor allem Materialien mit einem fest-flüssig Phasenwechsel eingesetzt. Allerdings ist ein Stoff, der
sowohl fest als auch flüssig vorliegt und dessen
Volumen dabei variiert, kompliziert in der Handhabung. Sogenannte „formstabile PCM “ hingegen
werden auch beim Phasenwechsel nicht flüssig, was
für die Anwendung vielfältige Vorteile verspricht.
Phase change materials (PCM) are capable of storing
large amounts of heat in small temperature ranges.
Therefore, they are used for thermal energy storage.
Because of their outstanding high storage density,
first of all materials with a solid-liquid phase change
are commonly used. However, a material which is
used as solid as well as liquid and changes its volume
is difficult to handle. However, so called shape-stabilized PCM do not liquefy during phase change, which
promises numerous advantages for applications.
Im Festkörper sind die “Bausteine” des Stoffs, also
Ionen, Moleküle oder Polymere, gebunden (z.B. kovalent, ionisch, Van-der-Waals-Wechselwirkung),
d.h. in ihrer gegenseitigen Lage fixiert, und geben
so dem Körper eine äußere Form. Oberhalb einer
charakteristischen Temperatur Tpc werden diese
starren Bindungen gelöst und die Bausteine können sich gegeneinander bewegen; der Stoff verliert seine äußere Form und schmilzt. Dabei nimmt
der Stoff Energie auf. Beim Abkühlen unter Tpc werden die Bindungen neu gebildet und diese Energie
wieder freigesetzt. So kann das Material als thermisches Speichermedium genutzt werden.
Werden die im Festkörper vorliegenden Bindungen
bei Tpc nicht alle gelöst, so kann der Stoff auch oberhalb von Tpc seine äußere Form behalten. Formstabile PCM sind also dann zu erwarten, wenn sich ein
Teil der inneren Bindungen bei Tpc löst, während andere Bindungen auch bei deutlich höheren Temperaturen Bestand haben. Es müssen also mindestens
zwei Arten von Bindungen im Stoff vorliegen. Derartige Stoffe können zum Beispiel mit Hilfe der Polymertechnik hergestellt werden [1].
Am ZAE Bayern werden diesbezüglich verschiedene Ansätze untersucht. Bei Kamm-Polymeren (Abb.
1 links) fungieren die Zinken des Kamms als eigentliches Phasenwechselmaterial, während der Kamm68
In solids, the components of the material e. g. ions,
molecules or polymers are bonded (e. g. covalent, ionic, Van-der-Waals interactions) which means they are
fixed in their respective position. This results in the external shape of the solid body. These rigid bonds are
loosened above a characteristic temperature Tpc. As
a consequence the components can move freely and
the solid looses its external shape and melts. Hereby,
the material absorbs energy. During cooling below
Tpc the bonds are formed anew and this energy is released again. Consequently the material can be used
as thermal storage medium.
If some bonds in the solid are not loosened at Tpc, the
material can keep its shape even above Tpc. Shape-stabilized PCM can be expected, if a fraction of the internal bonds are loosened at Tpc, while a remaining
fraction still persists even at significantly higher temperatures. Therefore, two kinds of bonds have to be
present in the material. Such materials can be produced e. g. with aid of polymer technology [1].
Concerning this, at ZAE Bayern different approaches are investigated. In comb-polymers (Fig. 1, left) the
teeth of the comb work as the PCM , while the back of
the comb provides the external stability. In polymer
mixtures (Fig. 1, center) the shape stability is achieved
by imbedding small droplets in a matrix of solid material. Block-copolymers without branches (Fig. 1, right)
work as shape stabilized PCM if an amorphous-crystalline transition takes place in a block, while the sec-
E. Günther
rücken die äußere Stabilität gewährleistet. Bei
Polymermischungen (Abb. 1 Mitte) wird die Formstabilität erreicht, indem kleine Tröpfchen in eine
Matrix festen Materials eingebettet werden. Unverzweigte Block-Kopolymere (Abb. 1 rechts) können
als formstabile PCM fungieren, wenn ein amorphkristalliner Übergang eines Blocks stattfindet, während der zweite Block für eine Quervernetzung der
Polymere und damit für die Formstabilität sorgt [2].
Die Eigenschaften der Polymere lassen sich nur
bedingt theoretisch vorhersagen. Daher werden
im Rahmen dieses Projekts zunächst verschiedene Stoffe synthetisiert und vermessen. Eine genaue Analyse der Messdaten soll Systematiken und
Trends erkennen lassen, so dass dann gezielt PCM
mit gewünschten Eigenschaften hergestellt werden
können.
ond block assures the cross-linking of the polymer
and therefore its shape stability [2].
The properties of the polymers can only be predicted
theoretically with limited accuracy. Therefore, initially different substances are synthesized and characterized in this project. Detailed analyses of the measurement data should reveal systematics and trends, so
that it is then possible to produce PCM with the desired properties.
[1] C. Alkan, Solid-solid phase change materials (SSPCM s), Expert Meeting
of Task 42 / Annex 24, Bordeaux (France), April 2010
[2] J.C. Su, P.S. Liu, Energy Convers. Manag. 47 (2006) 3185-3191
69
|
03.07 Einsatz von Latentwärmespeichermaterialien
zur Raumkühlung
Dr. Helmut Weinläder
Gruppenleiter, Energieoptimierte
Gebäude
Group Manager, Energy-Optimized
Buildings
Energietechnik
Technology
Application of Phase Change Materials for Room Cooling
Aufgrund geringer thermischer Speichermassen
neigen Leichtbauten zur Überhitzung, so dass zunehmend Systeme zur Raumkühlung eingesetzt
werden, die jedoch häufig sehr viel Primärenergie
verbrauchen. Eine energieeffiziente Alternative zu
herkömmlichen Kühlaggregaten stellt der Einsatz
von Latentwärmespeichermaterialien (engl. PCM =
Phase Change Materials) dar, die bei geringem Temperaturhub große Energiemengen speichern und
bei Bedarf wieder abgeben können [1]. Im Rahmen
eines Verbundprojekts [2] wurden mehrere PCM Systeme entwickelt und deren Anwendung in real
genutzten Gebäuden demonstriert.
S+49
S
931/705 64 -48
Uhelmut.weinlaeder@zae.
U
uni-wuerzburg.de
und Technologie (AZ 0327370U)
Dörken GmbH & Co. KG
Warema Renkhoff GmbH
Zent-Frenger GmbH
Energie Baden-Württemberg AG
E.ON Energie AG
Knauf Gips KG
Stadt Kassel
Hochschule für Technik Stuttgart
The results of the two year monitoring phase show
that PCM systems can be an energy-efficient way for
room cooling [3]. Comparative measurements between rooms with a PCM cooling ceiling or a PCM
sunblind and identical reference rooms yielded a significantly lower operative temperature of 1 to 2°C in
the rooms with the PCM system. Installing both PCM
systems resulted in an even better performance. The
operative temperatures in a test room with PCM cooling ceiling and PCM sunblind were 3 to 4°C lower than
in the reference room.
temperature [°C]
34
33
Abb. 1: Büroraum in Karlsruhe mit hinterlüfteter
Kühldecke - aufgelegte PCM -Boards in der abgehängten
Deckenkonstruktion.
Fig. 1: Office in Karlsruhe with ventilated cooling ceiling – PCM boards in the suspended ceiling construction.
Die Ergebnisse der zweijährigen Monitoringphase liegen nun vor und zeigen, dass PCM -Systeme
signifikant und energieeffizient zur Raumkühlung
beitragen können [3]. Vergleichsmessungen in Demoräumen mit einer PCM -Kühldecke oder einem
PCM -Sonnenschutz und baugleichen Referenzräumen ergaben in Räumen mit PCM -System eine um
1 bis 2°C niedrigere Raumtemperatur. Durch Kombination der beiden PCM -Systeme ergeben sich erhebliche Synergieeffekte. So lagen die Temperaturen in einem Demoraum mit PCM -Sonnenschutz
und PCM -Kühldecke im Vergleich zum Referenzraum um 3 bis 4°C niedriger.
Die PCM -Systeme erhöhen damit nicht nur die
thermische Behaglichkeit für die Raumnutzer, sondern senken den Stromverbrauch in erheblichem
Maße, sofern sie elektrisch angetriebene Kühlsysteme ersetzen. Wird zur Regeneration der PCM -Systeme elektrische Energie eingesetzt (z.B. elektrisch
angetriebene Kältemaschinen), so wird der Stromverbrauch geglättet und Lastspitzen vom Tag (Zeiten hoher Last) in die Nachtstunden (Zeiten geringer Last) verschoben. Ein Vorteil ist dabei, dass durch
die kühleren Umgebungsbedingungen während der
Nacht, die Rückkühlung der PCM effizienter erfolgen kann. Eine im Rahmen des Projektes erstellte
Studie bescheinigt PCM -Systemen dabei ein hohes
70
Overheating is a major problem in light weight structures. A typical solution is the installation of cooling systems. However, such systems often consume
much primary energy. An energy efficient alternative
to conventional cooling systems is the application of
phase change materials (PCM). These materials can
store a great amount of energy within a narrow temperature interval [1]. Such PCM systems were developed in a joint project [2] and their application was
demonstrated in different kinds of used buildings.
32
31
30
29
28
27
26
25
8
10
12
14
16
18
20
time on June 27th 2010
reference room
PCM-ceiling
PCM-sun-protection
PCM-ceiling plus PCM-sun-protection
outside air
Abb. 2: Westfassade mit 500 W interner Heizleistung von
09:00 bis 17:00. Operative Raumtemperaturen in Büroräumen
mit PCM -Sonnenschutz, hinterlüfteter PCM -Kühldecke und
Kombination der beiden PCM -Systeme im Vergleich zum Re
ferenzraum.
Fig. 2: West facade with 500 W internal loads from 9 am to
5 pm. Operative temperature in offices with PCM sunblind, a
ventilated PCM cooling ceiling, a combination of both PCM
systems, and a reference room.
Therefore, PCM systems not only increase thermal
comfort, but can significantly reduce the power consumption, provided they substitute electrically driven cooling systems. If PCM systems are regenerated
with electricity (e.g. electrically driven cooling units),
then the power consumption is smoothed and peak
loads could be moved from day time (high load) to the
night hours (low load). One additional advantage is
that the PCM can be recharged more efficiently dur-
H. Weinläder
Abb. 3: Formstabile
Speicherplatte mit
Wärmetauscherrippen und
Salzhydrat (Delta-Cool-Board)
der Firma Dörken.
Fig. 3: PCM storage board with
heat exchanger fins and salt
hydrate (Delta-Cool-Board) from
Dörken.
Energieeinsparpotenzial. Bei einem großflächigen
Einsatz der PCM -Technologie in Deutschland (50%
aller bereits klimatisierten Gebäude werden mit
PCM -Systemen ausgerüstet) kann der zur Gebäudekühlung notwendige Strombedarf um 44% reduziert werden [2].
Neben einigen Neuentwicklungen im PCM -Bereich,
die während des Projektes erfolgten (z.B. das PCM Modul Delta-Cool-Board, Abb. 3), stießen die Forschungsergebnisse weitere Entwicklungen in diesem Themenfeld an.
ing the night due to cooler environmental conditions.
A survey done within the project attests PCM systems
a high energy saving potential. If PCM technologies
are applied on a large scale in Germany (50% of all existing air-conditioned buildings will be equipped with
PCM systems), the power requirement for the cooling
of buildings can be reduced by 44% [2].
In addition to new products in the PCM field (e.g. the
PCM module Delta-Cool-Board, Fig. 3) the research results triggered further developments in this topic.
[1] H. Weinläder, Tagungsband Statusseminar Thermische
Energiespeicherung - mehr Energieeffizienz zum Heizen und Kühlen,
(2006) p. 223-226
[2] www.pcm-demo.info
[3] H. Weinlaeder, W. Koerner, M. Heidenfelder, Monitoring results of an
interior sun protection system with integrated latent heat storage, Energy
and Buildings, under review
71
|
03.08 Innovative Komponenten für energieeffiziente
Fassaden
Dr. Helmut Weinläder
Gruppenleiter, Energieoptimierte
Gebäude
Group Manager, Energy-Optimized
Buildings
Energietechnik
Technology
S+49
S
931/705 64 -48
Uhelmut.weinlaeder@zae.
U
uni-wuerzburg.de
und Technologie (FKZ 0327419A;
FKZ 0327654B)
Glaser FMB GmbH & Co. KG
Grenzebach Maschinenbau GmbH
FHR Anlagenbau GmbH
Schunk Sonosystems GmbH
Roto Frank Bauelemente GmbH
BBG GmbH & Co. KG
Schüring Fenstertechnologie GmbH
& Co. KG
heroal - Johann Henkenjohann
GmbH & Co. KG
Veka AG
Walter Stickling GmbH
Bayer MaterialScience AG
Fraunhofer Institut für Solare
Energiesysteme ISE
Fraunhofer Institut für
Werkstoffmechanik IWM
SKZ -KFE gGmbH Süddeutsches
Kunststoff-Zentrum
Innovative Components for Energy Efficient Façades
Während opake Wände heutzutage auf exzellentem
wärmetechnischen Niveau ausgeführt werden können, bilden Fenster und Glasfassaden nach wie vor
die energetische Schwachstelle in Gebäudefassaden.
Deshalb bildet die Entwicklung innovativer Komponenten in diesem Themenfeld einen Förderschwerpunkt des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Technologie.
Die Dämmwerte marktüblicher Verglasungen haben mit Ug-Werten („glazing“, nur die Verglasung)
von 1,0 W/(m2K) im Zweischeibenaufbau bzw.
0,7 W/(m2K) beim Dreifachisolierglas ihre wirtschaftliche Grenze erreicht. Zusätzlich schlagen
beim Dreifachisolierglas hohes Gewicht und dicke Verglasungsstärken negativ zu Buche. Eine Alternative hierzu stellt das Vakuumisolierglas (VIG)
dar. Dieses erreicht im Zweischeibenaufbau UgWerte von 0,5 W/(m2K) und dies bei 50% geringerem Gewicht und deutlich schlankerem Systemaufbau [1]. Nachdem die technische Machbarkeit von
VIG gezeigt werden konnte [2], steht jetzt die Entwicklung einer geeigneten Produktionstechnik im
Fokus. Am ZAE Bayern wurde hierzu als wichtiger
Prozessschritt ein gasdichtes Glas-Metall-Fügeverfahren entwickelt (Abb. 1). Zur Erreichung der Zielpreise von rund 100 € pro m2 und der erforderlichen
Taktzeiten von einer Minute wird die Herstellung
von VIG in einer Vakuumkammer stattfinden. Die
entsprechende Produktionstechnik soll 2012 bei der
Firma Grenzebach Maschinenbau GmbH zur Verfügung stehen.
Zusätzlich zur Verglasung wurde das Hochwärmedämmende Fensterrahmenprofil TT 90 – R entwickelt. Das ZAE Bayern führte dabei die thermische Charakterisierung und Optimierung durch.
Das TT 90 – R erreicht bereits mit herkömmlichem
Dreifachisolierglas passivhaustaugliche Uw-Werte („window“, Verglasung inklusive Rahmen) von
0,8 W/(m2K) bei Bautiefen von nur 90 mm; mit VIG
sogar Uw = 0,7 W/(m2K). Testfenster haben alle branchenüblichen Prüfungen erfolgreich bestanden. Da
es nur aus einem Material besteht (Polyurethan),
weist das TT 90 – R eine sehr vorteilhafte Ökobilanz auf und ist damit vergleichbar zu herkömmlichen PVC-Profilen. Weiterhin kommt das TT 90 – R
bei Standardfenstergrößen ohne zusätzliche Stahlarmierung aus und ist daher sehr leicht. Die neuartige Produktionstechnik wurde von der Firma BBG
GmbH & Co. KG entwickelt und steht ab Frühjahr
2011 zur Herstellung von PUR-Fensterprofilen zur
Verfügung.
Effiziente Glasfassaden können in naher Zukunft
mit der neu entwickelten Pfosten-Riegel-Konstruktion 280 AF errichtet werden. Die Aluminiumprofile
wurden am ZAE Bayern wärmetechnisch optimiert
und konnten derart modifiziert werden, dass der
Schraubeneinfluss bei der Befestigung von Füllele-
72
Nowadays walls can be built on an excellent insulation level, whereas windows and glass fronts continue
to be the thermal weak spot in façades. Therefore, it is
a focus of the German Federal Ministry of Economics
and Technology (BMW i) to develop innovative components in this field of research.
The insulation values of customary glazing came to
their economic limits with Ug-values (glazing) of 1.0
W/(m2K) for double glazing and 0.7 W/(m2K) for triple
glazing. Drawbacks of the triple glazing are its high
weight and its thickness. An alternative to triple glazing is Vacuum-Insulation Glass (VIG). With two glass
panes only, VIG reaches a Ug-value of 0.5 W/(m2K).
This reduces the weight by 50% and allows considerably slimmer system constructions [1]. After revealing
the technical feasibility of VIG [2], the focus is now
on developing a suitable production technique. As an
important step in this process a gas tight glass-metalbonding step was developed at ZAE Bayern (Fig. 1). To
achieve target prices of around 100 €/m2 and the necessary cycle time of one minute, the production of VIG
will take place in a vacuum chamber. Suitable production technique shall be available 2012 at Grenzebach
Maschinenbau GmbH.
Abb. 1: Versuchsapparatur am ZAE Bayern zum gasdichten Fü
gen von Glas-Metall.
Fig. 1: Test equipment for gastight glass-metal bonding at ZAE
Bayern.
A highly insulating glazing needs a highly insulating frame. Therefore, the new window-frame profile TT 90 – R was developed. Thermal characterization and optimization was carried out at ZAE Bayern.
With conventional triple glazing and depths of 90
mm, the TT 90 – R reaches Uw-values („window“: glazing plus frame) of 0.8 W/(m2K); the insulation value
needed for passive houses. A Uw–value of 0.7 W/(m2K)
can be reached with VIG . Sample windows passed all
standard tests successfully. Consisting of one material only (polyurethane), the TT 90 – R shows a very favorable ecological assessment and is hereby comparable to conventional PVC profiles. Furthermore, the TT
90 – R does not need additional steel reinforcement
in standard window sizes and is therefore very lightweight. The new production technique was devel-
H. Weinläder
menten deutlich geringer ausfällt. Auch das Handling wurde deutlich verbessert, vor allem was die
Einbindung leitungsführender Elemente wie Photovoltaik (PV ) oder Solarthermie in die Fassade betrifft. Die wärmebrückenarme Integration von VIG
ist ebenfalls möglich. Mit Dreifachisolierglas werden bei einer Systemgröße von 1,1 m × 1,2 m inklusive Schraubeneinfluss Ucw-Werte („curtain wall“,
Pfosten-Riegel Fassade) von unter 0,9 W/(m2K) erreicht. Die neue Fassade 280 AF wird ab Frühjahr
2011 von der Firma heroal GmbH & Co. KG als Produkt angeboten.
oped by BBG GmbH & Co. KG and is available for the
production of PUR window profiles from spring 2011.
Abb. 3: Musterfassade 280 AF mit verschiedenen Füllelemen
ten (PV, Fassadenkollektor, Vakuumisolationspaneel hinter
Glas, VIG) auf der glasstec 2010 (Copyright Glaser FMB).
Fig. 3: Sample façade 280 AF with different fillings
(PV, solar thermal façade collector, Vacuum-insulation panel
behind glass, VIG) at the glasstec trade fair 2010
(Copyright Glaser FMB).
Abb. 2: Vermessung eines TT 90 - R Prüffensters in der Hotbox
am ZAE Bayern.
Fig. 2: Measuring of a TT 90 – R sample window in the Hotbox
at ZAE Bayern.
[1] Vakuumverglasung: Wenn Vakuum Edelgas ersetzt,
B INE -Informationsdienst, Projektinfo 01/08
[2] S. Glaser, H. Weinläder et al, Vakuum-Isolierglas (VIG), Abschluss
bericht zum Verbund FKZ 0327366A-G, Verband Deutscher Anlagen und
Maschinenbau e.V. (VDMA ), Frankfurt (Hrsg.), April 2007
In close future, efficient glass façades can be erected
with the newly developed curtain wall construction
280 AF. The aluminum profiles were thermally optimized at ZAE Bayern and could be modified so that
the influence of the screws is significantly lower. The
handling was improved as well, especially the integration of functional elements, like photovoltaic (PV ) or
solar heating units. It is likewise possible to integrate
VIG with less thermal bridges. With triple glazing
and a system size of 1.1 m × 1.2 m Ucw-values (“curtain
wall”) of less than 0.9 W/(m2K) are reached. This value
includes the influence of screws. The new façade 280
AF will be available as a product from heroal GmbH &
Co. KG in spring 2011.
73
|
03.09 Ionische Flüssigkeiten als Lösungsmittel für
Absorptionskältemaschinen
Dipl.-Ing. (FH) Michael Radspieler
Heat Conversion
Renewable Energy
S+49
S
89/32 94 42 -54
[email protected]
U
Eigenforschung
Ionic Liquids as Solvent for Absorption Chillers
Thermisch getriebene Kältemaschinen arbeiten
mit einem Arbeitsstoffpaar, bestehend aus Kältemittel und Lösungsmittel. In Klimaanwendungen
wird hauptsächlich das Arbeitsstoffpaar Wasser
und wässrige Lithiumbromid-Lösung (LiBr) verwendet. Dieses Arbeitsstoffpaar bringt durch seine Korrosivität und die Gefahr der Kristallisation für den
Absorptionsprozess signifikante Einschränkungen
hinsichtlich der erforderlichen Antriebstemperatur
und des möglichen Temperaturhubs mit sich.
In einigen Veröffentlichungen der letzten Jahre
wurden Ionische Flüssigkeiten (IL ) aufgrund ihres
breiten Spektrums an thermophysikalischen Eigenschaften als vielversprechendes Lösungsmittel für
Absorptionskältemaschinen vorgeschlagen [1]. Diese Stoffklasse besteht aus organischen Salzen mit
Schmelzpunkten bei etwa Raumtemperatur [2].
Da Ionische Flüssigkeiten tendenziell hohe Viskositäten und Oberflächenspannungen aufweisen,
werden Sprühbehälter mit externen Plattenwärmeübertragern verwendet, um Wärme- und Stoffübertragung zu separieren. Der Wärmeübergang
findet hier außerhalb des Behälters in dem externen Wärmeübertrager statt, während die Stoffübertragung im Anschluss daran innerhalb des Behälters in einem adiabaten Prozessschritt abläuft.
Die Rezirkulation der Lösung erfordert zusätzliche
Hilfsenergie und verursacht eine erhöhte Temperaturdifferenz zwischen dem externen Medium und
der Gleichgewichtstemperatur der Lösung. Im Vergleich zu gewöhnlichen Rieselfilmwärmetauschern
gibt es durch diese Prozessführung keine Problematik bezüglich der Benetzung des Wärmeübertragers.
Abb. 1 zeigt schematisch den Absorber einer Anlage
als Sprühbehälter.
absorber
cooling water
heat exchanger
steam
Thermally driven chillers operate with a working pair
consisting of refrigerant and solvent. State of the art
in absorption chillers to provide cooling for air conditioning applications is to use the working pair water
and aqueous lithium bromide solution (LiBr). Through
its corrosiveness and the danger of crystallization this
working pair involves significant restrictions for the
absorption process concerning the required driving
temperature and the possible temperature lifts.
Due to their broad spectrum of thermophysical properties ionic liquids (IL ) were proposed as promising
solvent for absorption chillers in some recent publications [1]. These class of substances consists of organic salts with melting points at about room temperature [2].
Because ionic liquids tend to have high viscosities and
surface tensions, spraying vessels with external plate
heat-exchangers are used to separate heat and mass
transfer. Here the heat transfer happens outside of
the vessel in the external heat exchanger, followed by
the mass transfer taking place within the vessel in an
adiabatic process. The recirculation of the solvent requires additional auxiliary energy and causes an increased temperature difference between the external
medium and the equilibrium temperature of the solvent. Concerning the wetting of the heat exchanger,
no problems are caused by this process procedure in
comparison to common falling film heat-exchangers.
Fig. 1 shows the scheme of an absorber as spraying
vessel of a facility.
To achieve reference values, initially experiments
with LiBr were undertaken. Subsequently an ionic liquid (1-Ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate, EMIM
EtSO 4) was used as solvent.
Table 1 compares operating results of the experimental set-up (nominal capacity 1.8 kW while operating
with LiBr) with a volume optimized absorption chiller with conventional process procedure using falling
film heat exchangers (nominal capacity 13 kW). Here
the coefficient of performance (COP) is the ratio of
provided cooling output and driving power. The k-value (kv) represents the ratio of volume specific refrigerating capacity and the total driving difference of temperature (ddT).
testing facility
EMIM EtSO 4
concentrated solution
prototype
LiBr
LiBr
power / kW
0,7
1,8
13
COP / -
0,6
0,68
0,72
kV / (kW / (m³K))
0,2
0,6
1,45
diluted solution
Abb. 1: Schematische Darstellung des Sprühabsorbers
Fig. 1: Scheme of the spraying absorber.
74
Tab. 1: Betriebsergebnisse der Versuchsanlage im Vergleich zur
volumenoptimierten Prototypanlage.
Table 1: Operating results of the experimental set-up compared
to the volume optimized absorption chiller.
M. Radspieler
Zunächst wurden Versuche mit LiBr durchgeführt,
um Referenzwerte zu erhalten. Anschließend wurde eine Ionische Flüssigkeit (1-Ethyl-3-methylimidazolium Ethylsulfat, EMIM EtSO 4) als Lösungsmittel
verwendet.
Tabelle 1 vergleicht Betriebsergebnisse der Versuchsanlage (Nennleistung 1,8 kW bei Betrieb mit
LiBr) mit einer volumenoptimierten Prototypenanlage bei herkömmlicher Prozessführung mit Rieselfilmapparaten (Nennleistung 13 kW). Dabei ist
die Leistungszahl (COP) der Quotient aus bereit gestellter Kälte- und Antriebsleistung, der k-Wert (kV)
repräsentiert den Quotienten aus volumenspezifischer Kälteleistung und totaler treibender Temperaturdifferenz (ddT).
In Abb. 2 sind die volumenspezifischen Kälteleistungen über ddT aufgetragen. Diese Auftragung lässt durch den linearen Zusammenhang zwischen
treibender Kraft (ddT) und Kälteleistung - einen direkten Vergleich zwischen der Leistung verschiedener Anlagen trotz unterschiedlicher Betriebszustände zu. Ebenso wird ein Vergleich der Leistung einer
Anlage bei Verwendung verschiedener Lösungsmittel möglich.
Tabelle 1 und Abb. 2 zeigen, dass die spezifische Leistung (bzw. der volumenspezifische k-Wert) bei einem Betrieb mit EMIM EtSO 4 trotz der höheren totalen treibenden Temperaturdifferenzen, sinkt [3].
Die Messungen zeigen, dass es grundsätzlich möglich ist, Kälte mit Hilfe von Ionischen Flüssigkeiten
als Lösungsmittel in einer thermisch getriebenen
Kältemaschine bereit zu stellen. Hier gilt es weitere Untersuchungen durchzuführen. Zusätzlich
sind weitere Anstrengungen nötig, um geeignete
Arbeitsfluide zu finden. Daher wird für 2011 angestrebt, die Verwendung Ionischer Flüssigkeiten als
Lösungsmittel in Kältemaschinen weiter zu erforschen.
[1] M. Sen, S. Paolucci, Using Carbon Dioxide and Ionic Liquids for
Absorption Refrigeration, 7th IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural
Working Fluids, Trondheim (Norway), 28.-31.05.2006
In Fig. 2 volume specific refrigerating capacity is ploted over ddT. By the linear correlation between driving
force (ddT) and refrigerating capacity and in spite of
different operating states, this application permits a
proper comparison between the performance of different facilities. Likewise it is possible to compare the
power of a facility when applying different solvents.
specific refrigerating capacity [kW/m3]
70
60
50
40
30
20
10
20
30
40
50
60
70
total driving temperature difference [K]
testing facility — LiBr
testing facility — IL
prototype facility
Abb. 2: Spezifische Kälteleistung über totaler treibender Tem
peraturdifferenz (ddT).
Fig. 2: Specific refrigerating capacity versus total driving difference of temperature (ddT).
Table 1 and Fig. 2 show, that the specific power (or
rather the volume specific k-value) decreases when
operating with EMIM EtSO 4, in spite of the higher total driving difference of temperature [3].
The measurements show that it is basically possible
to cool with ionic liquids as solvent in a thermally driven chiller. Here further investigations have to be carried out. Additional efforts are necessary to find suitable working liquids. Therefore, in 2011 it is aspired to
undertake further investigations for the application
of ionic liquids as solvents in chillers.
[2] P. Wasserscheid, T. Welton, Ionic Liquids in Synthesis,
WILEY-VCH Verlag, Weinheim, 2008
[3] M. Radspieler, C. Schweigler, Experimentelle Untersuchung der
Ionischen Flüssigkeit EMIM SO 4 als Sorbens in einer einstufigen Kältemaschine mit adiabater Absorption,
Deutsche Kälte-Klima-Tagung 2010, Magdeburg (Germany), 17.-19.11.2010
75
|
03.10 Hochtemperaturaustreiber für mehrstufige
Absorptionskältemaschinen
M.Sc. Manuel Riepl
Projektleiter,
Project Manager, Heat Conversion
Renewable Energy
S+49
S
89/32 94 42 -43
[email protected]
U
Bayerische Forschungsstiftung
„Energie und Umwelt“
Lindner AG
Thermax Europe Ltd.
High Temperature Generators for Multistage Absorption Chillers
Zur effizienten Umsetzung von exergetisch hochwertiger Abwärme aus Verbrennungsprozessen,
wie beispielsweise die Abgase eines motorisch betriebenen Blockheizkraftwerks (BHKW ), können
thermisch getriebene mehrstufige Absorptionskältemaschinen (AKM ) eingesetzt werden. Diese
mehrstufigen Maschinen weisen gegenüber konventionellen einstufigen Maschinen eine erhöhte Kältezahl (COP) und damit eine verbesserte primärenergetische Effizienz auf.
Die Einkopplung der Antriebswärme in AKM findet im Generator oder auch Austreiber statt. In dieser Komponente wird das für die Kälteerzeugung
benötigte Kältemittel aus der Arbeitsmittellösung
(z.B. H2O/wässrige LiBr-Lösung) durch Sieden desorbiert. Bei den hier betrachteten mehrstufigen Anlagen kommen Hochtemperaturaustreiber (HTG) zum
Einsatz, die ihre Antriebswärme aus den heißen
Abgasen eines Verbrennungsprozesses (T = 350 –
1 400°C) beziehen. Die Bauform derartiger Austreiber ist folglich als Gas-Flüssig-Wärmetauscher zu
bezeichnen.
In konventionellen mehrstufigen abgasbeheizten
AKM kommen meist Austreiber zum Einsatz, die der
Bauform eines Rauchrohrkessels entsprechen. Hierbei wird das Abgas durch horizontale Rohre geleitet,
die vollständig von der Arbeitsmittellösung umgeben sind. Ein hohes vorzuhaltendes Volumen an Lösung und damit hohes Bauvolumen, sowie träges
thermisches Ansprechverhalten sind Nachteile dieser Bauform. Daher werden Austreiber entwickelt,
die in der Bauform eines Siederohrkessels realisiert
werden. Die Einbringung der Abgaswärme erfolgt
dabei über vertikal im Bündel stehende Siederohre, auf deren Außenseite das Abgas und im Inneren
der Rohre die zweiphasige Arbeitsmittellösung im
Naturumlauf strömt (Abb. 1). Durch die Bündelanordnung ergeben sich rauchgasseitig erhöhte Wärmeübergangskoeffizienten und damit ein geringerer Wärmetauscherflächenbedarf, was sich in einer
kompakteren Bauform und damit einem dynamischeren Ansprechverhalten niederschlägt [1].
Zur Auslegung derartiger Hochtemperaturaustreiber wurden thermo- und fluiddynamische numerische Finite-Elemente-Modelle entwickelt, welche
die physikalischen Prozesse bei der Einbringung
der Abgaswärme in den Austreiber abbilden. Dabei spielen die rauchgasseitigen Wärmeübergangskoeffizienten die dominierende Rolle für die Größe
des Wärmeübertragers. Prozessbedingte Grenzen
der Siederohrwandtemperaturen sind aufgrund der
gewünschten Lebensdauer des Austreibers (Hochtemperaturkorrosion) zwingend einzuhalten. Die
lösungsseitigen Vorgänge, wie Siedeform und die
daraus resultierenden Wärmetransport- und Strömungsvorgänge, die einer Vielzahl von Einflussgrößen wie z.B. der Rohrgeometrie und Wärme-
76
For efficient conversion of exergetically high-quality waste heat from combustion processes, like for
instance exhaust gases of a motor powered cogeneration unit (CHP unit), thermally driven multistage
vapour absorption chillers (VAC) can be employed.
Opposed to conventional single-level machines, these
multilevel machines feature an elevated coefficient of
performance (COP) and thereby an improved primary-energy efficiency.
The coupling of the driving heat in VAC takes place in
the generator. In this component the required cooling
agent (for refrigeration) is desorbed from the working fluid solution (e.g. H2O/aqueous LiBr solution)
by ebullition. The here considered multistage plants
have high temperature generators (HTG), which draw
their driving heat from hot exhaust gases of a combustion process (T = 350 – 1 400°C). The design of such
generators is consequently described as a gas-liquid
heat exchanger.
In conventional multistage exhaust gas heated VAC ,
mostly generators that have the design of a fire tube
boiler are employed. Here the exhaust gases are directed through horizontal pipes, which are completely
enveloped by the working fluid. Disadvantages of this
design are a big required volume for the working fluid and with it a large construction volume as well as a
slow thermal response characteristics. Therefore, generators which have the design of a heating-pipe boiler
are under development. The insertion of the exhaust
heat occurs here via vertically standing bundled boiler
pipes. On the exterior of these pipes the exhaust gas
and within the pipes the two-phase working fluid solution flows (Fig. 1). A flue-gas heightened heat-transfer coefficient and with it a lower heat-transfer surface requirement results from the bundled formation.
This reflects in a more compact design and a more dynamic response characteristic [1].
For the dimensioning of such high-temperature generators, thermo and fluid dynamic numeric Finite Element Models were developed, which depict the physical processes of inserting the exhaust gas heat in the
generator. Here the flue-gas heat-transfer coefficient
is a dominant factor for the size of the heat exchanger. Due to the desired lifespan of the generator (hightemperature corrosion), limits of the heating pipe wall
temperatures are to be observed strictly. The processes taking place in the solution like type of boiling and
the resulting heat transport and flow phenomena are
subject to numerous influencing factors (e.g. the geometry of the pipes and the heat flux density). This
decisively determines the limits of the compactness
of the heat exchanger. Validating the models is done
with a laboratory generator, which is driven with exhaust gas of a CHP unit and is equipped with metrologically high precision instruments. The models were
expanded by a thermal radiation model for the operation of a gas burner to fire the generator directly [2].
M. Riepl
stromdichte unterliegen, bestimmen maßgeblich
die Grenzen der Kompaktheit des Wärmeübertragers. Die Validierung der Modelle erfolgte anhand
eines Laboraustreibers, der mit Abgas eines BHKW
betrieben wird und messtechnisch hochpräzise instrumentiert ist. Die Modelle wurden um ein Wärmestrahlungsmodell für den Einsatz eines Gasbrenners zur direkten Befeuerung des Austreibers
erweitert [2].
Der nächste Entwicklungsschritt erfolgt aktuell im
Rahmen einer Pilotinstallation zum solaren Heizen und Kühlen. Der Hochtemperaturaustreiber der
zwei-/einstufigen AKM wird dabei direkt mit einer
Gasfeuerung beheizt [3]. Die Einhaltung der prozesstechnisch relevanten Maximaltemperaturen der beheizten Siederohre stand dabei im Mittelpunkt der
Auslegung, was zur Auswahl eines erdgasbetriebenen körperstrahlungsarmen Oberflächenbrenners
führte, der die Einbringung der Antriebswärme in
den HTG durch die annähernd stöchiometrische
Verbrennung des Erdgases trotz hoher Flammentemperaturen ohne Verletzung der maximalen
Rohrwandtemperaturen erlaubt. Der HTG wurde in
die oben genannte Absorptionskältemaschine integriert und zur Untersuchung und Analyse des Betriebsverhaltens mit Temperatursensoren für die
Erfassung der Rauchgas- und Rohrwandtemperaturen bestückt. Die Validierung der physikalischen
Modelle für den Einsatz des HTG für Direktfeuerung
erfolgt anhand der Betriebsergebnisse.
The next step is currently taking place within the
frame work of a pilot installation for solar heating and
cooling. Here the high temperature generator of the
double-effect/single-effect VAC is directly gas heated
[3]. Compliance with process-technical relevant maximum temperatures of the heated heating pipes was
the focus of the dimensioning. This lead to choosing
a natural gas powered surface combustion-burner,
with low body radiation. It allows the insertion of the
driving heat in the HTG via the nearly stoichiometric combustion of the natural gas. This takes place in
spite of high flame temperatures, without violating
the maximum pipe wall temperatures. The HTG was
integrated in the above mentioned absorption chiller.
In order to study and analyze the service performance
it was equipped with temperature sensors to record
the flue gas and pipe-wall temperatures. The operating results support validating the physical models for
application of the HTG for direct firing.
Nucleate/
convective
boiling
2-phase flow
Flue Gas
Subcooled
boiling
[1] C. Kren, Flue Gas Fired Absorption Chillers,
Dissertation, TU München, 2006
[2] V. Roptin, Thermische Auslegung eines Hochtemperaturaustreibers
einer zwei-/einstufigen Absorptionskältemaschine,
Diplomarbeit, TU München, 2009
[3] M. Riepl, M. Helm, C. Schweigler, S. Kainer, M. Hörner,
Solar Assisted Cooling and Heating with Multi-Stage Absorption Chiller,
EuroSun 2010, Graz (Austria), 28.09.-01.10.2010
Pre-heating
1-phase flow
LiBr solution
Abb. 1: Hochtemperaturaustreiber einer mehrstufigen
bsorptionskältemaschine - schematische Darstellung der
A
Strömungsformen in einem beheizten Siederohr.
Fig. 1: High temperature generator of a multistage
absorption chiller – diagram of the flow characteristics in a
heated boiler pipe.
77
|
03.11 Sorptionsanalyse und in-situ Dilatometrie an
porösen Festkörpern
Dr. Gudrun Reichenauer
Gruppenleiterin, Nanomaterialien
Group Manager, Nanomaterials
Energietechnik
Technology
Nanomaterialien
Nanomaterials
S+49
S
931/705 64 -28
Ugudrun.reichenauer@zae.
U
uni-wuerzburg.de
Eigenforschung
Micromeritics, Norcross, GA , USA
Sorption Analysis and In-Situ Dilatometry on Porous Solids
Nanoporöse Materialien, wie beispielsweise Zeolithe, Aktivkohlen, Kohlenstoffnanoröhrchen, sowie
Nanopartikel zeichnen sich durch hohe massenspezifische Oberflächen von einigen 100 m2/g bis
über 1000 m2/g aus. Um eine solche Oberfläche, ausgehend von einem unporösen Material zu erzeugen, müsste man Energien pro Gramm von 3 J bis
30 J aufwenden. Analog zu Flüssigkeiten versuchen
auch Festkörper ihre Grenzfläche aus energetischen
Gründen zu minimieren. Bei Raumtemperatur
bleibt dazu i. a. nur die Option sich zusammenzuziehen. Sobald Adsorption an der Oberfläche stattfindet oder die Hohlräume mit einer Flüssigkeit gefüllt
werden, ändert sich die Energie der Grenzfläche und
der Körper entspannt sich. Derartige Effekte, die mit
makroskopisch beobachtbaren Längenänderungen
im Bereich von einigen Promille verbunden sind,
wurden bereits vor ca. 80 Jahren im Detail untersucht [1].
Inzwischen liegt ein vertieftes Verständnis von Nanostrukturen vor, das vor allem Poren kleiner 2 nm,
sogenannten Mikroporen und die damit verbundenen Nanoeffekte einschließt. Simulationen dieser Poren in Anwesenheit von adsorbierbaren Gasen zeigen, dass beim Adsorptionsvorgang – im
Vergleich zu freien Oberflächen – sowohl Kontraktions-, als auch Expansionseffekte auftreten können
[2]. Wie ein mikroporöser Festkörper bei Adsorption in Mikroporen reagiert, hängt empfindlich von
dem Größenverhältnis von Adsorptiv zu Mikropore
ab. Der Festkörper bewertet quasi selbst die energetischen Szenarien und reagiert entsprechend; lohnt
es sich in Anwesenheit eines adsorbierten Moleküls
weiter zu kontrahieren um das Molekül optimal in
die Mikropore einzubetten oder ist eine Expansion
der Pore vorteilhafter, um zwei Adsorptivmoleküle
nebeneinander aufnehmen zu können?
Am ZAE Bayern wurde inzwischen die Möglichkeit
entwickelt, die Dilatation von nanoporösen Festkörpern in-situ, während der Adsorption von Gasen zu untersuchen. Dazu wurde der Probenhalter
einer kommerziellen Anlage, die auf einem volume-
Nanoporous materials, for instance zeolites, activated carbon, carbon nanotubes as well as nanoparticles
stand out due to high mass specific surfaces from a
few 100 m2/g up to over 1000 m2/g. Taking a nonporous material you would have to spend between 3 J
to 30 J per gram to get such a surface. Similar to fluids, solids try to minimize their surfaces for energetic
reasons. Generally the only option at room temperature is to contract. As soon as adsorption occurs on
the surface or voids fill with fluid, the energy of the interface changes and the solid loses tension. Such effects, which are detectable with macroscopic observable length-changes in the order of 10-3, were already
examined in detail about 80 years ago [1].
Meanwhile, there exists a deeper understanding
of nano structures, which especially includes pores
smaller than 2 nm (so-called micropores) and the associated nanoeffects. Simulating these pores in the
presence of adsorbable gases shows that during the
adsorption process, compared to free surfaces, contractions as well as expansions may occur [2]. How a
microporous solid reacts during adsorption depends
substantially on the adsorptive to micropore ratio.
The solid “interprets” the energetic scenario by itself
and reacts accordingly: is it worth it to contract further, embedding the molecule optimally in the micropore, or is an expansion of the pore advantageous,
so that two adsorptive molecules can be received one
next to the other?
In the meantime ZAE Bayern developed the possibility of studying dilatation of nanoporous solids in-situ
during the adsorption of gases. For this purpose the
sample holder of a commercial unit, based on a volumetric measuring principle, was altered and complemented with a length sensor. With it, it is possible
to detect in-situ the macroscopic dilatation of a sample during adsorption measurement with N2 at 77 K or
with CO 2 at 273 K. So far the resolution reached lies
at about 200 nm. Using the maximum length of samples of up to 5 cm the installation herewith has a sensitivity in relative length change of 4 ∙ 10-6. Fig. 2 shows
the isotherms of adsorption and length of different
1 µm
low Sext, high Smic
Abb. 1: REM Aufnahmen von drei untersuchten synthetischen
Kohlenstoffen mit identischer Mikroporosität (Mikroporen
oberfläche Smic; linkes Bildpaar), aber unterschiedlicher Meso
struktur (externe Oberfläche Sext), sowie gleicher Mesostruktur,
aber unterschiedlich stark ausgeprägter Mikroporosität. Die
Vergrößerung ist für alle Bilder identisch.
78
high Sext, low Smic
Fig. 1: SEM images of three examined synthetic carbons with
identical microporosity (micropore surface area Smic; left pictures), but different mesostructure (external surface area Sext)
as well as identical mesostructure, but differently developed
microporosity. All pictures have the same magnification.
G. Reichenauer, C. Balzer
trischen Messprinzip beruht, umgebaut und durch
einen Längensensor ergänzt. Damit ist bei Adsorptionsmessungen mit Stickstoff bei 77 K oder mit CO 2
bei 273 K in-situ die Erfassung der makroskopischen
Dilatation einer Probe möglich. Die bisher erreichte
Auflösung liegt bei ca. 200 nm. Bei möglichen Probenlängen von bis zu 5 cm besitzt der Aufbau damit
eine Empfindlichkeit in der relativen Längenänderung von 4 · 10-6. Abb. 2 zeigt die Adsorptions- und
Längenisothermen verschiedener amorpher Modell-Kohlenstoffe für CO 2 bei 273 K. Verglichen sind
zwei Kohlenstoffe mit identischer Struktur auf einer Längenskala > 2 nm, aber unterschiedlich stark
ausgeprägter Mikroporosität, sowie zwei Proben
mit identischen Mikroporeneigenschaften, aber
unterschiedlich großen Überstrukturen (Abb. 1).
Die Daten zeigen klar den dominanten Einfluss der
Mikroporen auf die makroskopisch erfassbare Längenänderung und die theoretisch zu erwartende
Abfolge von Kontraktion und Expansion der Proben
mit fortschreitender Adsorption [3].
amorphous model carbons for CO 2 at 273 K. Here two
carbons with identical structures on a length scale
> 2 nm, but varyingly strong pronounced microporosity, as well as two samples with identical pore properties, but varying in size of structures are compared
(Fig. 1). Data clearly shows the dominant influence of
the micropores on the macroscopic detectable length
change and the theoretically expected sequence of
contraction and expansion of the sample with progressing adsorption [3].
[1] D.H. Bangham, N. Fakhoury, Proc. Royal Soc. London, 130 (1930) 81-89
[2] P. Kowalczyk, A. Ciach, A.V. Neimark, Langmuir, 24(13) (2008) 6603-6608
[3] C. Balzer, T. Wildhage, S. Braxmeier, G. Reichenauer, J. P. Olivier, Langmuir,
dx.doi.org/10.1021/la104469u
incr.specific pore volume [10-3cm3/g]
adsorbed volume Vads [cm3(STD)/g]
12
90
80
10
70
60
8
50
6
40
30
4
20
2
10
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
pore width [nm]
low Sext, high Smic
high Sext, low Smic
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
relative length change ∆L/L0 × 103
0.025
0.030
0.025
0.030
relative pressure p/p0
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.000
Abb. 2: Links: Mikroporenverteilung der Proben aus Abb. 1, be
stimmt mit der Dichtefunktionaltheorie (DFT ). Rechts: CO 2
Adsorptions- und Längenisothermen für die monolithischen
Kohlenstoffproben bei 273 K. Rechts unten ist zu Beginn der
Adsorption eine Kontraktion erkennbar; hier wird die Domi
nanz der Mikroporen deutlich.
0.005
0.010
0.015
0.020
relative pressure p/p0
Fig. 2: Left: Micropore size distribution of the the samples of
Fig 1, determined with the density functional theory (DFT ).
Right: CO 2 adsorption and length isotherms of the monolithic
carbon samples at 273 K. Right below, during the beginning
of the adsorption one can recognize a contraction. Here the
dominance of the micropores becomes apparent.
79
|
03.12 Elektronische und infrarot-optische
Eigenschaften von Aluminium-dotierten
Zinkoxid-Schichten
Dr. Jochen Manara
Gruppenleiter, Angewandte
IR-Metrologie
Group Manager, Applied IR-Metrology
Energietechnik
Technology
Thermophysik und -sensorik
Thermophysics and Thermosensorics
S+49
S
931/705 64 -46
Ujochen.manara@zae.
U
uni-wuerzburg.de
Deutsche Forschungsgemeinschaft
(FKZ DY 18/7-1)
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
Electronic and Infrared Optical Properties
of Aluminum-Doped Tin Oxide Layers
Einen Schwerpunkt der Aktivitäten des Themenbereichs Thermophysik und -sensorik bildet die Präparation und Charakterisierung funktioneller Beschichtungen mit optimierten infrarot-optischen
Eigenschaften. Dotierte Metalloxide auf Basis von
Indium-Zinn-Oxid (ITO) besitzen beispielsweise einen hohen Transmissionsgrad im Sichtbaren, kombiniert mit einem hohen Reflexionsgrad im Infraroten [1]. Aufgrund der guten Transparenz und der
beträchtlichen Wärmereflexion (Abb. 1) können solche Beschichtungen zur Steigerung der Energieeffizienz in zahlreichen Anwendungsgebieten (Gebäude, Automobilbereich, industrielle Prozesse,
etc.) eingesetzt werden. Eine zukunftsträchtige Alternative zu den Indium-Zinn-Oxid-Schichten stellen hierbei Aluminium-Zink-Oxid-Schichten (AZO)
dar, die ebenfalls am ZAE Bayern prozessiert (Abb.
2) und untersucht werden [2].
Die infrarot-optischen Parameter sind eng mit den
elektronischen und morphologischen Eigenschaften der Schicht korreliert [2]. Zusätzlich zum Einsatz
als transparente low-e Schichten (ein hoher thermischer Reflexionsgrad entspricht einem geringen
thermischen Emissionsgrad; daher die Bezeichnung
low-e), ist aufgrund der elektronischen Eigenschaften die Verwendung als transparente Zwischenschicht in Solarzellen von großem Interesse. Neben
gesinterten Funktionsschichten auf AZO -Basis ist
hierbei die Einbringung der entsprechenden funktionalen Partikel in eine organische Trägermatrix
möglich, ähnlich wie bei spektral-selektiven Beschichtungen auf Folien [3].
Im Rahmen eines DFG -Projektes wird ein grundlegendes physikalisches Verständnis erarbeitet, in
welcher Form dotierte Elektroden-Zwischenschichten die Funktion und die Performance von organischen Solarzellen beeinflussen. Dabei wird in erster
Linie der Einfluss der elektrischen Leitfähigkeit und
des Dotierungsgrades der Zwischenschichten auf
die Leerlaufspannung und die Effizienz der Solarzelle untersucht.
Dafür sind Zink-Oxid-Schichten optimal geeignet,
die in der Arbeitsgruppe Angewandte IR-Metrologie
nasschemisch aufgebracht und dabei mit einer definierten Aluminium-Dotierung versehen werden
können. Durch den Dotierungsgrad kann, neben der
elektrischen Leitfähigkeit, u.a. die Austrittsarbeit
variiert werden (Abb. 3), was das Kontaktverhalten
in der Solarzelle wesentlich beeinflusst.
Preparing and characterizing functional coatings with
optimized infrared optical properties is a focus of the
Thermophysics and Thermosensorics field of research.
Doped metal oxides based on indium tin oxide (ITO)
possess e.g. a high visual transmittance, combined
with an optimized reflectance in the infrared spectral
region [1]. Due to good transparency and high heat reflection (Fig. 1) such coatings can be used to increase
efficiency in numerous applications (building, automotives, industrial processes, etc.). Aluminum zinc oxide layers (AZO) are a promising alternative to the indium tin oxide layers which are processed (Fig. 2) and
analyzed at ZAE Bayern [2].
Electronic and morphological properties of the layers correlate closely with the infrared-optical parameters [2]. Additionally to the application as transparent
low-e layers (high thermal reflectance corresponds to
a low thermal emission, therefore the expression lowe), the usage as transparent interlayer in solar cells is
of great interest, due to their electronic properties. Beside sintered functional layers based on AZO one can
hereby add the corresponding functional particle in
an organic carrier matrix, similar to spectral-selective
coatings on foil [3].
A basic physical understanding is developed within a
DFG project, to see how doped electrode interlayer affect function and performance of organic solar cells.
For that the influence of the electric conductivity and
the interlayer doping level on the open-circuit voltage
and the efficiency of the solar cell is primarily determined.
Tin Oxide Layers, which are applied wet-chemically
and prepared with a defined tin-doping in the Applied
IR-Metrology group, are ideally suited for that. Besides
the electrical conductivity, the work function (Fig. 3)
can be varied also, by the doping level which influences the contact behavior in the solar cell considerably.
AZO-coating
silica-layer
500 nm
glass-substrate
Abb. 2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Alu
minium-Zinkoxid-Schicht (AZO) auf einem Glassubstrat mit
einer Silica-Zwischenschicht.
Fig. 2: SEM image of an aluminum zinc oxide layer (AZO) on a
glass substrate with a silica interlayer.
80
J. Manara, M. Rydzek, M. Arduini-Schuster
°C
32
30
28
26
24
Abb. 1: In der Wärmebildaufnahme ist erkennbar, dass die
Glasscheibe mit transparenter low-e Beschichtung (links) ei
nen deutlich größeren Anteil der von der Hand ausgehenden
Wärmestrahlung reflektiert als die unbeschichtete Glasschei
be (rechts).
Fig. 1:It is apparent in the thermal image that the glass pane
with transparent low-e coating (left) reflects a significantly
higher amount of the heat radiation than the uncoated glass
pane (right)
work function [W/eV]
p-type like metal oxides
0
active layer
n-type like
metal oxides
32
-1
-2
-3
-4
-5
[1] M. Reidinger, M. Rydzek, C. Scherdel, M. Arduini-Schuster, J. Manara, Thin
Solid Films, 517 (2009) 3096-3099
-6
[2] M. Rydzek, M. Reidinger, M. Arduini-Schuster, J. Manara, Prog. Org. Coat.,
DOI : 10.1016/j.porgcoat.2010.11.016
[3] J. Manara, M. Reidinger, M. Rydzek, M. Arduini-Schuster, Prog. Org. Coat.,
DOI : 10.1016/j.porgcoat.2010.09.024
-7
PEDOT
V2O5
WO3
MoO3
P3HT
PCBM
TiOx
ZnOx
Abb. 3: Austrittsarbeiten verschiedener Materialien.
Fig. 3: Work function of various materials.
81
|
03.13 Thermische Transporteigenschaften bei
Kryotemperaturen
Dipl.-Phys. F. Hemberger
Thermische Analyse
Thermal Analysis
Energietechnik
Technology
S+49
S
931/705 64 -26
Uhemberger@zae.
U
uni-wuerzburg.de
Thermal Transport Properties at Cryogenic Temperature
Für die zuverlässige Simulation des thermischen
Verhaltens von Systemen und Bauteilen ist die genaue Kenntnis der thermischen Transporteigenschaften der eingesetzten Materialien von entscheidender Bedeutung. Dies betrifft neben der
Energietechnik, z. B. bei Systemen für Lagerung und
Transport verflüssigter Gase, auch andere Hochtechnologiebereiche. Als aktuelles Beispiel aus der
Medizintechnik sei die experimentelle Bestimmung
der Wärmeleitfähigkeit bei -60°C der Werkstoffe genannt, die bei der Entwicklung eines Kryoablationskatheters zur Behandlung von Herzrhythmus
störungen (Abb. 1) eingesetzt werden.
Eigenforschung
Abb. 1: Vereister Kryoablationskatheter zur Behandlung von
Herzthyhmusstörungen
(Copyright AF reeze GmbH, Innsbruck)
Fig. 1: An iced cryoablation catheter for the treatment of cardiac arrhythmia (Copyright AFreeze GmbH, Innsbruck).
Zur experimentellen Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit, aus der dann die Wärmeleitfähigkeit berechnet wird, ist das Laserflashverfahren
eine gängige Messmethode für Materialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,1 W/(mK).
Dabei wird in der Regel eine scheibenförmige Probe auf der Vorderseite durch einen kurzen Laserpuls erhitzt und der zeitlich verzögerte Temperaturanstieg auf der Probenrückseite berührunglos
detektiert. Aus dem zeitlichen Verlauf des Temperaturanstiegs lässt sich dann die Temperaturleitfähigkeit berechnen. Bei Temperaturen weit unterhalb
der Raumtemperatur wird die Methode allerdings
durch das geringe Nutzsignal und die begrenzte
spektrale Bandbreite der verwendeten Infrarot (IR)Detektoren zur schnellen berührungslosen Temperaturbestimmung eingeschränkt. Um dennoch in
diesem Temperaturbereich zuverlässige Messergebnisse zu erzielen, wurde am ZAE Bayern ein alternativer Ansatz zur Temperaturbestimmung während
82
In order to simulate the thermal behavior of systems
and components reliably, it is of vital importance to
have precise knowledge of the thermal transport
properties of the applied material. In addition to
energy technology, e. g. systems for storage and
transport of liquid gases, this also applies to other high
technology areas. A current example from medical
engineering is the experimental determination of
the thermal conductivity of polyurethane material
at -60°C, which are used for the development of a
cryoablation catheter for the treatment of cardiac
arrhythmia (Fig. 1).
For experimental determination of thermal diffusivity,
from which thermal conductivity can be calculated,
laser flash technique is a common characterization
method for materials with a thermal conductivity
exceeding 0.1 W/(mK). Usually the front of a discshaped specimen is heated with a short laser pulse
and the delayed temperature rise on the backside is
detected contact-free. The thermal diffusivity is then
calculated from the time course of the temperature
rise. Far below room temperature, this technique
becomes limited due to weak signals and limited
spectral bandwidth of the installed infrared (IR)
detectors for the contact-free temperature detection.
In order to achieve reliable results in this temperature
range, an alternative approach for temperature
determination during the laser-flash experiment was
carried out successfully at ZAE Bayern [1]. The timedependant change of the electrical resistance of a thin
gold strip, prepared by magnetron sputtering on the
specimen’s surface, is used (Fig. 2) to determine the
temperature course on the back side of the specimen.
The main advantage to the IR detector lies hereby in
the significantly more favorable signal-to-noise ratio
at low temperatures (Fig. 3).
Abb. 2: Goldstreifen zur Temperaturdetektion während des
Laserflash-Experiments auf der Rückseite einer Glaspro
be. Mit Graphit beschichtete Vorderseite zur Absorption der
Laserenergie. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über
Silberleitlack und Federkontaktstifte.
Fig. 2: Gold strip on the back of a glass specimen for
temperature detection during the laser flash experiment.
Graphite coated front side to absorb the laser energy.
Electric contact is established by silver lacquer and spring
loaded contact probes.
F. Hemberger
des Laserflash Experiments erfolgreich realisiert [1].
Zur Bestimmung des Temperaturhubs auf der Probenrückseite wird hierbei die zeitabhängige Änderung des elektrischen Widerstandes eines dünnen,
auf die Probenoberfläche aufgesputterten Goldstreifens genutzt (Abb. 2). Der Hauptvorteil zum
IR-Detektor liegt hierbei in dem bei tiefen Temperaturen signifikant günstigeren Signal-Rausch-Verhältnis (Abb. 3).
Die Eignung dieser Detektionsmethode und die
Funktionsfähigkeit des neu aufgebauten Teststandes wurde durch Messungen an optischem Glas
und polykristallinem Aluminiumnitrit im Temperaturbereich von 80 bis 300 K überprüft. Hierbei wurden Werte für die Wärmeleitfähigkeit im Bereich
von 1 bis 500 W/(mK) ermittelt. Der Vergleich mit
Literaturdaten liefert eine gute Übereinstimmung,
die relative Unsicherheit der Ergebnisse liegt im Bereich von 7,7% bis 11,6% [2, 3].
Als zukünftige Arbeit ist die Anwendung der Goldstreifenmethode bei elektrisch leitenden Proben
vorgesehen, wozu eine beständige Isolationsschicht
mit einem möglichst geringem thermischen Widerstand präpariert werden muss. Weiterhin soll der
zugängliche Temperaturbereich durch den Einsatz
eines Helium-Kaltkopfes bis hinab zu 20 K erweitert
werden. Dies eröffnet dann neue Möglichkeiten zur
Bestimmung thermischer Kenngrößen bei tiefen
Temperaturen.
[1] Y. Kogure, T. Mugishima, Y. Hiki, J. Phys. Soc. Jap. 55 (1986) 3469-3478
[2] A. Göbel, F. Hemberger, H.P. Ebert, A new laser flash system for thermal diffusivity measurement at cryogenic temperatures, International
Cryogenic Engineering Conference 23 - International Cryogenic Materials
Conference 2010, Wrocław (Poland),19.-23.07.2010
[3] F. Hemberger, A. Goebel, H.P. Ebert, Int. J. Thermophys. 31 (2010) 2187
Signal [a.u.]
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
Time t [s]
Gold strip as temperature probe
MCT detector
The adequacy of this detection technique and
the functional capability of the newly built test
equipment were verified by measurements on
optical glass and polycrystalline aluminum nitrite for
temperatures from 80 to 300 K. On the investigated
specimen values for the thermal conductivity from
1 to 500 W/(mK) were determined. Comparing with
literature data a good correlation is found. The
relative uncertainty of the results lies in the range of
7.7% to 11.6% [2, 3].
Applying the gold stripe method on electrically
conductive specimen is a future activity. For this
purpose a sturdy insulation layer with minimal
thermal resistance needs to be prepared. Furthermore,
the available temperature range will be extended
down to 20 K using a helium cold-head. This discloses
new possibilities to determine thermal properties at
low temperatures.
Abb. 3: Vergleich von IR-Detekti
on und Goldstreifenmethode bei
Raumtemperatur an Glas. Der
bei semitransparenten Proben
typische, sofortige Temperatur
sprung während des Laserpulses
ist bei der Goldstreifenmessung
nicht sichtbar, was die spätere
Datenauswertung erleichtert.
Fig. 3: Comparison of IR
detection and gold-strip method
at room temperature on glass.
The instant temperature-jump
during the laser pulse which
is typical for semitransparent
specimen is not visible during
the gold strip measurement.
This facilitates the data
evaluation considerably.
83
|
03.14 Qualitätssicherung von Photovoltaik-Anlagen
mittels Infrarot-Messtechnik
Dr. Claudia Buerhop-Lutz
Gruppenleiterin, Thermosensorik
Group Manager, Thermosensorics
S+49
S
9131/691 -297
[email protected]
U
Deutsche Bundesstiftung Umwelt
(FKZ DBU Az. 27160)
BEC-Engineering GmbH
Quality Management of Photovoltaic Systems with Infrared Measurement
Technique
Der Qualitätssicherung von Photovoltaik (PV )-Modulen im Betrieb kommt eine wachsende Bedeutung zu, da die Anzahl der installierten Module
jährlich um mehr als 15% zunimmt und damit der
Altbestand kontinuierlich ansteigt. Infrarot (IR)Übersichtsaufnahmen von PV-Anlagen während
des Betriebs sind eine Möglichkeit, auf großen Flächen, schnell und kontaktlos eine Überprüfung der
Leistung bzw. eine Detektion fehlerhafter und somit leistungsschwacher PV-Module durchzuführen.
In Zusammenarbeit mit dem Ingenieurbüro BEC
Engineering GmbH, gefördert durch die Deutsche
Bundesstiftung Umwelt (DBU ), wurde die Aussagekraft und Zuverlässigkeit von Infrarot-Übersichtsaufnahmen von Photovoltaik-Anlagen während
des Betriebs näher betrachtet. Dazu erfolgte die Vermessung vor Ort von 15 PV-Dachanlagen und 1 Freiflächenanlage mit kristallinen Solarzellen. Dies entspricht 2569 Modulen plus ca. 15400 Modulen der
Freiflächenanlage. Ferner wurde eine ausgewählte
Anzahl (265 Stück) von Modulen demontiert und zusätzlich im Labor des ZAE Bayern untersucht. Diese
Detailuntersuchungen umfassten auch Leistungsmessungen mit einem Sonnensimulator, sowie IRund Elektrolumineszenz (EL)-Messungen, bei denen
die Ladungsträger mittels einer externen Stromquelle injiziert wurden.
Die Auswertung der Messdaten zeigt, dass alle in
der IR-Übersichtsaufnahme auffälligen Module
(Abb. 1) massive Schädigungen zeigen, welche die
Modulperformance und -leistung maßgeblich negativ beeinflussen.
Hauptfehlerarten, die zu deutlich messbaren Temperaturunterschieden führen, sind zum Beispiel: (i)
starker Zellbruch, (ii) kurzgeschlossene Zellen, (iii)
überbrückte Substrings (Teilstrang im Modul), (iv)
Delamination, (v) lokaler Kurzschluss und (vi) mangelhafte Lötungen.
Kleinere Defekte, wie z.B. (i) Unterbrechungen der
Metallisierung, (ii) Mikrorisse und (iii) geringfügige Zellbrüche sind zwar in den Laboraufnahmen
klar sichtbar, haben aber keinen Einfluss auf die IRAußenaufnahmen und nur eine vernachlässigbare
Auswirkung auf die Leistungsminderung.
Alle leistungsschwachen Module der untersuchten
Anlage wurden mit IR-Technik erkannt. Bis zur Leistungsklasse unter 115 W handelt es sich bei den Defekten um überbrückte Substrings, oberhalb von 115
W um Zellbrüche einzelner und mehrerer Zellen unterschiedlichen Ausmaßes.
Aus technologischer Sicht ist die Qualitätssicherung
von PV-Anlagen mit IR-Kameras eine zuverlässige
Methode, um schadhafte und zugleich leistungsschwache Module zu lokalisieren. Ökonomisch betrachtet sind IR-Übersichtsaufnahmen positiv zu
84
Quality management of photovoltaic (PV ) modules in
operation is of growing importance, since the number of installed PV modules grows annually by more
than 15% and therefore the old stock continually increases. Infrared (IR) overview images of PV systems
during operation are a possibility to check the performance or to detect faulty and inefficient PV modules
on large areas, swiftly and without contact.
In cooperation with the engineering office BEC Engineering GmbH, funded by the German Federal Environment Foundation (DBU), the significance and reliability of IR overview images of PV facilities during
operation was analyzed. In this context 15 PV roof systems and 1 field system with crystalline solar cells
were measured locally. This corresponds to 2,569
modules plus about 15,400 modules of the field system. Further a select number (265 pieces) of modules
were dismantled and additionally examined in the
laboratory of ZAE Bayern. These detailed tests included performance measurements with a sun simulator,
as well as IR- and electroluminescence (EL )-measurements. Here the charge carrier was injected with an
external power source.
Evaluation of the measurement data shows, that all
modules whose IR-overview image (Fig. 1) was conspicuous, display massive damages, which have a decisive negative influence on the module performance
and power.
Major faults, which lead to measurable differences in
temperature, are e. g.: (i) strong cell damage, (ii) shortcircuited cells, (iii) bridged substrings, (iv) delamination, (v) local short-circuit and (vi) faulty soldering.
Smaller defects, like e. g. (i) disruptions of the metallization, (ii) micro fissures and (ii) minor cell fissures are
clearly visible in the images performed in the laboratory, but have no influence on the IR-outdoor images
and only a negligible effect on the power reduction.
All inefficient modules of the examined system were
recognized with IR-technique. For the capacity class of
up to 115 W the defects are bridged substrings. Above
115 W the defects are varying degrees of cell fractures
of single or various cells.
From a technological point of view, quality management of PV systems with IR cameras is a reliable
method to locate defective and simultaneously inefficient modules. Economically, the evaluation of
IR-overview images is encouraging, since even large
systems can be analyzed quickly and efficiently. By locating defective, inefficient PV modules early and substituting them, great profit cuts can be avoided during
the operating time.
C. Buerhop-Lutz
Abb. 1: IR-Aufnahme einer PV-Dachanlage: (i) defekter
Substring (Teilstrang im Modul) mit überhitzter Bypassdiode
in Modul 4.14, (ii) gebrochene Zellen in den Modulen 1.12, 2.11,
2.15 und 6.15.
bewerten, da auch große Anlagen mit geringem
Zeitaufwand effektiv und wirksam analysiert werden können. Durch eine frühzeitige Lokalisierung
defekter, leistungsschwacher PV-Module und deren
Substitution können über die Betriebsdauer große
Ertragseinbußen vermieden werden.
Fig. 1: IR image of a PV roof system: (i) a defect substring with
overheated bypass diode in module 4.14, (ii) broken cells in the
modules 1.12, 2.11, 2.15 and 6.15.
Relative frequency
0.45
0.40
0.35
0.30
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Performance [W]
All modules
Conspicuous modules in IR-scan
Abb. 2: Relative Häufigkeitsverteilung der Leistung von 156
Modulen einer Anlage nach 6 Jahren Betrieb (blau). Vertei
lung der in der IR-Aufnahme auffälligen Module (rot).
Fig. 2: The relative frequency of the performance of 156 modules of a system after 6 years of operation (blue). The distribution of conspicuous modules in the IR image (red).
85
|
03.15 Betriebsoptimierung und energetische
Evaluierung von Nichtwohngebäuden
Optimizing Operations and Energetic Evaluation of Non-residential Buildings
Dr. Jens M. Kuckelkorn
Gruppenleiter, Biomasse/
Geothermie
Group Manager, Biomass/Geothermal
Systems
Renewable Energy
Systems Modelling
S+49
S
89/32 94 42 -17
[email protected]
U
Industrieprojekt
Landratsamt Erding
Energetische Gesamtkonzepte für Gebäude umfassen neben der Konstruktion und Anlagentechnik
auch den energetisch optimierten Betrieb. Dabei
sollen einerseits die Komfortkriterien eingehalten und andererseits alle Betriebszustände nach
ökologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunk-
86
Abb. 1: Passivhaus-Neubau der FOS BOS Erding. Südfassa
de des Schulgebäudes gegen Ende der Bauphase im Dezem
ber 2010.
Fig. 1: Passive-house: the new building of the FOS BOS Erding
(State Technical and vocational secondary school. The south façade of the school house towards the end of the construction
phase, December 2010.
J. M. Kuckelkorn
ten optimiert werden. Insbesondere bei modernen
Neubauten größerer Nichtwohngebäude mit sehr
niedrigem Energiebedarf und vielen Nutzern ist das
dynamische Verhalten von Gebäude, Anlagentechnik und Nutzerverhalten aufeinander abzustimmen. Dabei spielt auch die Nutzerakzeptanz eine
wichtige Rolle.
Schon in der Konzeption und Planung sollten die
passiven und aktiven Maßnahmen zu Strahlungsbilanz, Gebäudedichtheit, Lüftung, Temperierung,
Nutzung von Wärme- und Kältequellen, Tageslichtund Kunstlichtnutzung bestmöglich aufeinander
abgestimmt werden. Nach Fertigstellung und Abnahme der einzelnen Gewerke muss darüber hinaus im laufenden Gebäudebetrieb eine regeltechnische Optimierung vorgenommen werden, was
häufig nur in geringem Umfang vorgesehen ist. Jedoch sind regeltechnische Optimierungen meist
die kostengünstigste Möglichkeit, um Energie einzusparen oder den Komfort zu verbessern.
Im Rahmen von Pilotprojekten begleitet das ZAE
Bayern wissenschaftlich unterschiedliche Projektphasen zur energetischen Optimierung von Nichtwohngebäuden. In verschiedenen Bau- und Sanierungsvorhaben konnte ein weites Spektrum von der
Unterstützung bei Wettbewerbsverfahren, über die
Erstellung von Gesamtkonzepten, der Begleitung
der Planungs- und der Bauphasen, bis zur nachgeschalteten Phase des energetischen Monitorings
abgedeckt werden. Das Monitoring erstreckt sich
dabei über eine mindestens einjährige Phase der
Optimierung der Gebäudeautomation, sowie eine
weitere mindestens einjährige Phase der energetischen Evaluierung und Erfolgskontrolle.
So führt das ZAE Bayern derzeit das energetische
Monitoring für den Schulneubau in Passivhausbauweise der Fach- und Berufsoberschule FOS BOS
Erding durch, wobei neben der Betrachtung von
Komfort und Energie auch gesundheitliche Aspekte und die Nutzer selbst im Fokus stehen. Nachdem
die Anlagenauslegung und das Regelungskonzept
sehr nahe am berechneten Bedarf erstellt wurden,
werden im Rahmen der Evaluierung u. a. auch die
Raumluftqualität, die Lichtverhältnisse, das Nutzerverhalten und die Nutzerzufriedenheit untersucht.
Das Pilotvorhaben des Bauherren Landkreis Erding
wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert (DBU, AZ 26170/02-25).
Energetic concepts for buildings include c onstruction
and plant engineering as well as an energetically optimized operation. On one hand comfort criteria should
be met and on the other hand all operating conditions should be optimized according to ecological and
economical aspects. The dynamic behavior between
building, plant engineering and user behavior needs
to be adjusted - especially that of larger, modern nonresidential buildings, with very low energy requirements and a lot of users. Here, user acceptance plays
an important part.
Already while designing and planning the active and
passive measures (net radiation, impermeability of
the building, ventilation, air-conditioning, using cooling and heating sources, use of daylight and artificial
light) require diligent coordination. Beyond completion and approval, an optimization of the buildings
control engineering during operation has to be done.
This is often only provided to a small extent. But optimizing control technique is often the most cost effective possibility to save energy or to enhance comfort.
Within the framework of pilot projects, various project phases of energetic optimization of non-residential buildings are accompanied by ZAE Bayern
scientifically. A wide scope was covered in different
construction and renovation projects. It went from
support during competitive tendering, to preparing
overall concepts, accompanying planning and construction phases and the downstream phase of the
energetic monitoring. Monitoring extends from an at
least one year phase of optimizing building automation, to a further phase of energetic evaluation and
success control of a similar duration.
ZAE Bayern is currently carrying out the energetic
monitoring for the new school building of the State
Technical and vocational secondary school FOS BOS
Erding, which is a passive house. Besides considering
comfort and energy, also health-related aspects as
well as the user himself are in the focus. The technical installations and the regulation concept were built
very closely to the calculated requirements. So among
other things indoor air quality, illumination, user behavior and level of satisfaction will be studied within
the evaluation.
The pilot project of the building owner – the administrative district Erding – is promoted by the German
Federal Environmental Foundation (Deutsche Bundesstiftung Umwelt, DBU AZ 26170/02-25).
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88
Bayern
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04 Standorte
Locations
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04.01 Abteilung „Technik für Energiesysteme und
Erneuerbare Energien“
Division: “Technology for Energy Systems and Renewable Energy”
Die Garchinger Abteilung entwickelt Techniken zur
Energieumwandlung und zur Erschließung Erneuerbarer Energien. Dazu werden thermodynamische
Systeme wie thermische Speicher, Wärmepumpen
und Kältemaschinen, sowie elektrochemische Systeme wie Brennstoffzellen, elektrochemische Speicher betrachtet. Diese Systeme werden in Konzepten zur Nutzung von Sonnenenergie, Biomasse und
zur Erschließung von geothermischer Energie eingesetzt. Die Abteilung entwickelt neue Komponenten, plant Referenzanlagen und betreut Pilotinstallationen messtechnisch.
Alle Systemanalysen und -betrachtungen werden
simulationsgestützt optimiert und unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten bewertet.
F & E IN DEN THEM ENFEL DERN:
Energiespeicher
΍΍ Entwicklung und Charakterisierung neuer Materialien zur Speicherung thermischer Energie.
Bestimmung der thermophysikalischen Eigenschaften von Phasenwechselmaterialien (PCM )
und thermo-chemischen Reaktionen im Hinblick
auf Speicheranwendungen.
΍΍ Entwicklung innovativer Speicherkonzepte thermo-chemischer und latenter Wärme- und Kältespeicher und Erprobung neuer Methoden zur
Leistungsverbesserung bei Latentwärmespeichern.
90
The division in Garching develops energy conversion
techniques and methods for utilizing renewable energies. To this end, thermo-dynamic systems such as
thermal storage systems, heat pumps and chillers are
investigated, as well as electrochemical systems like
fuel cells and electrochemical storages. These systems are employed to thermally convert solar energy and biomass and are also used to tap geothermal
energy. In this vein, the division develops new components, plans reference units and monitors pilot installations.
Systems are analyzed and optimized with the aid of
simulations and are evaluated with respect to ecolo
gical and economical factors.
R & D IN THE FIELDS OF:
Energy Storage
΍΍ Developing and characterizing new materials for
thermal energy-storage. Determination of thermophysical properties of phase change materials
(PCM) and thermochemical reactions with regard
to storage applications.
΍΍ Development of innovative storage concepts for
thermochemical and latent heat and cold storages,
and testing new methods to improve performance
of latent heat accumulators.
΍΍ Developing advanced concepts for the seasonal storage of solar heat and testing them experimentally.
΍΍ Redox systems are examined for the storage of
electric energy.
΍΍ Entwicklung fortschrittlicher Konzepte zur saisonalen Speicherung solarer Wärme und deren experimentelle Überprüfung.
΍΍ Betrachtung von Redoxsystemen zur Speicherung von elektrischer Energie.
΍΍ Zeitlich hoch aufgelöste, thermische Simulation
neu zu erstellender oder bereits bestehender Gebäude bzw. städtischer Quartiere unter Berücksichtigung aller energieliefernden und -verbrauchenden Systeme.
΍΍ Entwicklung innovativer Ansätze für den optimierten Bau bzw. die energetische Sanierung
von Gebäuden und deren Betrieb.
΍΍ Abwärmenutzung mit Absorptionswärmepumpen und -kältemaschinen zur Wärme- und Kälteversorgung und Entwicklung thermodynamischer Prozesse zur solaren Klimatisierung.
Untersuchung flüssiger und fester Arbeitsstoffe und deren Wärme- und Stoffübergänge bei Absorption und Desorption in geschlossenen und
offenen System.
΍΍ Entwicklung und Verbesserung von Kleinfeuerungen und ihre Bewertung hinsichtlich des
Emissionsverhaltens für Feinstaub, CO 2 und anderer Schadgase.
΍΍ Entwicklung von Konzepten für elektrische und
thermische Nutzung der Tiefengeothermie und
Biomasse-basierter Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung und Konzipierung von Nahwärmesystemen.
΍΍ Entwicklung von hoch effizienten Kollektoren
zur solaren Prozesswärmebereitstellung und von
solar gestützten Anlagen zur umfassenden Versorgung von Gebäuden mit thermischer Energie.
΍΍ Untersuchung von Brennstoffzellensystemen
(PEM , DMFC , SOFC) als Kfz-Antrieb oder zur mobilen bzw. stationären Elektrizitätsbereitstellung
im kleineren Leistungsbereich.
΍΍ Entwicklung von Einzelzellen und komplette Brennstoffzellenstacks und deren detaillierte
Vermessung.
΍΍ Vorhersage der Potentiale für innovative Ansätze
im Bereich der thermischen Energiespeicherung
und Wärmetransformation, sowie eine technische und ökonomische Machbarkeit.
΍΍ Erstellen umfassender Energiekonzepte unter
Einbeziehung innovativer Technologien, wie Latentwärmespeicher oder Absorptionskältemaschinen.
΍΍ Highly time-resolved simulations of planned or already existing buildings or town districts, taking
all systems that deliver and consume energy into
consideration.
΍΍ Developing innovative approaches, so construction
and energy conserving renovation of buildings and
their operation can be optimized.
΍΍ Using waste heat with absorption heat pumps and
cooling machines for heat and cooling supply and
developing thermo dynamical processes for solar
air-conditioning. Examining liquid and solid agents
and their heat and mass transfers during absorption and desorption in closed and open systems.
΍΍ Developing and improving small combustion devices und their evaluation concerning emission behavior (fine dust, CO 2 and other polluting gases).
΍΍ Developing concepts for electrical and thermal application of deep geothermics and trigeneration
solutions (Trigeneration = power-heat-cold/chilling) based on biomass and preparing district heating systems.
΍΍ Developing highly efficient collectors for solar process-heat provision and of solar supported installations which fully provide buildings with thermal
energy.
΍΍ Investigation of fuel cell systems (PEM , DMFC ,
SOFC) for vehicle drive systems, or for the mobile
respectively stationary electricity supply in smaller power ranges.
΍΍ Development of solitary cells and whole stacks of
fuel cells, and their detailed measuring.
Systems Modeling
΍΍ Prediction of the potentials of innovative approaches in the field of thermal energy storage
and heat transformation, as well as predicting the
technical and economical feasibility.
΍΍ Making extensive energy concepts involving innovative technologies like latent heat storages or adsorption chillers.
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04.02 Abteilung „Funktionsmaterialien der
Energietechnik“
Division: “Functional Materials for Energy Technology”
Die thematische Ausrichtung der Würzburger Abteilung des ZAE Bayern liegt auf der Erforschung
und Entwicklung von Funktionsmaterialien der
Energietechnik und darauf aufbauender Komponenten und Systeme. Schwerpunkte liegen dabei
in den Bereichen Entwicklung und Optimierung
von Materialien und hocheffizienten Systemen zur
Wärmedämmung. Dies schließt insbesondere Vakuumsuperisolationen, Hochtemperaturdämmungen, wie auch solare Systeme zur Tageslichtnutzung
und Niedrigenergiearchitektur ein. Weitere Tätigkeitsfelder sind die Entwicklung und Optimierung
von nanoporösen Kohlenstoff-Aerogelen für den
Einsatz in Hochtemperatur-Wärmedämmsystemen,
die Entwicklung von niedrig-emittierenden Keramiken und Beschichtungen und die Erforschung und
Entwicklung organischer Solarzellen und Elektronik.
Insgesamt steht ein breites Know-how aus den Bereichen neue Materialien, innovative Komponenten
und thermisches Management zur Verfügung.
F & E SCH W ERPUNKTE IN DEN THEM ENFEL DERN:
΍΍ Entwicklung und Optimierung von energieeffizienten Materialien, Komponenten und Systemen zum Wärme- und Lichtmanagement in Gebäuden.
΍΍ Experimentelle Bestimmung solaroptischer und
thermischer Kenngrößen.
΍΍ Thermische und tageslichttechnische dynamische Gebäudesimulation.
Nanomaterialien
΍΍ Entwicklung nanoporöser Materialien für thermische Superisolationen und Elektroden.
΍΍ Entwicklung neuer, speziell auf die Anforderungen nanoporöser Materialien angepasster Charakterisierungsmethoden.
ZAE Bayerns division in Würzburg primarily research-
es and develops functional materials, components
and systems for energy technology. One of the main
focuses is to develop and optimize insulating materials and highly-efficient insulation systems, such as
vacuum insulation, high-temperature insulation materials as well as solar systems for daylighting and
low-energy architecture. Other fields include developing and optimizing nanoporous carbon aerogels for use in high-temperature insulation systems,
low-e c eramics and coatings, and organic solar cells
and electronics.
All in all, we have a vast know-how in the fields of new
materials, innovative components and management
of energy systems.
΍΍ Development and optimization of energy-efficient
materials, components and systems for heat and
light management in buildings.
΍΍ Experimental determination of solar-optical and
thermal parameters.
΍΍ Thermal and dynamic daylight building simulations.
Nanomaterials
΍΍ Development of nanoporous materials for thermal
super-insulations and electrodes.
΍΍ Development of new characterization methods
customized to nanoporous materials.
΍΍ Modelling and optimization of highly-insulating
systems and components.
΍΍ Rapid dynamic metrological techniques to quantify thermophysical properties.
΍΍ Quantification of the infrared-optical properties of
materials, components and systems.
΍΍ Development and evaluation of metrological techniques and physical models as well as computer
simulations to record and describe of heat and radiation transport processes in complex systems.
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Thermophysik und Thermosensorik
΍΍ Modellierung und Optimierung von hoch wärmedämmenden Systemen und Komponenten.
΍΍ Schnelle dynamische Messverfahren zur
Quantifizierung von thermophysikalischen
Eigenschaften.
΍΍ Quantifizierung infrarot-optischer Eigen
schaften von Materialien, Komponenten und
Systemen .
΍΍ Entwicklung und Evaluierung sowohl von Messmethoden als auch physikalischen Modellen sowie Computersimulationen zur Erfassung und
Beschreibung von Wärme- und Strahlungstransport-vorgängen in komplexen Systemen.
Photovoltaik
΍΍ Entwicklung, Herstellung und
Charakterisierung organischer Halbleiter und
Halbleiter-Bauelemente für organische Photo
voltaik und Elektronik.
΍΍ Entwicklung und Optimierung von
Superkondensatoren.
Photovoltaics
΍΍ Development, production and characterization of
organic semiconductors and semiconductor components for organic photovoltaics and electronics.
΍΍ Development and optimization of supercapacitors.
93
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04.03 Abteilung „Thermosensorik und Photovoltaik“
94
Division: „Thermosensorics and Photovoltaics“
Das Arbeitsspektrum der Erlanger Abteilung beinhaltet die Entwicklung eigener Konzepte und Herstellprozesse für Solarzellen auf Basis von dünnem
Silicium (Siliciumphotovoltaik) und organischen
Halbleitern (OPV ). Zudem werden neuartige bildgebende Verfahren zur Charakterisierung von Solarzellen und Modulen (z.B. Infrarot (IR)-Thermographie, Elektrolumineszenz) entwickelt und
angewendet. Ein Prüflabor für Photovoltaik-Module mit indoor-Testständen und outdoor-Testgelände
(Flachdach der Universität) befindet sich im Aufbau.
The field of investigation of the division in Erlangen
consists of the development of own concepts and production processes for solar cells on the basis of thin
silicon (silicon photovoltaics) and organic semiconductors (OPV ). In addition novel imaging methods for
the characterization of solar cells and modules (e.g.
infrared (IR) thermal imaging, electroluminescence)
are developed and applied. A testing lab for photovoltaic modules with indoor test facilities and an outdoor test area (flat roof of the university) are under
construction.
Das ZAE Bayern ist Mitglied im Energie Campus
Nürnberg (EnCN ).
ZAE Bayern is a member of the Energie Campus Nürnberg – EnCN (Energy Campus Nuremberg).
Der Aufbau eines Labors für drucktechnisch hergestellte Solarzellen (OPV, CIS , Si) im Rahmen des F&E
Projektes „Solarfabrik der Zukunft“ befindet sich in
Planung.
A laboratory for typographically produced solar cells
(OPV, CIS , Si) in the framework of the R&D project “Future Solar Factory” is planned.
F & E IN DEN THEM ENFEL DERN:
Photovoltaik
Photovoltaics
΍΍ Entwicklung von neuartigen Si-Dünnschicht-
Solarzellenkonzepten, Prozessentwicklung, großflächige Schichtabscheidung, Zellherstelllung
Charakterisierung, Simulation.
΍΍ Development of novel Si thin-film solar cell
concepts, process development, large-scale layer
deposition, production of cells, characterization,
simulation.
΍΍ Entwicklung von organischen Solarzellen (OPV )
und geeigneten Herstellverfahren.
΍΍ Development of organic solar cells (OPV ) and
suitable manufacturing processes.
΍΍ Aufbau und Betrieb einer Pilotlinie für OPV.
΍΍ Setup and operation of a pilot line for OPV.
΍΍ Charakterisierung optischer und elektrischer
Parameter von Solarzellen.
΍΍ Characterizing optical and electrical parameters of
solar cells.
΍΍ Charakterisierung organischer Teststrukturen
und Solarzellen.
΍΍ Characterizing organic test structures and solar
cells.
΍΍ Alterungstests an PV-Modulen.
΍΍ Aging tests on PV modules.
΍΍ Prüflabor mit rückführbarer Leistungsmessung mit gepulstem Sonnensimulator: Standard
Testing Conditions (STC) und Schwachlicht
verhalten
΍΍ Testing lab with traceable performance
measurement with a pulsed sun simulator: standard testing conditions (STC) and diffuse light.
΍΍ Bildgebende Defekterkennungsverfahren.
΍΍ Großer Freilandbereich: Langzeittests und
Messung des Temperaturkoeffizienten und
der nominellen Betriebstemperatur der Zellen
(NOCT ).
Thermosphysik und -sensorik
΍΍ Werkstoff- und Prozesscharakterisierung mittels
schneller zeit-, orts- und wellenlängenaufgelöster IR-Thermographie.
΍΍ Entwicklung optischer Charakterisierungsverfahren für Solarzellen und Module mit IR- und
EL -Messverfahren.
΍΍ Imaging defect-detection method.
΍΍ Large outdoor area: long-term tests and
measurements of the temperature coefficient and
the nominal operating cell temperature (NOCT ).
Thermosphysics and Thermosensorics
΍΍ Material and process characterization by means of
rapid IR thermography with temporal, spatial and
wavelength resolution.
΍΍ Developing optical characterization-methods for
solar cells and modules with IR and EL measurement techniques.
95
96
Bayern
|
05 Veröffentlichungen
Publications
97
|
05.01 Vorträge und Poster
Presentations and Posters
05.01.01
Eingeladene Plenarvorträge
Plenary Invited Lectures
C.J. Brabec, Basics of Organic Photo
voltaics – Fabrication, springschool
Grundlagen der Organischen Photovoltaik,
Krippen, Germany, 28.02. – 03.03.2010
C.J. Brabec, Degradation Mechanisms in
Organic Solar Cells, SPIE Optics+Photonics,
San Diego, USA , 01. – 05.08.2010
C.J. Brabec, Formulation Aspects of Large
Area Organic Photovoltaic (OPV ) Coatings,
MRS 2010 Fall Meeting,Boston, USA ,
29.11. – 03.12.2010
C.J. Brabec, Material and Application
spects of Printed Solar Cells, Exzellenz
A
Cluster Heidelberg: Forum Organic
Electronics, Heidelberg, Germany,
09.12.2010
C.J. Brabec, Organic Solar Cells – A Tutorial,
European Patent Office: O2E Initative,
München, Germany, 18.11.2010
C.J. Brabec, Organic solar cells – from
fundamental research to first applications,
Zernike Institute for Advanced Materials
Colloquium, Groningen, Netherlands,
11.02.2010
C.J. Brabec, Product and production aspects
of organic solar cells, Society for Information Display, London, United Kingdom,
20. – 21.09.2010
C.J. Brabec, Reliability and failure
mechanisms of organic solar cells,
4th International Symposium Technologies
for Polymer Electronics, Rudolstadt,
Germany, 19.05.2010
C. Buerhop-Lutz, Bildgebende Meß
verfahren zur Fehlerdetektion von
CIGS -Modulen, Statusseminar Photovoltaik,
Berlin, Germany, 23. – 24.11.2010
F. Buttinger, Großanlagentechnik: Große
Solaranlagen im Mehrgeschoss
wohnungsbau, Einsteigerseminar
Solarthermie, 20. Symposium thermische
Solarenergie, Bad Staffelstein, Germany,
04.05.2010
C. Deibel, A. Baumann, A. Förtig,
M. Mingebach, D. Rauh, T. Strobel,
A. Wagenpfahl, V. Dyakonov, The Open
Circuit Voltage in Polymer-Fullerene Solar
Cells, MRS Spring Meeting, San Francisco,
USA , 05. – 09.04.2010
98
V. Dyakonov, Charge Transfer States and
Oxygen Induced Degradation in PolymerFullerene Solar Cellls, Complex Interactions
& Mechanisms in Organic Photovoltaics,
Brisbane, Australia, 01. – 03.07.2010
V. Dyakonov, Nanostructured polymer-
fullerene blends for photovoltaic applications: photon management issue,
First German-Russian Symposium on
Nanomaterials – New Horizons (RusNanoForum), Moscow, Russia, 03.11.2010
V. Dyakonov, Oxygen Induced Degradation
in Polymer-Fullerene Solar Cells, International Conference on Science and Technology
of Synthetic Materials (ICSM), Kyoto, Japan,
04. – 09.07.2010
V. Dyakonov, Photovoltaic Research at
ZAE Bayern, Cluster Symposium Organic
Photvoltaics, Würzburg, Germany,
16.09.2010
V. Dyakonov, C.J. Brabec, J. Hauch,
Photovoltaik – Neue Konzepte,
F VEE-Jahrestagung „Forschung für das
Zeitalter der erneuerbaren Energien“, Berlin,
Germany, 11. – 12.10.2010
V. Dyakonov, Spectroscopic Signatures of
Photogenerated Radical Anions in
Polymer-[70]Fullerene Bulk Hetero
junctions, 217th ECS Meeting, Vancouver,
Canada, 25. – 30.04.2010
H.P. Ebert, Current research at the
ZAE Bayern – Advanced PCM Applications
for Energy Efficient Buildings, IV Thermal
Mass Workshop, Clearwater Beach, USA ,
04. – 05.12.2010
H.P. Ebert, Funktionsmaterialien für mehr
Energieeffizienz – Hightech für den Alltag,
„Physik am Samstag“ der Fakultät für Physik
und Astronomie, Würzburg, Germany,
06.03.2010
H.P. Ebert, Materialentwicklungen und
Trends von Fassadendämmstoffen,
Fachtagung der Bauakademie S achsen
„Energieeffiziente Gebäudehüllen“,
Reinsdorf, Germany, 19.01.2010
A. Hauer, Abwärmenutzung durch
Thermische Energiespeicher in
Industriellen Prozessen,
Energieeffizienz in der Produktion,
Düsseldorf, Germany, 10. – 11.11.2010
A. Hauer, Adsorption Processes for Energy
Applications, 49th Tutzing Symposium
„Adsorption – Delving into the Molecular
Scale“, Tutzing, Germany, 14.06.2010
A. Hauer, Beurteilung fester Adsorbentien
für Wärmepumpen- und Wärmespeicheranwendungen, Kolloquium DLR Institut für
Technische Thermodynamik, Stuttgart,
Germany, 01.07.2010
A. Hauer, Compact Thermal Energy
Storages: Potential and Limitations for
Different Applications, EuroSun 2010 – International Conference on Solar Heating,
Cooling and Buildings, Graz, Austria,
28.09. – 01.10.2010
A. Hauer, Dezentrale Wärmespeicher, 1.
Workshop „Dezentrale Energie
speichertechnologien“, Chemitz, Germany,
28.10.2010
A. Hauer, Energiespeicherung und Netz
management, FVEE-Jahrestagung 2010
„Forschung für das Zeitalter der
erneuerbaren Energien“, Berlin, Germany,
11. – 12.10.2010
A. Hauer, E. Lävemann, Kühlen mit
Salzlösungen, Energietechnisches
Symposium „Techniktrends für Nichtwohngebäude“, Zittau, Germany, 03.03.2010
A. Hauer, Open Adsorption Systems for
Heating, Cooling and Energy Storage –
Material Evaluation, Demonstration Project
and Theoretical Limits, Workshop on
Sorption Materials at Fondazione Bruno
Kessler, Trento, Italy, 03.02.2010
A. Hauer, Possibilities of Thermal Energy
Storage in Electricity Grids, Pan-European
Energy Storage Forum, London, UK ,
20. – 21.09.2010
A. Hauer, Thermochemical Energy Storage
Systems, 5th Forum on New Materials
(CIMTEC), Montecatini Terme, Italy,
18.06.2010
A. Hauer, Thermochemische Reaktionen –
Internationale Aktivitäten in der
Angewandten Forschung,
Experten-Workshop „Thermische Speicher:
Potentiale und Grenzen der Steigerung der
Energiespeicherdichten“, Berlin, Germany,
28. – 29.06.2010
A. Hauer, Thermochemische Reaktionen
und Phasenwechselmaterialien: Potential,
Bewertung, Perspektiven, Fachgespräch
Förderstrategie Energiespeicher von BMW i,
BMBF und BMU, Bonn, Germany,
09. – 10.09.2010
U. Heinemann, Wärmedämmungen für
Kühlfahrzeuge: Stand der Technik und
Wege für die Zukunft, Jahrestagung
Transfrigoroute Deutschland und
Transfrigoroute International, Berlin,
Germany, 28. – 29.10.2010
U. Hoyer, Methoden zur Erkennung
efekter Module – Das PV-Prüflabor des
d
ZAE Bayern, Bayern Innovativ
Cluster-Forum: Recycling in der Photo
voltaik, München, Germany, 01.12.2010
J.M. Kuckelkorn, Großversuchsstand zur
Bestimmung der hydraulischen Durch
lässigkeit von Erdwärmesonden-Systemen,
SKZ-Seminar „Kunststoffe in geo
thermischen Anwendungen“, Würzburg,
Germany, 21.10.2010
J.M. Kuckelkorn, Grundlagen zur Ober
flächennahen Geothermie – Anwendung
und Auslegung, SKZ-Seminar „Kunststoffe
in geothermischen Anwendungen“,
Würzburg, Germany, 21.10.2010
T. Kunz, I. Burkert, N. Gawehns, M. Hessmann, R. Auer, Herstellung kristalliner
Si-Dünnschichtsolarzellen auf biologisch
abgeleiteten Substraten, Statusseminar
Photovoltaik, Berlin , Germany,
23. – 24.11.2010
E. Lävemann, Thermische Energiespeicher –
Theoretische Grenzen und Beurteilungskriterien, Experten-Workshop „Thermische
Speicher: Potentiale und Grenzen der
Steigerung der Energiespeicherdichten“,
Berlin, Germany, 28. – 29.06.2010
J. Manara, Theoretische Grundlagen des
Wärmetransports durch Infrarot-Strahlung,
2. Fachtagung Infrarotheizung, Halle,
Germany, 22.09.2010
H. Mehling, Current research at the ZAE
Bayern – Testing, data representation and
modelling of PCM , IV Thermal Mass
Workshop, Clearwater Beach, USA ,
04. – 05.12.2010
G. Reichenauer, Applikative Beispiele aus
dem Bereich der Energieforschung,
Workshop zur Charakterisierung von
Materialeigenschaften über Sorptionsmessungen, Ansbach, Germany, 19. – 20.05.2010
G. Reichenauer, Chancen und Heraus
forderungen von hochporösen Sol-Gel
basierten Formkörpern, 3. Sol-Gel Fach
tagung, Würzburg, Germany,
28. – 29.09.2010
M. Reuß, Oberflächennahe Geothermie in
der Kälteerzeugung, OTTI -Seminar
„Effiziente Kältetechnik in Gewerbe und
Industrie“, Regensburg, Germany,
03. – 04.02.2010
M. Reuß, Oberflächennahe Geothermie und
VDI 4640, 1. VDI -Konferenz Wärmepumpen,
Stuttgart, Germany, 08. – 09.06.2010
M. Reuß, Richtlinie VDI 4640 – Thermische
Nutzung des Untergrunds,
OTTI – 10. Internationales Anwenderforum
Oberflächennahe Geothermie, Linz, Austria,
19. – 21.04.2010
M. Reuß, Solar District Heating with
Seasonal Storage in Germany,
CanSIA Western Solar Conference 2010,
Calgary, Canada, 26. – 27.05.2010
M. Reuß, Solar-Wärmepumpe – Eine
sinnvolle Kombination?, 10. Wärmepumpen
Fachtagung: Die Nutzung von Umweltwärme im Neubau und Bestand, Bonn,
Germany, 08.07.2010
M. Reuß, Techniken der Oberflächennahen
Geothermie, OTTI – 10. Internationales
Anwenderforum Oberflächennahe
Geothermie, Linz, Austria, 19. – 21.04.2010
M. Rzepka, Elektrische Energiespeicher,
DPG Frühjahrstagung, Bonn, Germany,
15. – 19.03.2010
U. Stimming, European Platform of
Universities engaged in Energy Research,
HRK-Informations- und Strategietag für
Deutsche Hochschulleitungen, Straßburg,
France, 19. – 20.01.2010
H. Weinläder, High-insulating window and
facade systems: energy savings and energy
generation with the help of window glass
and window frames, research and
development results, products and
applications, Symposium glass technology
live, Düsseldorf, Germany,
29.09. – 01.10.2010
H. Weinläder, Hochwärmedämmendes
Vakuumisolierglas für leichte und schlanke
Fenster – Entwicklungsstand in Forschung
und Anwendung, Fassade10, Augsburg,
Germany, 28.01.2010
H. Weinläder, Innovative Verglasungen und
Fenster, 30. Frühjahrsseminar Unter
nehmerverband Metall Baden-Württemberg, Schluchsee, Germany, 12. – 13.03.2010
H. Weinläder, Vacuum Insulation Glass:
structure, data and long-term stability,
Symposium glass technology live,
Düsseldorf, Germany, 29.09. – 01.10.2010
H. Weinläder, Vakuumverglasung – Hochwärmegedämmte Fenster- und Fassadenelemente, Fachforum Innovative Dämmund Baustoffe, München, Germany,
26.11.2010
05.01.02
Fachvorträge
Contributed Talks
C. Balzer, S. Braxmeier, G. Reichenauer,
L. Weigold, Length change upon adsorption
(micro- and mesopores) – new results,
XV. porotec Workshop über die Charakterisierung von feinteiligen und porösen
Festkörpern, Bad Soden, Germany,
16. – 17.11.2010
A. Baumann, A. Wagenpfahl, C. Deibel,
V. Dyakonov, Polaron Recombination
Dynamics in Bulk Heterojunction Solar
Cells, DPG Frühjahrstagung, Regensburg,
Germany, 22. – 26.03.2010
C. Deibel, T. Strobel, V. Dyakonov, Role of the
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Germany, 08. – 09.06.2010
05.01.03
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|
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J. Krantz, I. Litzov, H.C. Oh, M. Heyder,
Formulation Aspects of Large Area Organic
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Proc. MRS 2010 Fall Meeting, Boston, USA ,
29.11.-03.12.2010
V. Gazuz, C. Buerhop-Lutz,
Electroluminescence imaging for detection
of power losses in solder contacts between
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Proc. 25th European Photovoltaic Solar
Energy Conference and Exhibition +
5th World Conference on Photovoltaic
Energy Conversion, Valencia, Spain,
06.-10.09.2010, 4219-4222
M. Geisler, H.P. Ebert,
Principle mechanisms of heat transfer
for cryogenic insulations with temperature
dependent deposition-evacuation of the
filling gas (self-evacuating systems),
Conference (ICEC), Breslau, Poland,
19.-23.07.2010
A. Göbel, F. Hemberger, H.P. Ebert,
A new laser flash system for
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Conference (ICEC), Breslau, Poland,
19.–23.07.2010
M. Himpel, S. Hiebler,
M. Helm, C. Schweigler,
Long term results from a latent heat
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EUROSUN 2010, Graz, Austria,
29.09. – 01.10.2010
S. Nürnberger, R. Bußar,
B. Franke, U. Stimming,
Effiziente und umweltfreundliche Nutzung
von Kohlenstoff zur Elektrizitätserzeugung,
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erschienen Februar 2010
M. Riepl, M. Helm, C. Schweigler,
S. Kainer, S. Kargl, M. Hörner,
Solar Assisted Cooling and Heating
with Multi-Stage Absorption Chiller,
EUROSUN 2010, Graz, Austria,
29.09.-01.10.2010
M. Rydzek, M. Reidinger,
M. Arduini-Schuster, J. Manara,
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ISBN -Nr. 978-3-00-031387-5
L. Schaefer, S. Roth, M. Hessmann,
nforderungen an den Prozess
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und die Systemtechnik beim Laserstrahlschweißen von Silizium,
13rd LEF Seminar: Laser in der Elektronik
produktion und Feinwerktechnik, Fürth,
Germany, 02.-03.03.2010,
Verlag Meisenbach Bamberg,
ISBN – Nr. 9783 – 87525 – 300 – 9, 75
05.02.04
Sonstige Veröffentlichungen
Miscellaneous Publications
T. Beikircher,
Hocheffizienter Flachkollektor mit
Foliendämmung und Überhitzungsschutz
für Betriebstemperaturen von 70-100°C,
Schlussbericht zum BMU -Projekt 0329280A,
ZAE Bayern, Garching, 2010
T. Beikircher,
Kunststoff-Folie isoliert Flachkollektor,
BINE Projektinfo 08/10 (ISSN 0937-8367)
W. Blum, W. Breyer, H. Bruhns, E. Gelfort,
M. Keilhacker, G. Luther, A. Otto, M. Rzepka,
M. Treber, W. Weingarten,
Elektrizität: Schlüssel zu einem nachhaltigen und klimaverträglichen Energiesystem,
Studie der Deutschen Physikalischen
Gesellschaft, 2010, 132-139
M. Böhm, G. Reichenauer,
Structure of Optically Switchable Silica
Xerogels, Hasylab Annual Report 2009
R. Brendel, N.P. Harder, J. Schmidt, S. Glunz,
R. Preu, S. Reber, L. Korte, T. Kunz, SiliziumWafersolarzellen – Neue Horizonte,
Tagungsband „Themen 2010“, Forschungsverbund Erneuerbare Anergien (FVEE),
Berlin, 54-59
C. Buerhop-Lutz, D. Schlegel,
M. Niess, C. Vodermayer,
Qualitätssicherung von
installierten Photovoltaik-Anlagen mit
Infrarot-Messtechnik,
Schlussbericht zum DBU -Projekt Az
27160 –22/2, ZAE Bayern, Erlangen, 11/2010
W. Dallmayer, J.M. Kuckelkorn,
M. Radspieler, M. Reuß, W. Schölkopf,
C. Schweigler, L. Staudacher,
Begleitforschung Solare Nahwärme
Am Ackermannbogen in München,
Schlussbericht zum BMU -Projekt 0329607G,
ZAE Bayern, Garching, 2010
V. Dyakonov,
Im Portrait,
BINE Themeninfo 22010
M. Geisler, G. Reichenauer,
N. Kardjilov, M. Dawson,
CO 2-deposition-evacuation in
spherical particles for correlations with
thermal conuctivity models ,
BENSC Experimenal Report 2010
U. Hoyer, S. Diatschuk,
T. Swonke, R. Auer, C.J. Brabec,
Hinterlüftung von Solargeneratoren,
Tagungsband OTTI – 25. Symposium
Photovoltaische Solarenergie
D. Jähnig, A. Thür, T. Núñes,
W. Wiemken, D. Mugnier, M. Helm,
Kälteerzeugung mit Sonnenwärme,
Erneuerbare Energie, 3, 2010, 22-24
J.M. Kuckelkorn,
Großversuchsstand zur Bestimmung
der hydraulischen Durchlässigkeit von
Tagungsband SKZ-Seminar – „Kunststoffe
in geothermischen Anwendungen“
J.M. Kuckelkorn, M. Biank, M. Reuß,
Großversuchsstand zur Bestimmung
der hydraulischen Durchlässigkeit von
Tagungsband OTTI – 10. Internationales
Geothermie
J.M. Kuckelkorn,
Grundlagen zur Oberflächennahen
Geothermie – Anwendung und Auslegung,
Tagungsband SKZ-Seminar – „Kunststoffe
in geothermischen Anwendungen“
J.M. Kuckelkorn, M. Biank, W. Wagner,
Machbarkeitsstudie Solare
Nahwärmeversorgung Speichersdorf,
Gemeinde Speichersdorf, 2010
J.M. Kuckelkorn,
Niedriger Primärenergiefaktor
für AFK-Nahwärme,
Geothermie Nachrichten, 2010
J.M. Kuckelkorn, M. Reuß,
Untersuchung der hydraulischen Durch
lässigkeit von Erdwärmesondensystemen,
GtV-Tagungsband Geothermiekongress
2010
107
T. Kunz, I. Burkert,
N. Gawehns, M. Hessmann, R. Auer,
Herstellung kristalliner Si-Dünn
schichtsolarzellen auf biologisch abge
leiteten Substraten,
Statusseminar Photovoltaik 2010, Berlin,
Germany, 23.-24.11.2010
V. Lorrmann, G. Reichenauer, M. Wiener,
C. Scherdel, T. Hauss, A. Buchsteiner,
Microscopic changes of carbon aerogel
EDLC electrodes during charging,
BENSC Experimenal Report 2010
M. Pröll, C. Thoma,
Schwach konzentrierender
PV-Hybrid Kollektor,
Tagungsband OTTI – 20. Symposium
thermische Solarenergie 2010, 80-81
M. Pröll,
Thermal Response Test,
Tagungsband – 1. VDI -Konferenz
Wärmepumpen 2010, 39-46
M. Pröll, M. Reuß,
Tiefenaufgelöste Bestimmung
der Wärmeleitfähigkeit,
Tagungsband – Geothermiekongress 2010
M. Pröll,
Vergleich verschiedener Methoden
zur Bestimmung thermischer Untergrundeigenschaften,
Geothermie 2010, 43-48
G. Reichenauer,
Schwellen für Kommerzialisierung
ganz unterschiedlich,
Nano-Energie Newsletter, 2/2010
M. Reuß, M. Pröll,
IEA ECES Annex 21 Thermal Response Test,
GtV-Tagungsband Geothermiekongress
2010
M. Reuß,
Oberflächennahe Geothermie
in der Kälteerzeugung,
Tagungsband OTTI – Effiziente Kältetechnik
in Gewerbe und Industrie 2010, 123-138
M. Reuß,
Richtlinie VDI 4640 – Thermische
Nutzung des Untergrunds,
108
M. Reuß,
Techniken der Oberflächennahen
Geothermie,
Tagungsband OTTI –
10. Internationales Anwenderforum
Oberflächennahe Geothermie 2010, 13-22
M. Reuß,
Techniken der Oberflächennahen
Geothermie und VDI 4640,
Tagungsband 1. VDI – Fachkonferenz
„Wärmepumpen – Umweltwärme effizient
nutzen“ 2010, 9-22
C. Scherdel, G. Reichenauer,
Development of Phenol-Formaldehyde
based Carbon Xerogels,
Hasylab Annual Report 2009
L. Staudacher,
CO 2 Heat Pipe zur Beheizung
von Eisenbahnweichen,
L. Staudacher, D. Schink,
CO 2 Heat Pipe zur direkten Nutzung
von Erdwärme,
Tagungsband 1. VDI – Fachkonferenz
„Wärmepumpen – Umweltwärme effizient
nutzen“ 2010, 59-66
G. Stryi-Hipp, M. Rockendorf, M. Reuß,
Das Technologieentwicklungspotenzial
für die Nutzung der Solarwärme,
Tagungsband „Themen 2010“, Forschungsverbund Erneuerbare Anergien (FVEE),
Berlin, 101-107
C. Weber, C. Scherdel,
V. Lorrmann, G. Reichenauer, J.Pflaum,
ASAXS investigation of Carbon-Manganese
Oxide Hybrid Electrode,
Hasylab Annual Report 2009
|
05.03 Studienabschlussarbeiten und
Dissertationen
Degree and Doctoral Theses
05.03.01
Studienabschlussarbeiten
Degree Theses
B. Allendorf,
Untersuchungen von solarer Wandheizung
im Sonnensimulator,
Julius-Maximilians Universität Würzburg,
Physikalisches Institut, 06/2010, Bachelor
C. Balzer,
Hochaufgelöste Messung adsorptions
induzierter Längenänderug an porösen
Kohlenstoffen,
Physikalisches Institut, 06/2010, Diplom
D. Baur,
Energetische, wirtschaftliche und öko
logische Analyse einer bestehenden
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplungs-Anlage
geringer Leistung,
Hochschule München, Versorgungs-und
Gebäudetechnik, 01/2010, Bachelor
B. Berang,
Simulation einer Absorptionskältemaschine mit nicht flüchtigen Lösungsmittel und
adiabatem Stoffübergang,
Hochschule München, Pysikalische Technik,
02/2010, Bachelor
U. Bogner,
Konzeption und Realisierung eines
zerstörungsfreien Messverfahrens für die
Bestimmung von Feuchtigkeit in
PV-Modulen mit Infrarot-Leuchtdioden,
FH Nordhausen, Ingenieurwissenschaften,
03/2010, Diplom
M. Böhm,
Optically Switching Silica Xerogels,
K. Brändler,
Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
dünner Schichten mittels der 3ω-Methode,
T. Brandt,
Massenspektroskopische Untersuchung
der Gasdiffusion durch poröse Materialien,
M. Demharter,
Optische Eigenschaften von
Polymerfilmen in der Photovoltaik,
Technische Universität München, Physik
Department, 10/2010, Bachelor
F. Dinauer,
Analyse und Bewertung von
thermischen Speichern in Kombination mit
Wärmepumpen und Kältemaschinen zum
Heizen und Kühlen von Gebäuden,
TU München, Maschinenwesen, 03/2010,
Diplom
M. Dolle,
Korrelation der Temperaturverteilung
defekter PV-Module unter
Betriebsbedingungen mit elektrischen
Modulkennwerten,
Hochschule Ansbach,
Ingenieurwissenschaften, 10/2010, Diplom
P. Dotzauer,
Experimentelle Untersuchung der
katalytischen Eignung verschiedener
Palladium-Wismut-Systeme für die
PEM -Brennstoffzelle,
Hochschule München, Feinwerk- und
Mikrotechnik, 02/2010, Bachelor
M. Eineder,
Entwicklung und Implementierung
eines Monitoring-Tools zur energetischen
Bewertung eines solaren Klima
tisierungssystems,
Mikrotechnik, 02/2010, Diplom
A. Erb,
Strahlungstransport in
semitransparenten Medien,
M. Graus,
Infrarot-optische und strukturelle
Charakterisierung nanoskaliger, elektrisch
leitfähiger Schichten,
N.H. Hansen,
Charakterisierung von
organischen Feldeffekttransistoren mit
Gate-Funktionalisierung,
F. Hanslik,
Auslegung, Aufbau und
Regelung eines wärmetechnischen
Versuchsstand für Pelletkessel,
Hochschule München, Maschinenbau ,
01/2010, Diplom
109
A. Heidenreich,
Thermohydraulische Untersuchung eines
Hochtemperaturaustreibers einer
zweistufigen Absorptionskältemaschine,
Hochschule München, Versorgungs-und
Gebäudetechnik, 05/2010, Bachelor
B. Hein,
Charakterisierung streuender metallischer
Partikel in organischen Polymersystemen,
J. Hertel,
Simulation der Absorption
an einem Fallfilm-Absorber,
Bachelor
C. Holzner,
Vergleich unterschiedlicher Photovoltaik
Technologien mit Hilfe eines LED -Sonnen
simulators unter Berücksichtigung des
Schwachlichtverhaltens von Solarzellen,
10/2010, Bachelor
P. Hörning,
Charakterisierung und Optimierung
transparenter und elektrisch leitfähiger
ZnO:Al-Beschichtungen zur
Reduktion des Emissionsgrades,
M. Hzami,
Planung und Konstruktion einer
Rekristallisationsanlage für Silizium-
Dünnschichtsolarzellen,
Hochschule RheinMain,
Ingenieurwissenschaften, 06/2010, Diplom
F. Jakubka, Großflächige Abscheidung
organischer Funktionsschichten, FriedrichAlexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
Werkstoffwissenschaften, 12/2010, Diplom
C. Karapepas,
Untersuchung der Trocknungskinetik
von Aerogelvorstufen,
Institut für Chemie und Pharmazie,
03/2010, Bachelor
T. Khouri,
Thermische Diffusivität von elektrisch
leitfähigen Proben oberhalb von 77 K,
110
F. Klinker,
Entwicklung und Charakterisierung optisch
schaltbarer Faserschichten,
R. Lembach,
Aufbau und Test einer Apparatur
zur Untersuchung des Be- und Entlade
verhaltens luftumströmter PCM -Matten,
S. Lieb,
Aufbau und Inbetriebnahme einer
Versuchswärmekraftanlage mit einem bei
niedriger Temeratur verdampfendem
Arbeitsmedium (ORC-Prozess) und eines
elektronischen Messdatenerfassungs- und
Visualisierungssystems,
Hochschule Kempten, Maschinenbau ,
03/2010, Diplom
S. Liebel,
Wirtschaftliche und ökologische
Bewertung des thermodynamischen
Potentials von alternativen Kühl
möglichkeiten bei Kraft-Wärme-Kälte
Kopplungs-Systemen,
TU München, Maschinenwesen,
04/2010, Diplom
M. Liebhaber,
Mechanische Eigenschaften poröser
Materialien: Vergleich experimenteller
Daten mit Modellen,
M. Mette,
Auslegung und Simulation von
Schichtbeladesystemen bei großen solaren
Warmwasserspeichern,
Mikrotechnik, 09/2010, Bachelor
C. Meyer,
Monolithische Silica-Xerogele mit
thermisch oxidierbaren Additiven,
TU München, Chemie, 06/2010, Diplom
P. Ponath,
Herstellung und Charakterisierung
von Aerogelen,
S. Raab,
Aufbau und Evaluierung einer Apparatur
zur Bestimmung des Emissionsgrades bei
hohen Temperaturen,
M. Rietsch,
Temperaturanalysen von Photovoltaik-
Modulen mit einer IR-Kamera,
10/2010, Bachelor
E. Runze,
Charakterisierung von Dünnschicht-Solarzellen basierend auf Diindenoperylen,
A. Schätzlein,
Herstellung von beschichteten Alupartikeln mittels Sol-Gel-Verfahren und
Einbringung in eine PE -Matrix,
P. Scheiderer,
Untersuchung konvektiver
Wärmeübergänge,
D. Schlegel,
Charakterisierung von PV-Modulen mit
Infrarot-Meßtechnik,
Hochschule Weihenstephan-Triesdorf,
Umweltingenieurwesen, 01/2010, Diplom
M. Schlierf,
Charakterisierung eines neuartigen
Sonnensimulators auf Basis von LED s,
Hochschule Amberg-Weiden, Maschinenbau/Umwelttechnik, 08/2010, Diplom
M. Schmiddunser,
Aufbau eines Diodenarrayspektrometers
mit natürlicher Strahlungsquelle,
J. Stauner,
Aufbau einer Testanlage zum
Vergleich gängiger PhotovoltaikDünnschicht-Technologien,
Hochschule Amberg Weiden, Maschinenbau/Umwelttechnik, 09/2010, Diplom
A. Steindamm,
Charakterisierung von Ladungs
trägerbeweglichkeiten hochgeordneter
organischer Einkristalle,
|
05.04 Patente
C. Thoma,
Experimentelle und theoretische
Analyse von Solarzellen im Umfeld von
konzentrierenden PV-T Hybridkollektoren,
TU München, Physik Department, 10/2010,
Diplom
A.K. Topzcak,
Untersuchung der exzitonischen
Transportprozesse in hochgeordneten
polyaromatischen Molekülschichten,
W. Weidinger,
Thermo-fluiddynamische Modellierung von
Hochtemperaturaustreibern zweistufiger
Absorptionskältemaschinen,
Diplom
N. Wohner,
Untersuchung von Punktdefekten in
Solarzellen mit Infrarotthermographie und
Elektrolumineszenz,
Hochschule Coburg, Physikalische Technik,
10/2010, Diplom
J. Wowy,
Konzeption, Aufbau und Inbetriebnahme
eines Kennlinien-Messsystems für
Solarzellen und Erprobung an einem
neuartigen Sonnensimulator auf LED -Basis,
Georg-Simon-Ohm-Hochschule Nürnberg,
Elektrotechnk Feinwerktechnik Informationstechnik, 08/2010, Diplom
M. Zipf,
Untersuchungen an winkelselektiven
Wandheizungen,
05.03.02
Doktorarbeiten
Doctoral Theses
C. Scherdel,
Kohlenstoffmaterialien mit
nanoskaliger Morphologie – Entwicklung
neuartiger Syntheserouten,
Physikalisches Institut, 01/2010
G. Storch,
Stabilität von Zeolithen
in Wärmespeicheranwendungen,
TU München, Maschinenwesen, 09/2010
Patents
H.P. Ebert, R. Schütte, Mit Latentwärmespeichermaterial (PCM) gefüllte Hohlfaser,
Verfahren zu deren Herstellung sowie
Verwendung dieser, DE 10 2008 031
163.4-43
Gebrauchsmuster, Vorrichtung zum
Erzeugen einer gasdichten Ultraschall-Lötverbindung , DE 20 2010 007 081 U1
C. Kren, C. Schweigler, F. Storkenmaier,
Energieumwandlungssystem mit mehrstufiger Absorptionskältemaschine (AKM)
oder Absorptionswärmepumpe (AWP), EP
001970647B1 + AT 00472709E
J. Manara, M. Reidinger, M. Arduini-Schuster,
M. Rydzek, M. Lickes, J. Staedtler, Flüssige
oder halbfeste Formulierung spektralselektiver Partikel zur Beschichtung flexibler
Körper sowie Verwendung dieser, DE 10
2009 006 832 A1 + WO 2010/086451 A1
M. Peltzer, E. Lävemann, Stoff- und
Wärmeaustauschreaktor, DE 101 41 525 B4
G. Reichenauer, M. Wiener, H.P. Ebert,
Kohlenstoffhaltiger selbsttragender
formstabiler Formkörper mit hoher
spezifischer IR-Extinktion für Hochtemperatur-Anwendungen, Verfahren zu deren
Herstellung und Verwendung dieser, DE 10
2008 037 710.4
C. Scherdel, G. Reichenauer, Mikro- und
mesoporöses Kohlenstoff-Xerogel mit
charakteristischer Mesoporengröße und
dessen Vorstufen, sowie ein Verfahren zur
Herstellung dieser und deren Anwendung,
DE 10 2008 030 921 A1 + WO 2010/000778
A1
C. Scherdel, Selbstentzündendes Kohlenstoff-haltiges Material, Verfahren zur
Herstellung und dessen Anwendung, DE 10
2009 012 303 A1
111
|
05.05 Mitarbeit in Gremien
Membership in Committees
Prof. Dr. C.J. Brabec
Dr. H.-P. Ebert
R. Kunde
Chair, Plastic Electronics 2010, Dresden
Mitglied, Prüfungsausschuss Physik
laboranten der IHK Würzburg-Schweinfurt
Mitglied, VDI Richtlinienausschuss VDI
6012 Blatt 2.1, Düsseldorf
Chair, International Cluster Conference on
Organic Photovoltaics, Würzburg
Chair Advisory Board der Zeitschrift,
Advanced Energy Materials, Wiley VCH
Co-Chair, SPIE Optics+Photonics 2010, San
Diego, USA
Co-Organizer and Co-Chair, 25th European
Photovoltaic Solar Energy Conference and
Exhibition (PVSEC), 5th World Conference
on Photovoltaic Energy Conversion,
Valencia, Spain
Editorial Board der Zeitschrift,
Journal of Photonics for Energy, SPIE
Progress in Photovoltaics, Wiley VCH
Future Photovoltaics
Scientific advisory committee,
Energy Center Netherlands (ECN),
Petten, Netherlands
Scientific evaluation committee,
Holst Center, Eindhoven, Netherlands
W. Dallmayer
Mitglied,
Arbeitskreis Langzeit-Wärmespeicher
Chair , International Cluster Conference on
Geschäftsführender Vorstand,
Physikalisches Institut,
Gutachterliche Tätigkeit ,
Deutsche Forschungsgemeinschaft,
Alexander von Humboldt Stiftung,
Carl-Zeiss-Stiftung
Mitglied des Beirats,
Bayerischer Cluster „Energietechnik“
Mitglied des Programmkomitees,
FVEE -Jahrestagung „Forschung für das Zeitalter der erneuerbaren Energien“
Sprecher, ForschungsVerbund Erneuerbare
Energien (FVEE)
Mitglied International Organizing Committee, European Conference on Thermophysical Properties (ECTP)
Vorsitz, Lenkungsausschuss Arbeitskreis
Thermophysik, Gesellschaft für thermische
Analyse e.V. (GEFTA )
Prof. Dr. J. Fricke
Sprecher des Clusters Energietechnik
E. Günther
Working Group Leader, International
Energy Agency IEA , Programmes „Solar
Heating & Cooling“ and „Energy Conservation through Energy Storage“, Task 42 /
Annex 24 „Material Development for
Improved Thermal Energy Storage Systems“
Dr. A. Hauer
Conference Chair, Eurotherm Seminar:
Thermal Energy Storage and Transportation: Materials, Systems and Applications
Prof. Dr. J. Pflaum
Chair International Cluster Conference on
Gutachter, AvH-Stiftung, Deutscher
Akademischer Austauschdienst (DAAD),
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG),
Bayerisch-Französisches Hochschulzentrum (BFHZ)
Mitglied, Fakultätsrat der Fakultät für
Physik und Astronomie,
Mitglied im Vorstand, Physikalisches
Institut, Julius-Maximilians-Universität
Würzburg
M. Pröll
Executive Secretary, Executive Committee
of the International Energy Agency IEA ,
Implementing Agreement „Energy
Conservation Through Energy Storage ECES“
Mitglied, International Energy Agency IEA ,
Implementing Agreement „Energy
Conservation Through Energy Storage
ECES“, Annex 21 „Thermal Response Test“
Mitglied Programmausschuss, VDI
Wissensforum Solarthermie 2011 – Heizen
und Kühlen mit der Sonne
Mitglied, VDI Richtlinienausschuss
VDI 4640
Operating Agent, International Energy
Agency IEA , Implementing Agreement
„Energy Conservation Through Energy
Storage ECES“, Annex 24 “Compact
Thermal Energy Storages – Material
Development and System Integration”
Wissenschaflticher Beirat, CIMTEC
2010 – 12th International Conference on
Modern Materials and Technologies and 5th
Forum on New Materials, Montecatini
Terme, Italy
Wissenschaflticher Beirat, EuroSun 2010
International Conference on Solar Heating,
Cooling and Buildings, Graz, Austria
Wissenschaflticher Beirat, International
Conference on Sustainable Energy Storage
2011, Belfast, UK
Energy Agency IEA : Building Coordination
Group
112
Dr. J. Manara
Mitglied, Fachausschuss VDI/VDE -GMA
FA 2.51 „Angewandte Strahlungs
thermometrie“
Dr. G. Reichenauer
Prof. Dr. C. Schweigler
L. Staudacher
Mitglied, DIN -Ausschuss „Partikel- und
Oberflächenmesstechnik“
Expert, International Energy Agency IEA;
Solar Heating & Cooling Programme,
Task 38 „Solar Air-Conditioning and
Refrigeration“
stellvertretender Obmann, VDI Richtlinienausschuss VDI 2129, Düsseldorf
Fachliche Leitung, VDI Fachkonferenz
Wärmepumpen, Stuttgart
Director on the part of TUM of the,
Joint Research Institute for Advanced
Power Sources for Electric Vehicles (IAPS) ,
Tsinghua University (THU), Bejing, PRC
Mitglied, Arbeitskreis Kohlenstoff
M. Reuß
Fachliche Leitung, RENEXPO 2010 Fachtagung Kombination Solarthermie +
Wärmepumpe, Augsburg
Fachliche Leitung, VDI Fachkonferenz
Wärmepumpen, Stuttgart
Mitglied, Arbeitskreis Langzeit-Wärme
speicher
Mitglied, VDI Koordinierungsgruppe
Gebäudebeheizung – GebäudeEnergetik
Obmann, VDI Richtlinienausschuss
VDI 4640
Operating Agent, International Energy
Agency IEA , Implementing Agreement
„Energy Conservation Through Energy
Storage ECES“,
Annex 21 „Thermal Response Test“
wissenschaftliche Leitung,
OTTI 10. Internationales Anwenderforum
„Oberflächennahe Geothermie“,
Linz, Austria
W. Schölkopf
Mitglied im Spiegelausschuss,
Deutsche Solarthermie Technologie-
Plattform (DSTTP)
Pate, Münchner Bündnis für Klimaschutz – Fachgruppe „effiziente Energie
bereitstellung“, München
Sprecher des Lenkungsausschusses,
IHK-Arbeitskreis Energieeffizienz, München
Wissenschaflticher Beirat,
OTTI Internationales Anwenderforum
„Energieeffizienz + Bestand“, Regensburg
Wissenschaflticher Beirat,
OTTI Symposium Thermische Solarenergie,
Regensburg
Non-Voting Member, ASHRAE Technical
Committee 8.3 – Absorption and Heat
Operated Machines,
American Society of Heating, Refrigeration
and Air-Conditioning Engineers
Mitglied des Arbeitsausschusses,
Elektrochemische Prozesse, DECHEMA e.V.,
Frankfurt am Main
Conference Solar Air-Conditioning
Senior Fellow, Institute of Advanced Study
(IAS), TU München
Sorption Heat Pump Conference
Dr. H. Weinläder
Prof. Dr. H. Spliethoff
Gutachter, EU, Arbeitsgemeinschaft
industrieller Forschungsvereinigungen
(AiF), Deutsche Forschungsgemeinschaft
(DFG), Deutsche Bundesstiftung Umwelt
(DBU), Wissenschaftsfonds Österreich,
Volkswagenstiftung
Jurymitglied, M-Regeneratio,
Förderpreis der Stadtwerke München
Mitglied, Deutsche Gesellschaft für Holzforschung e.V.
Mitglied, Fachverband Transparente
Wärmedämmung
S. Weismann
Vertreter des ZAE Bayerns,
IBPSA -Germany, Regional affiliate of the
International Building Performance
Simulation Association
Mitglied, Deutsche Vereinigung für
Verbrennungsforschung e.V. (DVV ), Essen
Mitglied, Fachausschuss Energiever
fahrenstechnik der GVC , VDI -Gesellschaft
Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen
Mitglied, The Combustion Institute,
Deutsche Sektion, Göttingen
Mitglied, VDI Richtlinienausschuss
VDI 3925
Mitglied, Verein zur Förderung der
Energie- und Umwelttechnik (VEU),
Duisburg
Superintendent of Research, International
Flame Research Foundation (IFRF), Italy
113
|
05.06 Vorlesungen
Lectures
C.J. Brabec, Grundlagen Werkstoffe der
Elektronik und Energietechnik, FriedrichAlexander-Universität Erlangen-Nürnberg,
SS 2010, WS 2010
C.J. Brabec, P. Wellmann, M. Bickermann,
M. Batentschuk, Grundlagen Werkstoffe
der Elektrotechnik, Friedrich-AlexanderUniversität Erlangen-Nürnberg,
WS 2009/10
C.J. Brabec, M. Bickermann, E. Meißner,
Seminar Kern- und Nebenfach der
Elektronik und Energietechnologie,
Friedrich-Alexander-Universität ErlangenNürnberg, SS 2010
J. Manara, Physikalische Grundlagen im
Bereich der Medizintechnik, Krankenpflegeschule an der Klinik Kitzinger Land, WS 2010
H. Mehling, Speicherung und Verteilung
thermischer Energie, Hochschule Weihenstephan / Wissenschaftszentrum Straubing,
SS 2010
J. Pflaum, Hauptseminar (Grundlagen der
Experimentellen und Theoretischen Physik),
SS 2010
C.J. Brabec, Seminar on Solar Energy,
Friedrich-Alexander-Universität ErlangenNürnberg, WS 2010
J. Pflaum, Mechanisch-thermische
Materialeigenschaften, Julius-Maximilians
Universität Würzburg, WS 2010/11
C.J. Brabec, Seminar: Neuere Fragen zu
Werkstoffen der Elektronik und Energietechnik, Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg, WS 2010
J. Pflaum, P. Jakob, Mittelseminar B
(Projektberichte), Julius-Maximilians
Universität Würzburg, SS 2010
F. Buttinger, M. Pröll, Praktikum Regener
ative Energien: Solarthermie Versuch,
Technische Universität München, SS 2010,
WS 2010/11
V. Dyakonov, Physik für Studierende der
Medizin im 1. Fachsemester, Julius-Maximilians Universität Würzburg, WS 2010/11
V. Dyakonov, Physik Organischer Halbleiter:
Opto- und Mikroelektronik, Photovoltaik,
Sensorik, Julius-Maximilians Universität
Würzburg, SS 2010
V. Dyakonov, J. Fricke, Seminar über
Energieforschung, Julius-Maximilians
Universität Würzburg, WS 2009/10, SS 2010,
WS 2010/11
J. Pflaum, Opto-elektronische Materialeigenschaften, Julius-Maximilians Universität Würzburg, SS 2010
J. Pflaum, Physikalische Technologie der
Materialsynthese, Julius-Maximilians
Universität Würzburg, WS 2009/10
M. Reuß, Ring-Vorlesung Oberflächennahe
Geothermie, Technische Universität
München, SS 2010
W. Schölkopf, Ring-Vorlesung Thermische
Energiespeicher, Technische Universität
München , SS 2010
C. Schweigler, Regenerative Energie- und
Stofftechnik, Fachhochschule Deggendorf,
SS 2010
V. Dyakonov, Seminar: Spektroskopie
organischer Halbleiter, Julius-Maximilians
Universität Würzburg, SS 2010, WS 2010/11
C. Schweigler, Technische Strömungsmechanik, Fachhochschule Deggendorf,
WS 2009/2010, WS 2010/2011
J. Fricke, Einführung in die Energietechnik,
WS 2009/10, WS 2010/11
C. Schweigler, Wärmeversorgung, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Straubing, SS 2010
M. Gaderer, C. Schweigler, Kraft-WärmeKälte-Kopplung, Technische Universität
München, SS 2010
L. Staudacher, Energie- und Wärmetechnik,
Hochschule München, SS 2010
A. Hauer, Ring-Vorlesung Thermische
Energiespeicher, Technische Universität
München , SS 2010
R. Kunde, F. Volz, M. Adeili, Praktikum
Regenerative Energien: Feinstaubmessung,
Technische Universität München,
WS 2009/10, WS 2010/11
114
T. Kunz, Photovoltaik-Technologie, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, WS 2010
|
05.07 Sonstiges
Miscellaneous
C. J. Brabec, Öffentliche Antrittsvorlesung,
Druckbare Halbleiter, Technische Fakultät
der Universität Erlangen-Nürnberg,
Erlangen, 18.06.2010
C.J. Brabec, R. Weißmann, Dozenten Kurs 12,
Erneuerbare Energien / Photovoltaik,
Ferienakademie 2010, Sarntal (Italy),
19.09.-01.10.2010
F. Buttinger, Vortrag, Praktische Lehre am
Beispiel Solarthermisches Praktikum,
Delegation der Universität von Montreal
(Canada), Besuch an der TU München,
Garching, 10.01.2010
W. Dallmayer, Ausrichtung, Workshop für
Heizungsbauer im Rahmen des interkommunalen Geothermieprojektes der
AFK-Geothermie GmbH, Garching,
30.04.2010
V. Dyakonov, TV-Beitrag, Organische
Photovoltaik, Bayerisches Fernsehen,
Frankenschau, 16.09.2010
A. Hauer, Ausrichtung, ECES Workshop,
Energiespeicherprogramm der Internationalen Energieagentur (IEA ), Bad Tölz,
14.-16.07.2010
U. Heinemann, Expertenbeiträge, „Wissenschaft debattieren“, Onlineplattform zu
Bürgerkonferenzen Karlsruhe, 30.-31.10.2010
/ 20.-21.11.2010
U. Heinemann, Zuarbeit Zeitrschriftsartikel
von Susanne Jacob-Freitag, Im luftleeren
Raum – Energetisch sanieren mit VIP als
Innendämmung – sinnvoll oder nicht?,
Energie Spezial | Technik, DBZ 1/2010
J. Manara, Interview, Low e-coatings for
improved thermal insulation, European
Coatings Journal (http://www.europeancoatings.com/videos/54302/EC-JochenManara-iOS 3), 09/2010
J. Manara, Ausrichtung 1. Symposium,
Membrankonstruktionen zur energetischen Sanierung von Gebäuden, Hightex
GmbH, Rimsting am Chiemsee, 28.10.2010
M. Radspieler, Übung, Principles of Energy
Conversion, TU München, WS 2010/2011
M. Radspieler, Praktikum, Signalverarbeitung, Hochschule München, SS 2010 +
WS 2010/2011
G. Reichenauer, Mitorganisation, International Summer School Aerogels 2010, Köln,
06.-08.10.2010
L. Schäfer, Zuarbeit blz-Beitrag, Neues aus
den Laserzentren, Laser Magazin 4/2010
W. Schölkopf, Fachpressekonferenz im
Rahmen, IFH/ Interm, Garching, 27.01.2010
C. Schweigler, Ausrichtung, 6th Expert
Meeting Annex 34: „Thermally Driven Heat
Pumps for Heating and Cooling“, IEA Heat
pump program, Garching, 27.-28.04.2010
U. Stimming, Radiointerview, Das mobile
Potential – Neue Konzepte der Fortbewegung, „IQ – Wissenschaft und Forschung“
auf Bayern 2, München, 17.05.2010
L. Weigold, M. Geisler, Teilnahme Messestand, Wissenschaftsjahr der Energie,
TectoYou – Hannover Messe 2010
U. Heinemann, Zuarbeit TV-Beitrag, Neue
Dämmstoffe, Sendereihe „ARD Ratgeber
Bauen und Wohnen“, 11.07.2010
U. Hoyer, L. Pinna, A. Göhl, Messebeteiligung, Bayern Innovativ Cluster-Forum mit
Fachausstellung „Recycling in der Photovoltaik“, Cluster Energietechnik, Bauzentrum
München, 01.12.2010
U. Hoyer, T. Swonke, Messebeteiligung mit
Bayern Innovativ, Intersolar Europe 2010,
Neue Messe München, 09.-11.06.2010
F. Kennett, Veranstaltung, Lange Nacht der
Wissenschaften, Campus Garching,
15.05.2010
J.M. Kuckelkorn, Interview, Nahwärmenetze
auf Basis Erneuerbarer Energien, Zeitschrift
Solarthemen, 3/2010, 15.09.2010
115
116
Bayern
|
06 Pressespiegel
Press Review
117
|
06.00 Pressespiegel
CeNIDE Newsletter NANO ENERGIE , 02/2010
118
Press Review
Main Post, 22.06.2010
119
MainPost06/2010
Wirtschaft in Mainfranken
06/20100
120
MainPost, 16.08.2010
121
MainPost 18.08.2010
Wirtschaft in Mainfranken
09/2010
122
Main Post 18.09.2010
123
Abendzeitung Nürnberg
21.09.2010
124
125
Main Post - Beilage: Erneuerbare Energien 02.10.2010
126
Die Welt 21.10.2010
127
Weichenheizung: Eisfreie Bahnschienen durch Erdwärme - Technik - ...
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/technik/weichenheizung-eisfr...
Weichenheizung: Eisfreie Bahnschienen durch Erdwärme - Technik - ...
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/technik/weichenheizung-eisfr...
gasdichten Rohrs mit flüssigem Kohlendioxid gefüllt, sagt der Geothermie-Experte.
Weil der Boden um die Sonde herum warm ist, verdampft ein Teil des Kohlendioxids
und steigt im Rohr nach oben. Im kalten Hohlraum direkt unter der Weiche kondensiert
dann das Kohlendioxidgas und wird flüssig. Es läuft an den Innenwänden des Rohrs
zurück in die Tiefe, wo es durch die Erdwärme wieder verdampft und als Gas erneut
nach oben steigt. Das Kohlendioxid zirkuliert in dem verschlossenen Rohr bei einem
Druck von 40 bar. Geringe Temperaturdifferenzen reichen aus, damit das System
Wärme aus dem Boden zur Weiche transportieren kann. Einmal installiert, sollen die
Erdwärmesonden rund 20 Jahre funktionieren.
Drucken
http://www.focus.de/wissen/wissenschaft/technik/weichenheizung-eisfreie-bahnschienen-durcherdwaerme_aid_564459.html
Weichenheizung
Ein- und Ausschalten ist unnötig
Wenn die Weiche nicht mehr kalt genug ist, um das CO2 zu verflüssigen, steht der
Kreislauf automatisch still. Umgekehrt läuft der Prozess selbsständig an, wenn die
Weiche eine kritische Temperatur unterschreitet. Bis der CO2-Kreislauf richtig in
Schwung kommt und seine volle Leistung erreicht, dauert es allerdings eine Weile. Ob
das Heizsystem im Ernstfall tatsächlich schnell genug auf Touren ist, überprüfen die
Entwickler diesen Winter in ersten Praxis-Projekten.
Samstag 23.10.2010, 09:28 · von FOCUS-Online-Autorin Susanne Rietfort
Im Winter heizt die Bahn 64 000
Weichen. Ingenieure versuchen
nun, die dafür nötige Energie
aus Erdwärme zu beziehen und
haben ein ausgeklügeltes
System entwickelt.
Pro Weiche eine Sonde
„Für eine Weiche reicht in der Regel eine Bohrung. Das hängt aber vom Standort ab.
In Bahnhöfen sind ganze Sondenfelder erforderlich“, sagt Staudacher. „Damit eine
elektrisch betriebene Weichenheizung läuft, braucht man 300 Watt pro Meter. Bei der
Erdwärmeheizung ist das komplizierter. Neben den geologischen Bedingungen des
Bodens kommt es stark auf das Klima in dem beheizten Gebiet ab. Bei mildem
Ruhrpottklima reicht eine kürzere Sonde als in Garmisch“, erklärt Staudacher.
„Technisch sind die Erdwärmesonden in der Lage, die Weichen fast überall in
Deutschland zu beheizen“, schätzt der Fachmann. Ob sich die Installation
wirtschaftlich an allen Orten lohnt, kann er allerdings noch nicht sagen. In
Gebirgsregionen, in denen es viel regnet und schneit und sehr kalt ist, ist die
Erdwärmesonde beispielsweise schwieriger zu realisieren. Denn je rauher das Klima,
desto tiefer muss die Sonde sein, um genügend Wärme zu erzeugen. Und mit jedem
zusätzlichen Sondenmeter steigt der Preis, weiß Staudacher.
Stundenlanges Warten auf den Zug
bei Minusgraden: für Bahnfahrer ist
das nichts Ungewöhnliches.
Gerade im Winter sind die Züge
wegen Pannen durch Schnee und
Eis häufig verspätet. Damit die Züge bei Glatteis überhaupt fahren können, beheizen
die Bahngesellschaften ihre Weichen. Bislang primär durch Strom und Gas.
Wissenschaftler des Bayerischen Zentrums für Angewandte Energieforschung (ZAE)
haben jetzt gemeinsam mit der Pintsch Aben geotherm GmbH ein alternatives
Heizmodell entwickelt, das mit Erdwärme funktioniert.
Die Schienen der Deutschen Bahn
Thomas Nyfeler/dpa
könnten in Zukunft mit Erdwärme beheizt werden
Herkömmliche Heizung überflüssig
Erste Versuche schon in diesem Winter
Allein die Deutsche Bahn AG beheizt etwa 64 000 Weichen. Um die Heizung über
elektrischen Strom zu betreiben, werden in Deutschland jährlich rund 230 Gigawatt
benötigt. Seit einigen Jahren setzt die Bahn bereits zusätzliche Systeme ein, die
Wärme aus dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzen. Aber auch die kommen nicht
ganz ohne Strom aus. Dennoch verbraucht diese Heizvariante bereits 40 Prozent
weniger Energie. Die weiter entwickelte Weichenheizung des ZAE braucht gar keinen
Strom, sie spart also noch mehr Energie ein. Ob das Heizmodell, das vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird, funktioniert, müssen
Entwickler und Unternehmen aber noch prüfen.
Ein Pilotprojekt mit mehreren Demonstrationsanlagen ist geplant. Noch in diesem Jahr
wird die erste Weichenheizung dieser Art in Hamburg installiert. Zwei Sonden, die eine
Gesamtlänge von 75 Metern haben, beheizen dann die Weichen der Hafenbahn. Die
Installationskosten sind hoch: pro Weiche rund 35 000 Euro. Doch der Betrag hat sich
bei den heutigen Energiekosten nach acht bis zehn Jahren amortisiert. Ab diesem
Zeitpunkt spart man, denn einmal installiert verursachen die Wärmesonden keine
Folgekosten.
© FOCUS Online 1996-2010
Wärme aus der Tiefe
Die TOMORROW FOCUS AG weist darauf hin, dass Agentur-Meldungen, sowie -Fotos weder reproduziert noch
„Unser System wird ausschließlich mit oberflächennaher Erdwärme betrieben. Es ist
selbstregelnd und nahezu wartungsfrei“, sagt Lars Staudacher, Physiker am ZAE, im
Interview mit FOCUS Online. Kern des Modells ist eine Erdwärmesonde – ein langes
Rohr, das in den Erdboden hineinreicht. „Die Bohrungen sind normalerweise zwischen
30 und 100 Metern tief“, erklärt Staudacher. Anders als bei herkömmlichen
Erdwärmesonden, durch die Wasser gepumpt wird, ist der untere Bereich des
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wiederverwendet werden dürfen.
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ZAE Bayern: Adressen
ZAE Bayern: Addresses
Sitz des Vereins (VR 1386)
Registered Office
SS+49 931/ 705 64 -0
TT+49 931 / 705 64 -60
[email protected]
ZAE Bayern
Am Hubland
97074 Würzburg, Germany
Abteilung Division
Renewable Energy
nach Freising
Autobahnausfahrt
Garching-Nord
SS+49 89/ 32 94 42 -0
TT+49 89/ 32 94 42 -12
ZAE BAYERN
U6
Boltzmannstr.
Freisinger Landstr.
A9
Walther-Meißner-Str. 6
85748 Garching
Germany
Lichtenbergstr.
B11
zum
Autobahnkreuz
Neufahrn, Nürnberg
LINIE 230
Forschungszentrum
WaltherMeissner-Str.
LudwigPrandtl-Str.
[email protected]
nach
Garching, München
zum
Autobahnkreuz
München-Nord
Abteilung Division
Zur A7
Kassel–Nürnberg
Funktionsmaterialien der Energietechnik
Technology
Buslinie 14
Hauptbahnhof
B8
Würzburg
innenstadt
Am Hubland
97074 Würzburg
B19
Ze p
Germany
M
SS+49 931/ 7 05 64 -0
TT+49 931/ 7 05 64 -60
AI
N
Rottendorf
Zur A3 Richtung Nürnberg
Biebelried, Kitzingen
Rottendorfer Str.
peli
Eber tskl
nst
Buslinie 14
Mathematisches Institut
r.
inge
ZAE BAYERN
Gerbrunn
Universität
am Hubland
[email protected]
B13
Randersacker
Zur A3 Richtung Frankfurt
Würzburg Heidingsfeld
Zur A3 Richtung Nürnberg
Randersacker
Abteilung Division
Bamberg
Tennenlohe
A73
Am Weichselgarten 7
91058 Erlangen
Am
Weichselgarten
Frankfurt
Würzburg
Wetterkreuz
IGZ
ZAE BAYERN
A3
B4
[email protected]
Buslinie 30
am Wetterkreuz
Germany
SS+49 91 31/ 691 -180
TT+49 91 31/ 691 -181
Erlangen
A3
Fürth
Nürnberg
136
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München
Regensburg
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Tätigkeitsbericht 2010

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