In dem fachgebietsübergreifenden Schwerpunktthema Energiewirtschaft und -technik werden insbesondere aktuelle Themen der regenerativen Energien, der Energieeffizienz und Nachhaltigkeit behandelt. Gegenstand aktueller und geplanter Aktivitäten sind die technische Entwicklung von Energietechnikkomponenten und -systemen sowie deren Vernetzung. Insbesondere gehören hierzu auch Wirtschaftlichkeitsanalysen sowie die Bezüge zur Energiepolitik.

Der Forschungsschwerpunkt Energiewirtschaft und -technik bestehen ihrerseits aus 3 Forschungsfeldern. Die Forschungsfelder und die verantwortlichen Professor:innen sind im nachfolgenden aufgeführt.

Eine Auswahl der Publikationen zu Forschungsschwerpunkt Energiewirtschaft und -technik finden Sie hier:

Polykristalline CIGS-Solarzellentechnologie

In diesem Forschungsfeld geht es um die Weiterentwicklung von Dünnschichtsolarzellen, die mit weniger als einem Prozent des benötigten Materials von Si-Solarzellen auskommen und im Vergleich zu polykristallinen Si-Solarzellen nur etwa ein Zehntel der Energie zur Herstellung brauchen. Diese sogenannten CIGS-Solarzellen liefern bei gleicher Sonnenbestrahlung etwa die gleiche Menge an elektrischer Energie wie Si-Solarzellen. Auch der Herstellungspreis ist vergleichbar mit herkömmlichen Solarzellen, allerdings sind die Fertigungskapazitäten noch deutlich geringer.
Bei dieser Weiterentwicklung von Dünnschichtsolarzellen geht es um die Optimierung von Prozessparametern, um einerseits den Wirkungsgrad zu erhöhen und andererseits die Produktionskosten zu senken. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten zielt auf die Entwicklung einer sog. „Tandemzelle“ ab, wodurch CIGS-Solarzellen neben gelber Farbe auch andere Farben des Sonnenlichts zur Erzeugung von elektrischem Strom nutzen können.

Dieses Forschungsfeld wird vorangetrieben durch ein vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Forschungsverbund „speedCIGS“ mit einem Projektvolumen von 4,7 Mio. Euro. Im Rahmen des Verbundprojekts wurde bereits ein Prototyp einer Tandem-Zelle mit einem Wirkungsgrad von 23,3 % hergestellt.

Insgesamt besteht der Forschungsverbund aus sieben Institutionen: Wilhelm Büchner Hochschule (Leitung des Projekts); NICE Solar Energy GmbH (Industriepartner); Materion GmbH (Industriepartner); Universität Paderborn; Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung Stuttgart (ZSW); Universität Jena; Helmholtz-Zentrum für Energie und Materialien Berlin (HZB); TU Berlin.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Johannes Windeln

Chemie und Materialwissenschaften

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PV Range Extender

Der Markterfolg von Elektrofahrzeugen wird neben den Anschaffungskosten insbesondere durch die erzielbare Reichweite und die örtliche Verfügbarkeit von elektrischer Energie bestimmt. Im Rahmen des durch die WBH eigenfinanzierten Forschungsprojekts wird untersucht, welchen Beitrag am Fahrzeug angebrachte Solarzellen hierzu leisten können. Dazu soll ein Elektrofahrzeug mit Solarzellen bestückt und die solar gewonnene Energie für den Fahrantrieb genutzt werden. Die Untersuchungen sollen ganzjährig erfolgen und auch die Nutzung von Stillstandzeiten zur ortsungebundenen, autarken Fahrzeugbetankung umfassen. Die elektrische Systemeinbindung der Solarzellen ist in Abb. 2 dargestellt.

In die Aktivitäten dieses Forschungsfeldes werden Studierende unterschiedlicher Fachrichtungen eingebunden, unter anderem durch die Vergabe von Abschlussarbeiten. Im Rahmen der Untersuchungen wird ein Vergleich des realen mit dem theoretisch erzielbaren Solarenergieertrag durchgeführt. Hierfür wird ein Berechnungsprogramm erarbeitet, das unter anderem die Position und Ausrichtung des Fahrzeugs sowie relevante Umgebungsparameter berücksichtigt, wie beispielsweise die Temperaturen der Solarzellen.

Das Berechnungsprogramm wird fortlaufend mit den im Fahrbetrieb ermittelten Daten abgeglichen. So soll schließlich eine anwendungsorientierte Berechnung der zu erwartenden Reichweitenverlängerung für unterschiedliche Solartechnologien und Anordnungen von Solarzellen am Fahrzeug ermöglicht werden.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Ballas

Elektrotechnik, Regelungstechnik

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Transformative Energiesystemanalyse

Das Forschungsfeld „Transformative Energiesystemanalyse“ beschäftigt sich mit der modellgestützten Untersuchung von Energiesystemen entlang der energiewirtschaftlichen Wertschöpfungskette. Die Wahl der Systemgrenze variiert dabei je nach Analyse von einzelnen Technologie-Kombinationen (z. B. Stromspeicher in Kombination mit Fotovoltaik-Anlagen und Wärmepumpen) bis hin zur Untersuchung komplexer Systeme (z. B. zeitlich und räumlich aufgelöste Modellierung des Energiesystems). Im Fokus stehen dabei die verbesserte Integration der fluktuierenden Stromerzeugung durch erneuerbare Energien in das Energiesystem, die Steigerung der Energieeffizienz und die weitere Verbreitung von Sektorkopplungsoptionen.

Im Kern dienen die Forschungsaktivitäten der quantitativen Entscheidungsunterstützung für Stakeholder aus Industrie und Politik. Die Analysen zeichnen sich im Besonderen dadurch aus, dass alternative Lösungsansätze sozio-techno-ökonomisch bewertet werden. In der Regel kommt dabei die Szenario-Technik zum Einsatz, um Handlungsräume zu skizzieren und darauf aufbauend Handlungsempfehlungen abzuleiten. Arbeiten in jüngerer Vergangenheit beschäftigten sich im Wesentlichen mit der Einbindung von Sektorkopplungsoptionen in das Energiesystem. In Abb. 3 ist ein exemplarischer Ausschnitt aus dem Modell-Schema dargestellt. Daraus wird ersichtlich, dass die integrierte und zeitlich aufgelöste Betrachtung der Nachfrage- und Erzeugungskapazitäten ein wesentliches Element des Modellierungsansatzes darstellt. Neben eigenentwickelten Modellen werden auch Open-Access-Modelle (OSM) eingesetzt, die in der Energiesystemanalyse zunehmend Verbreitung finden.

Ansprechpartner

Prof. Dr. Rainer Elsland

Energiewirtschaft und Energiesysteme

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