Институт Фраунгофера по системам солнечной энергетики ISE (или Fraunhofer ISE) является институтом Fraunhofer-Gesellschaft . Расположенный во Фрайбурге, Германия , институт выполняет прикладные научные и инженерные исследования и разработки для всех областей солнечной энергетики . Fraunhofer ISE имеет три внешних филиала в Германии, которые выполняют работы по разработке солнечных элементов и полупроводниковых материалов: Лабораторный и сервисный центр (LSC) в Гельзенкирхене , Технологический центр полупроводниковых материалов (THM) во Фрайберге и Центр Фраунгофера по кремниевой фотовольтаике (CSP) в Галле . [1] С 2006 по 2016 год Айке Вебер был директором Fraunhofer ISE. Имея более 1100 сотрудников, Fraunhofer ISE является крупнейшим институтом прикладных исследований солнечной энергетики в Европе. Операционный бюджет на 2012 год, включая инвестиции, составил 74,3 миллиона евро. [2]
Fraunhofer ISE был основан в 1981 году Адольфом Гетцбергером во Фрайбурге, Германия. Это было первое неуниверситетское учреждение для прикладных исследований солнечной энергии в Европе. Первыми направлениями были флуоресцентный коллектор FLUKO, прозрачная изоляция и первые шаги к высокоэффективным кремниевым и III-V солнечным элементам, кремниевым тонкопленочным солнечным элементам и материаловедению. [3]
Уже в 1983 году был разработан первый полностью электронный так называемый «инвертор ISE» для использования в автономных фотоэлектрических системах. [ необходима цитата ] В 1986 году был выпущен первый серийный продукт, использующий флуоресцентные коллекторы в качестве источника питания. [ необходима цитата ] В рамках программы малых фотоэлектрических устройств было разработано множество других успешных продуктов. Когда в 1989 году была введена в эксплуатацию чистая комната, началось производство высокоэффективных солнечных элементов. В 1998 году селективные покрытия для поглощения солнечной энергии, которые были разработаны в Fraunhofer ISE для солнечных тепловых коллекторов, были запущены в промышленное производство. [ необходима цитата ]
В 2011 году Fraunhofer ISE отметила свое 30-летие. С момента основания ученые получили множество престижных премий и наград за результаты своих исследований в этой области. [ какие? ]
Исследования солнечной энергии в Fraunhofer ISE устанавливают технические предпосылки для эффективного и экологически чистого энергоснабжения как для промышленных, так и для пороговых и развивающихся стран. Институт стремится отойти от ископаемого топлива и ядерной энергетики и перейти к 100% возобновляемому энергоснабжению с целью предоставления доступных решений для преобразования энергии.
С этой целью институт разрабатывает материалы, компоненты, системы и процессы для фундаментальных исследований и не только. Области экспертизы включают разработку производственных технологий и прототипов, настройку и мониторинг демонстрационных систем и эксплуатацию внутренних и внешних испытательных и калибровочных центров. [2]
Различные направления исследований в Fraunhofer ISE подразделяются на следующие бизнес-направления:
Энергоэффективные здания
В Fraunhofer ISE энергоэффективные здания являются одним из основных направлений исследований. Объединяясь с архитекторами, экспертами-планировщиками и промышленностью, исследователи Fraunhofer ISE оптимизируют производительность существующих зданий и разрабатывают здания будущего с учетом экономических аспектов, энергоэффективности и комфорта пользователя. Благодаря своему участию в Международном энергетическом агентстве (МЭА) институт вносит вклад в установление международных граничных условий для реализации этих концепций. В этой области бизнеса объединяются многие дисциплины: от исследования материалов и разработки покрытий до разработки компонентов и систем и, наконец, необходимых испытаний. [2]
Прикладная оптика и функциональные поверхности
Солнечные энергетические системы преобразуют солнечное излучение, падающее на землю, в тепловую, электрическую или химическую энергию. Для того чтобы лучше передавать, отражать, поглощать, фильтровать, перенаправлять или концентрировать входящее излучение, Fraunhofer ISE разрабатывает оптические компоненты и системы. Эта область бизнеса является междисциплинарной и обслуживает многие области солнечной технологии: окна и фасады, солнечные тепловые коллекторы, системы концентраторов для фотоэлектричества и солнечных электростанций, а также технологию фотоэлектрических модулей. [2]
Солнечные тепловые системы
Эта сфера деятельности охватывает рынки низко- и высокотемпературных применений. Солнечные тепловые коллекторы и коллекторные системы с плоскими или вакуумными трубчатыми коллекторами находят многочисленные применения в практике. К ним относятся системы технологического водоснабжения и солнечного отопления, системы охлаждения и вентиляции, а также системы опреснения морской воды. Также применяются фасадные коллекторы. С линейными концентрирующими коллекторами достигаются рабочие температуры от 150 °C до более 400 °C. Как лотковые, так и параболические коллекторы используются не только для производства солнечной тепловой энергии на крупных электростанциях, но и на более простых и экономичных установках для производства технологического тепла, технологического пара и приводного тепла для абсорбционных охладителей. [2]
Кремниевая фотоэлектрика
Особенно из-за программ внедрения на рынок в Японии и Германии, роль фотоэлектрики становится все более важной. Более 85% солнечных элементов, производимых во всем мире, основаны на кристаллическом кремнии. Соотношение цены и производительности, долгосрочная стабильность и потенциал снижения затрат указывают на то, что этот ведущий производитель наземного фотоэлектрического рынка сохранит свое место лидера рынка дольше, чем просто следующее десятилетие. Экспертиза Fraunhofer ISE охватывает всю цепочку создания стоимости кристаллической кремниевой фотоэлектрики, начиная с разработки материала и кристаллизации, до обработки солнечных элементов и технологии фотоэлектрических модулей. [2]
Фотоэлектрические модули и системы
Модульная технология преобразует солнечные элементы в надежный продукт для надежной работы на фотоэлектрических электростанциях. Fraunhofer ISE поддерживает разработку продукта, концентрируясь на повышении эффективности, снижении затрат и достижении наивысшей надежности. Кроме того, институт предлагает свои услуги по обеспечению качества модулей и электростанций. [2]
Альтернативные фотоэлектрические технологии
В дополнение к кремниевой фотоэлектрике исследования солнечных элементов в Fraunhofer ISE также распространяются на другие фотоэлектрические технологии: с полупроводниками на основе III-V, такими как фосфид галлия-индия, арсенид алюминия-галлия или арсенид галлия, сегодня можно достичь наивысшей эффективности. Технология красящих солнечных элементов вышла далеко за рамки лабораторной стадии, а органические солнечные элементы особенно привлекательны из-за ожидаемых низких производственных затрат. [2]
Возобновляемое электроснабжение
Строительство систем, подключенных к сети, является крупнейшим рынком для фотоэлектрической отрасли сегодня. Институт предоставляет консультационные услуги по планированию системы, характеризует солнечные модули и проводит технический анализ и тестирование производительности фотоэлектрических систем. [2]
Источники питания, не подключенные к сети, также являются объектом текущих исследований в институте. Люди, живущие в отдаленных сельских районах, бесчисленное количество телекоммуникационных систем, технологии измерения окружающей среды, а также портативные электронные устройства требуют автономного источника питания, независимого от сети. Fraunhofer ISE разрабатывает системы возобновляемой энергии для этой цели. [2]
Fraunhofer ISE также проводит исследования в области силовой электроники и управления. Это включает разработку и тестирование инверторов в современной лаборатории силовой электроники, а также исследования в области управления энергией, включая интеллектуальные измерения и интеллектуальные сети. [2]
В будущем транспортные средства будут работать частично или полностью на электричестве и получать энергию из сети (электрической и подключаемой). Fraunhofer ISE работает над интерфейсом между транспортными средствами и сетью, над концепциями экологически приемлемого электроснабжения и оптимальной интеграции транспортных средств в электросеть, включая системы учета и выставления счетов. [2]
Технология водорода
В топливном элементе водород реагирует с кислородом и высвобождает полезную энергию в виде электричества и тепла. Поскольку в природе водород не существует в чистом виде, его необходимо производить из одного из его многочисленных химических соединений. В Fraunhofer ISE в области технологии водорода исследования сосредоточены на инновационных технологиях получения водорода и на процессах высокоэффективного преобразования водорода в электричество и тепло с использованием самого современного оборудования. Совместно с партнерами из промышленности и науки разрабатываются компоненты и полные системы топливных элементов для автономных, портативных и мобильных приложений. [1] [2] [4]
В настоящее время услуги по испытаниям и калибровке оказывают следующие сертифицированные испытательные лаборатории:
Другие учреждения обслуживания в лабораториях:
Институт является одним из основателей и ответственным членом Энергетического альянса Фраунгофера, объединяющего шестнадцать институтов Фраунгофера, обладающих опытом в области энергетических технологий и энергетических исследований.
Институт является членом Ассоциации научных исследований в области возобновляемой энергетики (FVEE) и Европейского агентства исследовательских центров по возобновляемым источникам энергии (EUREC), а также других альянсов.
Институт тесно сотрудничает с Центром исследований материалов Фрайбургского университета , который оказывает Институту помощь в фундаментальных исследованиях. Директор института занимает в этом университете должность профессора физики и прикладных наук .
На сегодняшний день на основе результатов прикладных исследований Института экономики имени Фраунгофера было создано 12 дочерних компаний. [5] Среди них следующие:
В лаборатории работает 1139 сотрудников, из которых 439 работают на постоянной основе (по состоянию на 04/2012).
Научно-исследовательский институт имеет чистую площадь 21 000 м², которая включает в себя офисы, лаборатории и испытательные площадки. В настоящее время ведется строительство новых лабораторий и офисных помещений.
Операционный бюджет 2011 года составил €61,3 млн. Только пять процентов операционного бюджета составило базовое финансирование, 90% из немецких федеральных фондов и 10% из немецких государственных фондов. Около 50% было получено из контрактных исследований с промышленностью; остальное было получено из государственных и других источников. В 2011 году годовые инвестиции составили €7,7 млн. (по состоянию на 04/2012) [2]