Das im Jahr 2017 fertiggestellte Freiburger „Rathaus im Stühlinger“ ist Europas größtes Netto-Nullenergie-Gebäude. Die Nettogrundfläche von 22.650 m2 bietet Platz für 840 Beschäftigte. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Stadt Freiburg mit dem Fraunhofer ISE, DS-Plan GmbH und der badenova zeigt die Auswertung der Daten des ersten Betriebsjahres (2018), dass das Ziel fast erreicht wurde. Die dynamischen Lastprofile von Bedarf und Erzeugung im Betrieb werden zeitlich hoch aufgelöst erfasst und hinsichtlich Eigenbedarfsdeckung und Lastflexibilisierung analysiert. Für die Energiegewinnung haben die Architekten auf Photovoltaik (PV) in der Fassade, PV und (abgedeckte) photovoltaisch-thermische (PVT-)Kollektoren auf dem Dach, Grundwasser-Wärmepumpen, Grundwasser- Wärmetauscher und Lüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung gesetzt. Die PVT-Kollektoren decken einen Teil des Wärmebedarfs der Kantine. Der Anteil der Gebäudeautomation an der Effizienz des Gebäudes ist schwer zu quantifizieren, denn ein Großteil der Effizienzmaßnahmen beruht auf passiven Maßnahmen: einer hochgedämmten Gebäudehülle, Niedertemperatur Heizsystemen oder der passiven Kühlung über Grundwasser. Die Stadt Freiburg setzt zur Steuerung, Erfassung und Optimierung ein Energiemanagementsystem ein. In Verbindung mit der Gebäudeautomation ist das Energiemanagementsystem zur fortlaufenden Kontrolle der Effizienzkennwerte der Einzelkomponenten wichtig, insbesondere in Hinblick auf die Effizienz der Wärmepumpen. Erst damit kann der optimale Betrieb des Gesamtsystems hergestellt und dauerhaft gewährleistet werden. Die Gebäude und Raumautomation sind regelbasiert. Die Ansteuerung der Betonkernaktivierung ist prädiktiv, zusätzlich wird auf Wetterprognosen (Vorhersage der Außentemperatur) zurückgegriffen. Gebäude mit eigener Stromerzeugung speisen nicht nur Strom in das Netz ein, sondern können ihren Strombezug zur Wärme- und Kältebereitstellung auch an die Bedürfnisse der Netze anpassen. In Zukunft können solche Gebäude daher eine netzdienliche Rolle spielen.
Das Projekt "Windstrom für Deutschlands E-Mobilität / E-Mobilität 100 Prozent regenerativ - systemisch überzeugen?; Teilvorhaben: Windwärts Energie GmbH; WindE-Mobi" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Windwärts Energie GmbH durchgeführt. Das Ziel der geplanten Arbeiten ist es Voraussetzungen zu schaffen, um die deutsche E-Mobilität mit Grünstrom zu versorgen. Dazu sollen im Rahmen des Projektes Windparks mit insgesamt ca. 40 WEA (3 MW / WEA; Energieproduktion ca. 225 GWh / a) errichtet werden. Diese Energiemenge reicht (bilanziell) aus, um die erwartete E-Mobilität in Deutschland im Jahr 2016 (100.000 Elektrofahrzeuge mit einer durchschnittlichen jährlichen Laufleistung von 12.000 km) zu versorgen. Elektrisch betriebene Fahrzeuge tragen nur dann zum Klimaschutz bei, wenn der Strom aus regernativen Stromquellen stammt. Weiterhin verspricht sich die Windwärts Energie GmbH durch die Anwendung und Analyse des bidirektionalen Ladens einen Erfahrungszugewinn im Hinblick auf die tatsächliche Kapazität & Einsatzmöglichkeit der Autobatterien/E-Mobile als Speicher für Spitzenlaststrom aus volatilen Stromerzeugungsanlagen mit dem Ziel zu eruieren, inwieweit diese Erkenntnisse neben der Direktvermarktung von Fahrstrom nach dem Projektende für mögliche neue Geschäftsfelder genutzt werden können. Die Arbeitsplanung sieht vor durch die Projektentwicklungsteams Wind & PV der Windwärts Energie GmbH zum einen die ca. 40 Windenergieanlagen bis Ende 2015 und zum anderen ein Solarcarport bzw. ein Solardach mit Ladesäule zum testen und analysieren des bidirektionalen Ladens (Stichwort virtueller Speicher) im Jahr 2013 zu errichten.
Das Projekt "Entwicklung einer Prüfmethode und Fachregeln zu Standard-PV-Modulen für die Gebäudeintegration zum Einsatz in vorgehängte hinterlüftete Fassaden und als In-Dach-Konstruktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik und Wirtschaft Berlin, Fachbereich 1 Ingenieurwissenschaften - Energie und Information durchgeführt. Um die Klimaschutzziele zu erreichen und die daraus resultierenden Anforderungen für die Energiewende einzuhalten, muss der Einsatz von Photovoltaik (PV) nachhaltig gestärkt werden. Dem 'Soll' von rd. 31 m2 PV-Fläche/Einwohner steht ein 'Haben' von rd. 3.000 km2 Fassaden- und Dachflächen im Bestand gegenüber (Quelle: BVBS / FG BIPV). Das Potential wird jedoch noch nicht ausgeschöpft, der Markt für GIPV ist noch marginal. Ein Grund: komplizierte, aufwendige bautechnische Zulassungsverfahren. Gesamtziel des Projektes ist deshalb die Entwicklung von standardisierten Prüfverfahren und Fachregeln sowie standardisierten Lösungen für die Integration.
Das Projekt "Emissionsreduktion in Smart Cities mit räumlicher 3D-Erfassung und Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Geographisches Institut, Abteilung Geoinformatik durchgeführt. Erneuerbare Energien sind ein sehr wichtiger Aspekt der Vision einer Smart City. Insbesondere die Anbringung von Photovoltaikpanelen auf Gebäudedächern oder -fassaden für die Energiegewinnung und die Reduktion der Kohlendioxidemissionen sind hier zu nennen. Die Berechnung des stündlichen Solarpotenzials im Jahresverlauf stellt jedoch aufgrund komplexer und dynamischer Schatteneffekte auf Gebäudehüllen eine Herausforderung in dichten Stadtgebieten dar. Daher integriert dieses Projekt das Wissen taiwanesischer und deutscher Wissenschaftler/-innen über die detaillierte räumliche 3D-Erfassung und -analyse, über den Gebäude-Energieverbrauch und über das Stadtklima, bezieht KMUs und öffentliche Behörden mit ein und bringt gebäudeintegrierte Photovoltaik in bilateralen Workshops und durch eine Sommerschule für Promovierende voran. Ein weiterer Fortschritt wird durch die Integration meteorologischer Daten des deutschen und des taiwanesischen Wetterdienstes erreicht. Die Berücksichtigung der Gebäuderegulation für Dächer und angrenzende Gebäude, die in Deutschland und Taiwan unterschiedlich implementiert sind, ermöglicht ein realistischeres PV-Potenzial. Erstmals ist die stündliche Berechnung von Energieverbrauch und -nutzung mit sehr hoher räumlicher Auflösung möglich, um daraus Energieproduktion, Kohlenstoffdioxidreduktion und Ersatzrate abzuleiten. Bei der Betrachtung der Ersatzrate erneuerbarer Energien streben wir eine Integration eines Gebäudeenergiemodells mit saisonalen Szenarien an. Das Projekt erhöht den Erkenntnisgewinn über die Anwendung gebäudeintegrierter Photovoltaik in den sich zwischen Taiwan und Deutschland unterscheidenden Klimazonen, zugrundeliegenden Regulierungen, Stadtgeometrien und Ausprägungen. Zudem werden weitere Schritte zur Beförderung der Green Energy und Smart City Visionen initiiert. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit mit KMUs und Behörden mit der Beantragung von Horizon 2020 und DFG/MoST Projekten im Anschluss.
Das Projekt "DAS: Clever kombiniert: Klimaschutz und Klimaanpassung - Flächensynergien am Gebäude und im Quartier" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freie und Hansestadt Hamburg, Behörde für Umwelt und Energie durchgeführt. Mit der Energiewende nimmt der Druck auf die urbanen Flächen zu; neben bereits existierenden Flächenkonkurrenzen in der Stadtentwicklung muss auch die Energiewende vor Ort gestaltet werden. Somit haben die alternativen Energiequellen einen Flächenbedarf, der unter Umständen eine zunehmende Flächenkonkurrenz im urbanen Raum mit sich bringt. Beispiel dafür ist, dass die lokale Energieerzeugung auf Gebäude- oder Quartiersebene heute oftmals an oder auf der Gebäudehülle stattfindet, in Form von Anlagen für Solarthermie oder Photovoltaik. Hinzu kommen die Flächenbedarfe der Klimaanpassung, z.B. für Regenwasserversickerung oder Kaltluftbahnen für die Frischluftzufuhr. Gleichzeitig stehen Städte vor der Herausforderung, Regenwasserrückhalt in der Fläche zu optimieren, das Mikroklima im Quartier zu verbessern und Freiräume zu erweitern. Oft können in der Praxis gute Lösungen gefunden werden, es entstehen aber auch neue und verschärfte Flächenkonkurrenzen, die letztendlich clevere, abgestimmte Lösungen erfordern. Projektziel ist die Erarbeitung von intelligenten Lösungen, um die Flächenkonkurrenz zu bewältigen und Klimaschutz und -anpassung in den beanspruchten Flächen integriert zu betrachten. Über Synergien und Konkurrenz auf Gebäudeebene hinaus gilt es Ansätze zu untersuchen, die Klimaschutz und -anpassung in der Fläche integrieren. Eine Strategie zur Bewältigung der Flächenkonkurrenz kann das Prinzip der Multicodierung, also die sinnvolle Überlagerung verschiedener Funktionen und deren Verknüpfung auf den Flächen, bieten. Im Projekt 'Clever kombiniert' werden Flächensynergien am Gebäude und im Quartier identifiziert und mögliche Wege der Umsetzung des Prinzips der Multicodierung erprobt, die sowohl dem Klimaschutz als auch der Klimaanpassung dienen. Die Lösungen sollen als Grundlage für Planungsentscheidungen herangezogen werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben D1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Technische Thermodynamik, Abteilung Systemanalyse und Technikbewertung durchgeführt. Hintergrund und Zielsetzung: Mit der Energiewende hat sich Deutschland zum Ziel gesetzt, das gegenwärtige Energiesystem in ein weitgehend CO2-freies und auf erneuerbaren Energien basierendes System zu transformieren. Ein wirtschaftliches, umweltverträgliches, verlässliches und sozialverträgliches Energiesystem benötigt eine ganzheitliche Betrachtung auf Systemebene. ENavi sieht die Energiewende daher als einen gesamtgesellschaftlichen Transformationsprozess und verknüpft wissenschaftliche Analysen mit politisch-gesellschaftlichen Anforderungen. Was ist das Ziel des Kopernikus-Projekts? Das Projekt ENavi zielt darauf ab, - ein tieferes Verständnis des komplex vernetzten Energiesystems im Energiebereich und den damit verbundenen Bereichen wie Industrie und Konsum zu gewinnen, - Handlungsoptionen aufzuzeigen, wie die Komponenten des zukünftigen Energiesystems unter Berücksichtigung der energiepolitischen Ziele und (u. a. rechtlichen Rahmen-) und Randbedingungen systemisch integriert werden können, - so präzise wie möglich abzuschätzen, welche Folgen eine bestimmte Maßnahme kurz-, mittel- und langfristig auf das Energiesystem haben würde und schließlich - im transdisziplinären Diskurs Optionen für wirksame Maßnahmen zu generieren. Eines der zentralen Produkte des Projekts ist ein Navigationsinstrument, mit dem die Forscher die Wirkungen und Nebenwirkungen von wirtschaftlichen oder politischen Maßnahmen im Voraus abschätzen wollen. Es soll dabei helfen, die entscheidenden Fragen zu beantworten: Wie kann man dafür sorgen, dass die Energiewende die einkommensschwachen Gruppen in Deutschland nicht zu stark belastet? Mit welchen Maßnahmen kann man effektiv und effizient die Elektromobilität in Deutschland fördern? Oder: Wie können mehrere zehntausend Lieferanten von Solarstrom auf privaten Dächern sinnvoll synchronisiert werden? Die Analyse von Maßnahmen über verschiedene Modellregionen hinweg unterstützt zusätzlich das bessere Verständnis der Erfolgsfaktoren für den Umbau des Energiesystems. Beitrag zum Energiesystem: Das Projekt soll dazu beitragen, die Energiewende nachhaltig und mit größtmöglicher Akzeptanz voran zu treiben. Die potentiellen Erkenntnisse zu nachhaltigen Transformationspfaden sind von großem strategischem Interesse für die Abschätzung des Marktpotentials verschiedener Technologien. Im Sinne einer ganzheitlichen Betrachtung werden Stand und Perspektiven vor allem des Netzausbaus, der Speicherkapazitäten, der Nachfrageseite und der Erzeugung (zentral und dezentral) sowie die Wechselwirkungen dieser Dimensionen in den Blick genommen. Darüber hinaus liefert das Projekt auch konkrete, technische Konzepte, wie z. B. im Bereich der energiebezogenen Kommunikationsinfrastruktur (IKT), sowie rechtliche Analysen. Die Chancen der Energiewende betreffen sowohl technische Systemlösungen als auch die Entwicklung möglicher neuer Geschäftsmodelle und Dienstleistungen. (Text gekürzt)
Das Projekt "Teilvorhaben: Verkapselungs- & Kontaktierungslösungen für die Anwendung von HeliaFilm auf Metall und in Glas" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heliatek GmbH durchgeführt. Das PVme Projekt hat zum Ziel, stromerzeugenden Bauelemente zu liefern. Hierbei werden OPV-Folien (organische Photovoltaik) auf ein Metallsubstrat aufgebracht und im Anschluss in Fassadenelemente geformt. Diese Elemente werden mit einer Schutzschicht ausgestattet. Leistungswandler und alle anderen elektronischen Komponenten werden in die Rahmenkonstruktion integriert. Die Produkte werden entsprechend geltender Bauvorschriften und Sicherheitsnormen hergestellt und an einem öffentlichen Ort zu Demonstrationszwecken sowie an einer Testanlage installiert sowie untersucht. Im Rahmen des PVme Projektes werden zwei Pilotsysteme aufgebaut und messtechnisch erfasst. Um dies zu realisieren sind umfangreiche Entwicklungen notwendig. Die Heliatek GmbH wird die zur Realisierung notwendigen Solarfolien an die entsprechenden Partner zur Weiterverarbeitung liefern. Schwerpunkt der Arbeiten und vorherigen technologischen Entwicklungen bei Heliatek sind folgende: 1. Prozessentwicklung für die Herstellung von Heliatek-Solarfolien in kundenspezifischen Layouts 2. Entwicklung und Evaluation von Verkapselungsalternativen 3. Mechanische Verbindung von Solarfolie zu Verbindungsmaterialien sowie deren Alterung und Qualifizierung 4. Kontaktierung: Erarbeitung verschiedener, elektrischer Kontaktierungen erneut in Bezug auf die Endanwendung (materialabhängig).
Das Projekt "Matrix Schindeltechnologie für die Zukunft der Photovoltaik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zahoransky AG durchgeführt. Das Teilprojekt 'Entwicklung Matrix-Schindel-Stringer Technologie' der Zahoransky AG befasst sich mit der gezielten Weiterentwicklung des Industrie-Stringers für die Matrix-Schindeltechnologie. Durch eine konsequente Kostensenkung soll das Maschinenkonzept endgültig wettbewerbsfähig werden. Unter Anwendung modernster Entwicklungsmethoden, wie z.B. dem Einsatz eines digitalen Zwillings, soll ein Baukasten entwickelt werden, der die Maschinen von einer sehr niedrigen Ausbringungsmenge und Invest bis zur Hochdurchsatzanlage abdecken soll. Neben der konstruktiven Entwicklung wird die dazugehörige Steuerungssoftware entwickelt, welche am digitalen Zwilling abgeprüft und in Betrieb genommen wird. Der digitale Zwilling erlaubt ebenso die Prozessabläufe, wie auch Parameteroptimierungen. Final wird die Maschine digital funktionsfähig abgebildet und in der Form bestellfähig sein. Die hohe Flexibilität der Basismaschine zur Zellverbindung erfordert Maschinenrüstzeiten, die zu Stillstandzeiten führen. Ein zu entwickelnder Produktkonfigurator soll es dem Maschineneinrichter ermöglichen Modullayouts/Produktrezepturen maschinenunabhängig (offline) zu erstellen und diese dann auf die Maschinensteuerung übertragen zu können und somit Maschinenrüstzeiten zu vermeiden. Für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) wird dies der erste Schritt in die Massenproduktion bedeuten. Darüber hinaus wird die Zahoransky AG eine Anlage für die automatisierte Anschlussdosenkontaktierung in ihrer Basisversion beschaffen und aufbauen, um dem Projektpartner M10 Industries AG diese für die Modifikation zur Verfügung stellen. Diese wird sowohl für die Weiterentwicklung der realen Maschine als auch deren digitalen Zwilling benötigt. In Kombination mit dem Produktkonfigurator und des modularen Maschinenkonzepts der vorgelagerten Basismaschine zur Zellverbindung wird dies zukünftig maßgebliche Wettbewerbsvorteile für die Modulhersteller generieren.
Das Projekt "Entwicklung von kostengünstigen erneuerbaren PV-Thermischen Heiz- und Kühlsystemen für ägyptische Bauten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik Stuttgart, Zentrum für angewandte Forschung an Fachhochschulen, Nachhaltige Energietechnik - zafh.net durchgeführt. In Ägypten werden zur Luftklimatisierung hauptsächlich elektrische Kältemaschinen als Split-Systeme eingesetzt. Da sich der Kühlenergieverbrauch in Ägypten ständig erhöht, steigt deren Anzahl kontinuierlich, was zunehmend zu Stromausfällen führt. Im Projekt 'NightCool' wird eine alternative Lösung für die Raumkühlung, Heizung und Warmwasserversorgung als ein kostengünstiges System für Wohnbauten entwickelt, die auf erneuerbaren Energien basiert. Das heiße und trockene Klima von Ägypten ist besonders günstig für die nächtliche Strahlungskühlung, die mit einem einfachen System mit unabgedeckten Solarkollektoren realisiert werden kann. In der Nacht zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit durch den Solarkollektor und gibt die Wärme mittels langwelliger Strahlung in Richtung des Himmels ab. Somit kann die Wärme aus dem Raum abgeführt werden und die thermische Masse vom Gebäude abgekühlt werden. Verschiedene unabgedeckte Solarkollektoren werden unter verschiedenen Aspekten von der Systemtechnik zur Gebäudeintegration untersucht. Das Kühl- und Heizpotential des entwickelten Systems wird durch Simulationen und experimentelle Untersuchungen bewertet. Dafür wird eine Messbox mit einem auf dem Markt verfügbarem Solarkollektor errichtet und im Kühl- bzw. im Heizmodus getestet. Die Projektergebnisse werden in einem praxisorientierten Workshop an ägyptische Studierende und Praktiker vermittelt.
Das Projekt "ProVe - Prozesse und Komponenten für hohe aktive Flächenanteile in PV Modulen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. Die hohe Effizienz von kostengünstigen Photovoltaik (PV)-Modulen ist der Schlüssel für Anwendungen, bei denen nur geringe Flächen zur Energienutzung zur Verfügung stehen, wie z.B. Vehikel integrierte oder gebäudeintegrierte Photovoltaik. Eine höhere Effizienz verringert direkt proportional die Materialkosten des PV-Moduls, die Material- und Montagekosten von PV-Anlagen und die benötigte Nutzfläche. Ziel des Vorhabens ist es, für alle Silizium-Wafer basierten PV-Modultechnologien eine Methode bereitzustellen, mit der gegenüber konventioneller Technik eine um ca. 4% effizientere Flächennutzung möglich ist. Dazu soll eine Verschaltungstechnologie für Solarzellen angewandt werden, bei der die Solarzellen ohne Zwischenräume im PV-Modul positioniert werden. Der Laminationsprozess soll dafür so verändert werden, dass eine bruchfreie Positionierung und Verschaltung der Solarzellen im Modul trotz hoher Packungsdichte möglich ist. Diese neue Art der Verschaltung und Lamination, getauft ProVe-Technologie, erlaubt zusätzlich im Vergleich zu aktuellen Technologien eine elektrische Verschaltung im Modul mit größerem Leiterquerschnitt und Solarzellen mit geringerer Dicke zu verwenden. Dies ermöglicht weitere Effizienzsteigerungen im Bereich von 1% oder/und Kosteneinsparungen im Siliziummaterialverbrauch. Im Gegensatz zur Schindeltechnologie können mit der ProVe-Technologie auch unzerteilte Solarzellen verarbeitet werden. Die Technologie soll im Rahmen des Vorhabens für mono und bifaziale Module weiterentwickelt werden. Die Reflexion der Rückseitenfolien soll für abstandsfrei gelegte bifaziale Solarzellen im PVModul auf das durch die Solarzelle transmittierte Licht (1050 nm-1200 nm) angepasst werden, um eine weitere Ertragssteigerung von ca. 0,6% zu erreichen.