40 Jahre Forschung für die Energiewende: Fraunhofer ISE feiert Jubiläum

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Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE feiert in diesem
Jahr sein 40jähriges Jubiläum. Das größte Solarforschungsinstitut Europas
mit mittlerweile rund 1300 Mitarbeitenden begleitete die Energiewende in
Deutschland von Anfang an mit. Heute ist es weltweit einer der wichtigsten
Impulsgeber und Forschungspartner für eine Energieversorgung basierend auf
100 Prozent erneuerbaren Energien.

Zu diesem Anlass veranstaltet das Fraunhofer ISE heute ein Symposium unter
dem Titel »Nachhaltige Forschung für die Energiewende – und für die
Generationen nach uns«. Dazu Institutsleiter Prof. Dr. Hans-Martin Henning
»Von Anfang an haben wir am Fraunhofer ISE mit großer thematischer
Bandbreite und einem Blick auf das gesamte Energiesystem Forschungs- und
Entwicklungsarbeit geleistet«. Institutsleiter Prof. Dr. Andreas Bett
ergänzt: »Bei unserem Symposium blicken wir auf 40 erfolgreiche Jahre
zurück. Wir fragen aber auch, welche gesellschaftlichen, wirtschaftlichen
und politischen Anstrengungen jetzt erforderlich sind, um einem
klimaneutralen Energiesystem zum Durchbruch zu verhelfen.«
Der Solarpionier Prof. Adolf Goetzberger, damals Leiter des Fraunhofer-
Instituts für Angewandte Festkörperphysik IAF, gründete das Fraunhofer ISE
1981 gegen anfängliche Widerstände. Das Institut umfasst heute zwei etwa
gleich große Bereiche: Photovoltaik sowie Energietechnologien und
-systeme. Das spiegelt sich auch bei der Institutsleitung wider, die seit
2017 Prof. Dr. Hans-Martin Henning und Prof. Dr. Andreas Bett als
Doppelspitze innehaben.

Photovoltaikforschung für höhere Wirkungsgrade und niedrigere Kosten

PV-Technologien, die am Fraunhofer ISE entwickelt wurden, haben starke
Verbreitung in der internationalen Solarzellenproduktion gefunden, wie zum
Beispiel der Einsatz von Lasern oder die TOPCon-Technologie. In der
Anwendung dieser und weiterer PV-Technologien erzielte das Institut
zahlreiche Rekorde: Weltrekorde, wie den Wirkungsgradrekord für
multikristalline Siliciumsolarzellen mit TOPCon Technologie (22,3 %),
beidseitig kontaktierte Siliciumsolarzellen mit TOPCon-Technologie (26.0
%) und für III-V-Tandemzellen auf Silicium (35.9 %).

Forschung für CO2 neutrale Energietechnologien und -Systeme

Der Umbau der Energieversorgung auf erneuerbare Energien endet nicht bei
der Energiebereitstellung. Um den systemischen Anforderungen einer
erneuerbaren Energieversorgung in der gesamten Breite gerecht zu werden,
beschäftigen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des
Fraunhofer ISE von Beginn an auch mit der Integration solaren Stroms und
solarer Wärme in das Energiesystem. Sie betreuten zum Beispiel ab 1987 das
Energieprojekt an der Rappenecker Hütte, die unter ihrem Geleit die erste
vollständig mit Solarenergie versorgte Wandergaststätte wurde. Ihr
Jahresstromverbrauch von 4000 kWh wird zu rund 65 Prozent von der
Photovoltaik, zu circa 10 Prozent von Windkraft und zu 25 Prozent mit
Hilfe einer Brennstoffzelle gedeckt. Auch Meilensteine wie die Entwicklung
des ersten vollelektrischen Wechselrichters zum Einsatz in autonomen PV-
Anlagen oder ein hocheffizientes induktives Ladesystem für
Elektrofahrzeuge tragen die systemische Handschrift des Instituts. Heute
wird an einem eigenen Standort die Leistungselektronik der zukünftigen
Stromnetze, die immer größere Anteile von Strom aus Sonne und Wind
enthalten, entwickelt.
Im Bereich der Solarthermie entwickelte das Institut unter anderem
Solarkollektoren aus Ultrahochleistungsbeton und neuartige selektive
Solarabsorberschichten für thermische Solarkollektoren, entwickelte aber
auch Verfahren zu optimierten Regelung von solarthermischen Kraftwerken.
Wärmepumpen – einer zentralen Heiztechnologie der Zukunft – widmen sich
die Forscherinnen und Forscher mit umfangreichen Feldtests, sowie der
Weiterentwicklung von Kältekreisen mit natürlichen, klimaschonenden
Kältemitteln.

Die entscheidende Phase der Energiewende begleiten

Wegweisende Studien des Fraunhofer ISE, wie zum Beispiel jüngst die wieder
aktualisierte, auf dem ReMod-Modell basierende Studie »Wege zu einem
klimaneutralen Energiesystem – Die deutsche Energiewende im Kontext
gesellschaftlicher Verhaltensweisen« zeigen, dass der Ausbau der
erneuerbaren Energien in Deutschland bis 2045 stark intensiviert werden
muss. Sie belegt zugleich den hohen Einfluss gesellschaftlichen Verhaltens
auf Aufwand und Kosten des Umbaus des Energiesystems.
Die umfassende, öffentlich zugängliche Energiedatenbank »Energy-Charts«
bereitet Energiedaten in Deutschland und mittlerweile auch anderen
europäischen Ländern auf und dient vielen Akteurinnen und Akteuren als
Informations- und Diskussionsgrundlage zum Stand der Energiewende.
Der Anforderung an das sechs- bis achtfache der aktuellen Flächen für
Photovoltaik, begegnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit
Forschung zu Integrierter Photovoltaik: 2017 konzipierten sie die erste
Agri-PV Anlage in Deutschland, 2019 präsentierten sie ein farbiges PV-
Autodach. Neuartige Modulverschaltungen wie neue Zellverbinder,
Klebeverfahren für Schindelmodule, Module für Gebäudeintegrierte
Photovoltaik und farbige MorphoColor®-Schicht ermöglichen immer bessere
Photovoltaikmodule auch für anspruchsvollere Flächen.
Die Effizienz der Solarzellen und -module soll auch zukünftig
vorangetrieben werden, zum Beispiel mit einem Forschungsschwerpunkt auf
höchsteffiziente Tandemphotovoltaik in einem dafür im Sommer 2021
eingeweihten Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen. Die Speicherung des
so gewonnen Stroms wird ab 2022 ebenfalls ein neues Laborgebäude erhalten,
in dem Forschung und Test von Batteriespeichersystemen noch umfassender
möglich sein wird als aktuell. Und auch beim letzten großen Baustein der
Energiewende, Wasserstoff, ist ein Ausbau der Infrastruktur geplant. Die
erste solare Wasserstofftankstelle in Freiburg, 2012 als öffentlich
zugängliche Pilotprojekt und Forschungsplattform eröffnet, bekommt längst
mehr Andrang, als sie bedienen kann.
»Viel wurde erreicht, um eine auf erneuerbaren Energien basierende
Energieversorgung überhaupt denkbar zu machen. In der Umsetzung liegt
allerdings noch das größte Wegstück für uns«, so Hans-Martin Henning. Und
Andreas Bett ergänzt: »Deshalb wird angewandte Forschung zum Transfer
neuer Technologien und Systemlösungen auch in den nächsten Jahrzehnten
nicht an Bedeutung verlieren.«