Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Vorlage:Infobox Forschungseinrichtung in Deutschland
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), auch in der Kurzbezeichnung „Fraunhofer ISE“ genannt, ist eine Einrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (FhG) und hat seinen Sitz in Freiburg im Breisgau. Seine Aktivitäten sind der angewandten Forschung und Entwicklung in den Fächern Ingenieurwissenschaft und Naturwissenschaft auf dem Gebiet der Solartechnik und der Photovoltaik zuzuordnen. Das Fraunhofer ISE Labor- und Servicecenter Gelsenkirchen sowie das Technologiezentrum Halbleitermaterialien (THM) in Freiberg sind Außenstandorte des Instituts, die sich der Solarzellen- bzw. Halbleiter-Materialentwicklung widmen.
Geschichte
Das Fraunhofer ISE wurde 1981 gegründet und war das erste außeruniversitäre Solarforschungsinstitut in Europa. Die frühen Schwerpunkte waren: der Fluoreszenzkollektor FLUKO, die Transparente Wärmedämmung sowie erste Schritte in Richtung hocheffizienter Silicium und III-V Solarzellen, Dünnschichtzellen sowie Solarsilicium.
Bereits 1983 gelang die Entwicklung des ersten vollelektronischen ISE-Wechselrichters mit bis dahin nicht erreichtem Wirkungsgrad zum Einsatz in autonomen Photovoltaik-Anlagen. Im Jahr 1986 entsteht das erste Serienprodukt mit einem Fluoreszenzkollektor zur Energieversorgung. Im Rahmen des PV-Kleingeräteprogramms entstehen in Zusammenarbeit mit der mittelständischen Industrie zahlreiche weitere erfolgreiche Produkte. Mit der Inbetriebnahme des Reinraumlabors begann 1989 die Herstellung von hocheffizienten Solarzellen. Vom ISE entwickelte selektive Solarabsorberschichten für thermische Solarkollektoren gehen 1998 in die industrielle Fertigung.
Forschung und Entwicklung
Mit der Forschung des Fraunhofer ISE werden die technischen Voraussetzungen für eine effiziente und umweltfreundliche Energieversorgung, sowohl in Industrieländern als auch in Schwellen- und Entwicklungsländern, geschaffen. Die Arbeit des Instituts reicht von der Erforschung der naturwissenschaftlichen Grundlagen der Solarenergienutzung über die Entwicklung von Produktionstechniken und Prototypen bis hin zur Ausführung von Demonstrationsanlagen.
Die wissenschaftlichen Abteilungen des Instituts spiegeln die hier im Überblick beschriebenen Arbeitsschwerpunkte:
- Gebäude und technische Gebäudeausrüstung
Am Fraunhofer ISE sind Gebäude und ihre technische Ausrüstung ein zentrales Thema. Im Team mit Architekten, Fachplanern und der Industrie werden Gebäude von heute optimiert und Gebäude für morgen entwickelt. Dabei werden hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit, der Energieeffizienz und dem Nutzerkomfort optimierte Konzepte zu verwirklicht. Die internationalen Rahmenbedingungen hierfür werden durch Mitarbeit in Projekten der Internationalen Energieagentur (IEA) mitgestaltet. Für diese Aufgaben arbeiten viele Disziplinen zusammen – von der Materialforschung und Schichtentwicklung bis zur Komponenten- und Systementwicklung einschließlich der erforderlichen Tests.
- Optische Komponenten und Systeme
Solare Energiesysteme wandeln Solarenergie, die in Form von elektromagnetischer Strahlung auf die Erde trifft, in thermische, elektrische oder chemische Energie um. Hierbei werden optische Komponenten und Systeme entwickelt, um die Solarstrahlung je nach Anforderung besser zu transmittieren, zu reflektieren, zu absorbieren, zu filtern, zu lenken oder zu konzentrieren. Der Bereich „Optische Komponenten und Systeme“ umfasst als Querschnittsthema mehrere Segmente der Solartechnik: Fenster und Fassaden, solarthermische Kollektoren, Photovoltaik und solare Kraftwerke.
- Solarzellen
Die Photovoltaik gewinnt, insbesondere durch die gezielten Markteinführungsprogramme in Japan und Deutschland, immer mehr an Bedeutung. Auf 1200 m² Laborfläche werden in diesem Arbeitsschwerpunkt Forschung, Entwicklung und Service in einer neuen Dimension betrieben: im Produktionsmaßstab. Flexible Automatisierung von Prozessinseln erlaubt Experimente mit hoher statistischer Relevanz, bei Durchsätzen bis 1000 Wafern pro Stunde sowie bei Wafergrößen bis 210 mm Kantenlänge und Waferdicken deutlich unter 200 μm.
- Netzunabhängige Stromversorgungen
Menschen in ländlichen Regionen, unzählige technische Anlagen in der Telekommunikation (z.B. Handys), Umweltmesstechnik und Telematik haben eines gemeinsam: Sie alle brauchen eine netzunabhängige Stromversorgung. Hierfür werden regenerative Energien oder andere innovative Energiewandler entwickelt. Von besonderer Bedeutung ist hier die Entwicklung von Mikrobrennstoffzellen für tragbare Geräte. Dadurch können bei gleicher Baugröße oder gleichem Gewicht die Betriebszeiten der Geräte wesentlich verlängert werden.
- Regenerative Stromerzeugung im Netzverbund
Der Bau netzgekoppelter Anlagen ist heute der weltweit größte Markt der Photovoltaikbranche. Dieser Bereich berät bei der Anlagenplanung, charakterisiert Solarmodule und führt die technische Bewertung und Leistungsprüfung von Photovoltaik-Anlagen durch. Neben großflächigen Anlagen können mittelfristig auch konzentrierende photovoltaische Systeme und solarthermische Kraftwerke einen wichtigen Beitrag zur umweltfreundlichen Stromerzeugung leisten.
- Wasserstofftechnologie
Wasserstoff setzt bei der Reaktion mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle nutzbare Energie in Form von Strom und Wärme frei. Da Wasserstoff in der Natur jedoch nicht in Reinform vorliegt, muss er aus seinen vielfältigen chemischen Verbindungen gewonnen werden. Im Bereich Wasserstofftechnologie werden innovative Technologien zur Gewinnung und hocheffizienten Umwandlung von Wasserstoff in Strom und Wärme erforschet. Zusammen mit den Partnern aus Industrie und Wissenschaft werden Komponenten bis hin zu kompletten Brennstoffzellensystemen, überwiegend für netzferne, portable und mobile Anwendungen entwickelt.
Kooperationen
Das Fraunhofer ISE ist federführendes Mitglied im „Fraunhofer-Themenverbund Energie“. In diesem Verbund bündeln zehn Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen in Energietechnologien und -forschung, um Industrie und Energiewirtschaft Forschungs- und Entwicklungsarbeiten aus einer Hand anbieten zu können.
Das Institut ist außerdem in ein Netz von nationalen und internationalen Kooperationen eingebunden, es ist u.a. Mitglied des ForschungsVerbunds Sonnenenergie (FVS) und der European Renewable Energy Centers Agency (EUREC).
Im universitären Bereich besteht eine enge Kooperation mit dem Materialforschungszentrum der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg die den Grundlagenforschungsbedarf des Fraunhofer ISE abdeckt und durch die Doppelfunktionen des Institutsleiters (zugleich Lehrstuhlinhaber) begünstigt wird.
Ausgründungen
Ausgründungen aus Forschungseinrichtungen sind Teil einer von Bund und den Ländern gewollten Strategie zur Verwertung von marktfähigen Forschungsergebnissen, welche aus öffentlichen Mitteln gefördert wurden (Stichwort: Ergebnisse nicht in die Schublade, sondern dem Wirtschaftsstandort Deutschland zuführen). An solchen Ausgründungen beteiligen sich in der Regel Mitarbeiter der Einrichtungen und ggf. die Institute selbst.
Bisher hat es beim Fraunhofer ISE sechs solche Ausgründungen, auch „Spin-Off“ genannt, gegeben.
Beispiele:
- Im Jahr 1999 wurde ein Unternehmen gegründet, deren Dienstleistungen das Know-how rund um die Solarenergie betrifft. Das Unternehmen bietet neben Studien und Gutachten auch Mess- und Regeltechnik sowie Sonderanfertigungen für Laborequipment an.
- Ein im Jahr 2001 gegründetes Unternehmen befasst sich mit der Entwicklung und Fertigung von funktionalisierten Oberflächen für Lichtmanagement. Eine besondere Spezialisierung ist die großflächige homogene Strukturierung von optischen Oberflächen.
- Ein weiteres im Jahr 2002 gegründetes Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, Wärmequellen für die Kälteerzeugung zu erschließen und dafür Niedertemperaturwärme anstelle von Strom als Energiequelle nutzbar zu machen. Damit steht eine Anlagentechnik zur Verfügung, mit der insbesondere im Sommer nicht nutzbare Wärme aus einer Vielzahl von Quellen zur wirtschaftlichen Kälteerzeugung genutzt werden kann.
- Ein neu gegründetes Technologieunternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, eine innovative Photovoltaik-Technologie in den Markt einzuführen. Photovoltaik-Kraftwerke von 100 kW bis mehrere Megawatt Leistung werden möglicherweise die Zukunft der Photovoltaik bestimmen. Das Unternehmen zielt dabei auf große Photovoltaik-Installationen in sonnenreichen Ländern.
Infrastruktur
Am Fraunhofer ISE sind insgesamt rund 500 Personen beschäftigt, wovon 185 das Stammpersonal ausmachen. Über 18.000m² Büros, Labors und Testgelände stehen zur Bearbeitung der Forschungsaufträge zur Verfügung.
Der Betriebshaushalt des Fraunhofer ISE lag im Geschäftsjahr 2006 bei 29,2 Millionen Euro. Etwa 16 % hiervon kamen aus der Grundfinanzierung, welche zu 90 % aus Bundesmitteln und zu 10 % aus Landesmitteln finanziert wird. Rund 37 % des Betriebshaushalts waren Erträge aus der Auftragsforschung der Wirtschaft, die restlichen Mittel stammen aus öffentlichen und sonstigen Erträgen.
Das Fraunhofer ISE wird seit 2006 von Prof. Dr. Eicke R. Weber geleitet, der in Personalunion auch Inhaber des Lehrstuhls für Angewandte Physik, Solarenergie an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ist.
