Zielsetzung: Die Solarenergie ist neben der Windenergie eine der Hauptsäulen der Energiewende. Damit die Klimaziele erreicht werden, ist es notwendig die Solarindustrie weltweit massiv zu skalieren. Pierre Verlinden, einer der weltweit führendsten Solarexperten, äußert sich dazu 2020 im Journal of Renewable and Sustainable Energie wie folgt: “The [PV] industry has demonstrated that it is capable to grow at a very high rate and to continuously reduce the cost of manufacturing. There are no challenges related to the technology, manufacturing cost, or sustainability, except for the consumption of silver, which needs to be reduced by at least a factor of 4 […].” Silber ist die einzige kritische Ressource in der Solarzellenproduktion. Derzeit werden bereits weltweit ca. 17 % des jährlich in Minen abgebauten Silbers für die Solarzellenfertigung beansprucht. Gleichzeitig wächst die Fertigungskapazität für Solarzellen exponentiell um 20 - 30 % pro Jahr. Ohne technologische Innovation würde die Solarindustrie bereits im Jahr 2030 das gesamte weltweit verfügbare Silber aus dem Bergbau nachfragen. Es versteht sich von selbst, dass dies kein tragfähiges Szenario ist, zumal auch andere Zukunftstechnologien, wie die Elektromobilität, einen zunehmend hohen Silberbedarf anmelden. Expert*innen sind sich einig, dass die Versorgung der Solarindustrie mit Silber für die elektrischen Kontakte der Solarzellen bereits in 2 - 4 Jahren das größte Problem für das nötige Wachstum der Solarindustrie sein wird und somit auch zum Flaschenhals für die gesamte Energiewende wird. Das Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, PV2+, hat eine patentierte Galvaniktechnologie entwickelt, die es Solarzellenherstellern erlaubt mithilfe eines speziell entwickelten Elektrolyten, in Solarzellenkontakten Silber durch Kupfer zu substituieren. Dies ermöglicht die Skalierung der Solarindustrie und löst somit eine der zentralen Nachhaltigkeitsherausforderungen unserer Zeit. Fazit: Das Förderprojekt PV2+ verfolgte das Ziel, Silber durch Kupfer in Solarzellenkontakten zu ersetzen, um Kosten zu senken, die Rohstoffabhängigkeit zu verringern und die ökologische Nachhaltigkeit der Photovoltaikbranche zu stärken. Die gewählte technische Vorgehensweise erwies sich als sehr erfolgreich: Prozesse wie Sputtern und Laserablation wurden optimiert und auf Industrieanlagen übertragen, eine neue Galvanikanlage ermöglichte die homogene Kupferabscheidung auf über 500 Zellen bei stabilisiertem Elektrolyt. Der Proof of Concept wurde durch bessere Zellleistungen auf Industriewafern und einem ROI < 1 Jahr erbracht. Auch erste Umsätze durch Kundenbemusterungen bestätigen den Marktbedarf. Strategisch war eine Kurskorrektur nötig: Aufgrund des Rückgangs der europäischen Solarindustrie wurde der Fokus erfolgreich auf Asien und die USA sowie auf eigene pilotähnliche Demoproduktion verlagert. Diese Neuausrichtung erwies sich als essenziell für Markteintritt und Skalierung. Alternative technische Ansätze wie Kupfer-Nanopartikel oder Polymermasken wurden geprüft, boten jedoch keine vergleichbare Leistung, Wirtschaftlichkeit oder Umweltbilanz wie das patentierte Galvanikverfahren von PV2+. Die zentrale alternative Idee war daher nicht technologischer, sondern strategischer Natur und sie trug maßgeblich zur Zielerreichung bei.
Der Net Zero Industry Act ist am 29. Juni 2024 in Kraft getreten. Der NZIA hat zum Ziel, den Produktionshochlauf von Netto-Null-Technologien (z.B. Produktion von Windkraftanlagen, Solarzellen, Batteriezellen etc.) in der europäischen Union zu beschleunigen. Dieses Ziel soll v.a. durch die Straffung von Genehmigungsverfahren und die Bündelung von Informationen vorangetrieben werden. Der NZIA unterstützt geplante gewerbliche Anlagen oder die Erweiterung oder Umwidmung bestehender Anlagen, um folgende Netto-Null-Technologien herstellen zu können: Solartechnologien, einschließlich photovoltaische, thermoelektrische und thermische Solartechnologien, Technologien für Onshore-Windkraft und erneuerbare Offshore-Energie, Batterie- und Energiespeichertechnologien, Wärmepumpen und Technologien für geothermische Energie, Wasserstofftechnologien, einschließlich Elektrolyseure und Brennstoffzellen, Technologien für nachhaltiges Biogas und Biomethan, Technologien zur Abscheidung und Speicherung von CO2, Stromnetztechnologien, einschließlich elektrischer Ladetechnologien für den Verkehr und Technologien zur Digitalisierung des Netzes, Technologien für Kernspaltungsenergie, einschließlich Technologien für den Kernbrennstoffkreislauf, Technologien für nachhaltige alternative Kraftstoffe, Wasserkrafttechnologien, Technologien für erneuerbare Energie, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen, energiesystembezogene Energieeffizienztechnologien, einschließlich Wärmenetztechnologien, Technologien für erneuerbare Kraftstoffe nicht biogenen Ursprungs, biotechnologische Klimaschutz- und Energielösungen, transformative industrielle Technologien für die Dekarbonisierung, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen, Technologien zum Transport und zur Nutzung von CO2, Windantriebs- und Elektroantriebstechnologien für den Verkehr, Nukleartechnologien, die nicht unter die vorstehenden Kategorien fallen. Der NZIA sieht zur Unterstützung beim Aufbau oder der Erweiterung von neuen Produktionsanlagen für Netto-Null-Technologie oder von Investitionen in die Umstellung von Produktionsanlagen zur Herstellung von Netto-Null-Technologien die Einrichtung von zentralen Kontaktstellen vor (Art.6 NZIA). Hier geht es zur Zentralen Kontaktstelle .
Für den Trend, gedruckte Strukturbreiten immer weiter zu reduzieren und gleichzeitig den Produktionsdurchsatz für die Metallisierung von Si Solarzellen zu maximieren, ist die Digitalisierung des Siebdruck-Verfahren ein elementarer Schritt. Die Optimierung der Sieb-Pasten-Wechselwirkung ist heutzutage manuell nur unter enormen Ressourceneinsatz zu bewerkstelligen und kann anschließend nicht einfach auf Zelltechnologien der nächsten Generationen übertragen werden. Um zu vermeiden, dass die F&E Arbeiten für jede Anforderung nahezu von vorne beginnen müssen, sollte dieser Prozess durch eine K.I. unterstützt werden. Die OSIF GmbH hat eine Siebinspektionsanlage entwickelt, die als Bindeglied zwischen der realen Welt und dem digitalen Zwilling dienen kann. Im Rahmen des Projekts werden Schnittstellen entwickelt, die die Kommunikation und Steuerung der Anlagen vom digitalen Zwilling ermöglichen sollen.
Gebäudecharakteristik und Konzeption der Anlagentechnik: Photovoltaik (PV)-Anlage: Kirche in Betonbauweise, Flachdach, Baujahr 1970, 580 m2 Bruttogeschossfläche zzgl. Sakristei und Kapelle im Anbau, Verwendung als Katholische Kirche. Solarthermie (ST)-Anlage: Wohnhaus mit Pfarrbüros in Betonbauweise, Flachdach, Baujahr 1970, 400 qm BGF, Verwendung als Pfarrhaus. Generator (PV-Module): Die Module werden aufgeständert auf dem Flachdach der Kirche montiert. Die Ständerkonstruktion trägt 2 Modulreihen, wird aus Edelstahl gefertigt und zur Optimierung der Sonneneinstrahlung an der Flachdachbrüstung der Nordseite montiert. Die Neigung beträgt 30 Grad. Die Ausrichtung ist Südost - 10 Grad. Es wurden 2 Strangwechselrichter vom Typ SMA verwendet. Strang 1: Typ SMA 2500 mit 2500 W, 18 Module und Strang 2 mit Typ SMA 2000 mit 2000 W, 16 Modulen. Modul-Typ Isofoton I-159/12MC zu je 159 W und 1,294 m2. Die Generatornennleistung beträgt 5,4 kW. Solarthermische Anlage: Die Montage erfolgt aufgeständert mit ca. 40 Grad Neigung in Südausrichtung auf dem Flachdach des Pfarrhauses. Die Nettofläche beträgt 7.6 m2, vorhandener 400 l Speicher, externer Plattenwärmetauscher. Die Verrohrung erfolgt in 18 mm Kupferrohr, Kollektor: LB Kollektorbausatz der Firma Wagner, Regelung ebenfalls Fa. Wagner. Geplante Maßnahmen zur Verbreitung: Erstellung und Veröffentlichung einer Studie, Info dazu an die örtlichen Presse (Süddeutsche Zeitung). Mitteilungen an die Bürger der politischen Gemeinde auf Bürgerversammlungen durch den Bürgermeister. Darstellung anlässlich des großen Zukunftsfestes in Unterhaching im Oktober 99. Begleitung des Projektes in der örtlichen und kirchlichen Presse. Infoständer an mehreren Sonntagen zur Darstellung des Projektes und zur Gewinnung von Spenden. Gemeinsame Aktionen/Veröffentlichungen mit den ISAR-Amperwerken (Netz-Einspeisung). Erstellung von Prospekten (Beschreibung des Projektes, Darstellung der Realisierung und der Förderung, der Eigenbeteiligung, technische Daten etc.) PR-Maßnahmen in Zusammenarbeit mit der Clearingstelle Kirche und Umwelt und dem Umweltbeauftragten der Diözese. Schautafeln vor der Kirche mit Anzeige der gewonnen Solarenergie. Vorträge und Führungen. Ausstellungen im Foyer des Rathauses. Fazit: Das Projekt kann als gelungen bezeichnet werden, es wurde von sehr vielen Gemeindemitgliedern, Bürgern und der Presse entsprechend gewürdigt. Aus unserer Sicht ist die Bundesförderung Ihren Zielvorstellungen durch Ihre Unterstützung der Solarmaßnahmen ein Stück näher gekommen.
Ziel des Vorhaben ist die Entwicklung von Messmethoden auf Basis von Messdaten die in Industrie-IV-Testern gewonnen werden. Ziel ist es charakteristische Kenngrößen von Solarzellen zu bestimmen, welche bislang nicht oder offline bestimmt werden. Die Methoden werden jeweils unter Laborbedingungen getestet und dann für Messungen in der industriellen Massenproduktion von Siliziumsolarzellen optimiert.
Zielsetzung: Eine hohe Effizienz von Photovoltaikanlagen ist essentiell für die Maximierung der Nutzung von Solarenergie. Jedoch beeinträchtigen hohe Betriebstemperaturen die Leistung und Lebensdauer von Solarzellen erheblich. Um diesem Problem entgegenzuwirken, entwickeln die beiden Projektpartner SUNSET Energietechnik GmbH und das Center for Applied Energy Research e.V. im Forschungsprojekt PVaporate eine innovative Materialmatrix, welche an der Rückseite eines PV Moduls angebracht wird. Die Matrix enthält ein hygroskopisches Material, das nachts Wasser aus der Luft aufnimmt und speichert. Tagsüber, bei erhöhter Temperatur, gibt das Material das gespeicherte Wasser wieder ab, wodurch durch Verdunstungswärme ein Kühlungseffekt entsteht. Somit kann die Betriebstemperatur der Solarzellen deutlich reduziert und deren Effizienz entsprechend gesteigert werden. Zudem leisten die verringerten Spitzentemperaturen einen bedeutenden Beitrag zur Langlebigkeit der PV-Anlagen und damit zur nachhaltigeren und ressourcenschonenderen Nutzung von Solarenergie.
Im Teilprojekt des Fraunhofer ISE im Verbundprojektvorhaben 'AVATAR' soll ein voll funktionsfähiger digitaler Zwilling für Siebtechnologie konzeptioniert, entwickelt und erprobt werden. Mit diesem digitalen Zwilling kann eine grundlegende Optimierung der Siebarchitektur durchgeführt werden. Das Ziel der Optimierung ist das Balancieren des Spagats konträrer Anforderungen an moderne Feinlinien-Siebe. Je nach Fließverhalten der Druckpaste muss die Druckform spezifisch für die gewünschte Anwendung hinsichtlich gewünschter Optimierungsvorgaben, wie z.B. ein optimales Druckbild, maximale Sieb- / Gewebelebensdauer und dessen kosteneffiziente Herstellung, angepasst werden. Die Lösung dieses komplexen Optimierungsproblems ist heutzutage manuell nur unter enormen Ressourceneinsatz zu bewerkstelligen und kann anschließend nicht einfach auf die nächste technologische Herausforderung übertragen werden. Um zu vermeiden, dass die F&E Arbeiten für jede Anforderung nahezu von vorne beginnen müssen, soll der digitale Zwilling alle Facetten modernster Siebtechnologie abbilden und alle Teilnehmer der Herstellungskette, sowie den Endanwender unterstützen. Der digitale Zwilling soll im Rahmen des Projektes von allen Projektpartner eingesetzt, evaluiert und durch Feedback im Rahmen einer geschlossenen Beta-Phase verbessert werden. Die Verifikation der Vorhersagekraft des digitalen Zwillings wird im Rahmen von umfassenden Druckexperimenten evaluiert und bestätigt.
Der wachsende Markt für geplatete Solarzellen benötigt innovative Technologie im Bereich der Laserstrukturierung - höhere Auflösung für kleinere Leiterbahnen, großes Bearbeitungsfeld für wachsende Waferformate und schnellere Strahlablenkung für kürzere Prozesszeiten. Im Vorhaben MIRACLE werden Laseranlagenkonzepte entwickelt, die die oben genannten Herausforderungen erfüllen. Im Teilvorhaben 'Schnelle und präzise Durchlauflaserstrukturierung von Siliziumwafern' sollen dazu verschiedene Konzepte geprüft und ausgewertet werden. Ziel ist eine homogene Laseröffnung mit einer Breite bis 10 µm auf Wafer des Formats bis M12 und mit einem Durchsatz von 8000 Wafer pro Stunde. Die Umsetzung soll aus einer Kombination verschiedener Lösungsansätze erfolgen. Dazu zählen ultraschnelle Scanner, neue Optikdesigns, aktive Fokuskorrektur und eine schnelle Regelung. Zum Abschluss sollen die Ansätze in einer Protoypenanlage zusammenfließen, an der die definierten Anforderungen erprobt und demonstriert werden können.
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