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Oberflächen für Solarzellen

Die Suche nach einer Lösung zur Steigerung des Wirkungsgrads von Solarzellen führte Forscher vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zu den höheren Pflanzen. Photovoltaik ähnelt im Prinzip der von Pflanzen betriebenen Photosynthese: Lichtenergie wird absorbiert und in eine andere Form von Energie umgewandelt. Dabei hängt die Effizienz entscheidend davon ab, wie gut das Lichtspektrum des Sonnenlichts ausgenutzt werden kann und ob eine hohe Absorptionsleistung auch bei verschiedenen Einfallswinkeln des auftreffenden Lichts erreicht wird. Bei der Photovoltaik ist das Lichtspektrum des Sonnenlichts, das ausgenutzt werden kann, materialabhängig und damit begrenzt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten das äußere Abschlussgewebe verschiedener Pflanzen auf ihre optischen Eigenschaften und vor allem auf ihre Antireflexwirkung. Es zeigte sich, dass die Epidermis der Blütenblätter der Rose besondere Antireflexwirkungen mit einem breiten Absorptionsspektrum und hoher Einfallswinkeltoleranz aufweist. Diese Eigenschaften sind dafür verantwortlich, dass die Blütenblätter trotz unterschiedlicher Lichtverhältnisse starke Farbkontraste ausbilden und damit die Chance auf Bestäubung erhöhen. Auf der Epidermis wurde ein ungeordnetes Feld dicht gedrängter Mikrostrukturen und anscheinend zufällig platzierter Nanostrukturen entdeckt. Diese Oberflächenstrukturen wurden in einen transparenten Kleber umgesetzt, der nach der Aushärtung durch UV-Licht in eine organische Solarzelle integriert wurde. Durch die Integration der Oberflächenstrukturen erhöhte sich der Wirkungsgrad bei senkrechtem Lichteinfall um 12 Prozent (relative Steigerung). Bei sehr flachen Einfallswinkeln fiel die Effizienzsteigerung noch höher aus. Die Forscher führen die Steigerung vor allem auf die hervorragende richtungsunabhängige Antireflexwirkung der nachgebildeten Epidermis zurück. Aus den Ergebnissen kann eine Rohstoffeinsparung in der Nutzungsphase abgeleitet werden, da mit weniger Solarzellen ein vergleichbarer Energieertrag erzielt werden kann. Weiterhin leistet die Wirkungsgradsteigerung einen Beitrag zur effizienten Energieerzeugung.

Untersuchung der Auswirkungen ausgewählter nanotechnischer Produkte auf den Rohstoff- und Energiebedarf

In der vorliegenden Studie werden für besonders aussichtsreiche nanotechnische Anwendungs-felder die zu erwartenden Rohstoff- und Energieaufwendungen qualitativ und so weit wie möglich quantitativ beschrieben. Hierzu wurden insbesondere elektrisch dimmbare Fenster (Fa. EControl-Glas GmbH & Co. KG) und organische Photovoltaik-Module (Fa. BELECTRIC OPV GmbH) einer quantitativen Analyse mit unternehmensspezifischen Daten unterzogen. Die Ergebnisse aus den beiden Fallbeispielen zeigen, dass diese Innovationen grundsätzlich signifi-kante Einsparungen im Bereich der Rohstoff- und Energieaufwendungen ermöglichen können.<BR>Quelle: www.umweltbundesamt.de<BR>

Teilvorhaben: Entwicklung eines kellerintegrierten Wärmespeicherkonzepts und die Erstellung einer Ökobilanz der Sanierung im Vergleich zum Neubau

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung eines kellerintegrierten Wärmespeicherkonzepts und die Erstellung einer Ökobilanz der Sanierung im Vergleich zum Neubau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof, Institut für Wasser- und Energiemanagement durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.

Teilvorhaben: Umfassende Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen und juristische Ausgestaltung des Quartierskonzepts.

Das Projekt "Teilvorhaben: Umfassende Analyse der rechtlichen Rahmenbedingungen und juristische Ausgestaltung des Quartierskonzepts." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EWeRK - Institut für Energie- und Wettbewerbsrecht in der kommunalen Wirtschaft e.V. an der Humboldt-Universität zu Berlin, Juristische Fakultät durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.

Teilvorhaben: Grundlagen zur Abscheidung von Festelektrolyten basierend auf organischen Lochleitern bzw. Gelelektrolyten für textile Solarzellen

Das Projekt "Teilvorhaben: Grundlagen zur Abscheidung von Festelektrolyten basierend auf organischen Lochleitern bzw. Gelelektrolyten für textile Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung Rudolstadt e.V. durchgeführt. Entwicklung von Festelektrolyten auf Basis organischer Halbleiterpolymere bzw. organischer Lochleiter sowie Weiterentwicklung von Gelelektrolyten und Erarbeitung technologischer Prinziplösungen zur Abscheidung dieser Materialien auf fadenförmigen Substraten zur Applikation in textilbasierten Hybrid- und Farbstoffsolarzellen. Material-/Schicht-Charakterisierungen zur Auswahl geeigneter organischer Halbleiter/ Lochleiter-Farbstoffkombinationen mit ZnO-Elektroden, Weiterentwicklung und Anpassung des Gelelektrolyten, Erprobung von möglichen Abscheide- und Beschichtungstechnologien auf planaren und fadenförmigen Elektroden, Übertragung auf eine weiterzuentwickelnden Fadenbeschichtungsanlage, Aufbau und Charakterisierung teiltextiler und textiler Hybrid- und Farbstoffsolarzellen, Entwicklung von textilen Zellgeometrien und Kontaktierungen, intensiver Austausch und Weitergabe von Proben bzw. gemeinsame Experimente mit den Partnern, Projekttreffen und Berichterstattung

EnEff:Stadt: Innovatives Energieversorgungssystem für ein gewerbliches Quartier im Wandel (Teil 1: Planung)

Das Projekt "EnEff:Stadt: Innovatives Energieversorgungssystem für ein gewerbliches Quartier im Wandel (Teil 1: Planung)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im Projekt soll ein innovatives Energieversorgungssystem für ein Gewerbequartier im bayerischen Oberfranken am Standort der früheren Porzellanfabrik Winterling in Schwarzenbach a. d. Saale entstehen. Ausgangspunkt des Projekts ist zum einen die Sanierung des Areals mit sechs Hektar Gesamtfläche inkl. einem großen Fabrikkomplex sowie mehreren Nebengebäuden mit 40.000 m2 Bruttogeschoßfläche, zum anderen die bereits vorhandene Strom- und Wärmeerzeugung mittels zweier BHKWs sowie einer ORC-Anlage aus Biogas. Dieses entsteht in einem innovativen Prozess bei der Abwasseraufbereitung einer nahe gelegenen Hefefabrik. Projektziel ist es, hohe erneuerbare Anteile durch Sektorkopplung und Integration von Speichertechnologien zu erreichen. Gebäudeintegrierte organische Photovoltaik sowie die Einbindung von Windstrom über einen Stromabnahmevertrag werden für das Quartier untersucht. BHKW-Abwärme soll zum Teil durch einen großen, kellerintegrierten Speicher mit 1.500 m3 Wasserinhalt für die Gebäudeheizung genutzt werden. Weitere Systeme wie Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung oder der Aufbau eines Nahwärmenetzes zur Versorgung der Nebengebäude sowie von Wohngebieten in der Nähe werden geprüft. Zudem soll untersucht werden, welche Dienstleistungen für das Stromnetz durch das Areal erbracht werden können. Eine Ökobilanzierung, welche die Sanierung des Bestandsgebäudes mit einem entsprechenden Neubau vergleicht, gibt Aufschluss über die Nachhaltigkeit der Weiternutzung von Industriegebäuden. Eine Analyse verschiedener Lademöglichkeiten für E-Mobilität rundet das Konzept ab. Daneben findet eine Beteiligung dreier ortsansässiger Industriebetriebe (Herstellung von LEDs, Schleifkörpern und Backhefe) in direkter Nähe statt, die teilweise in das Energiesystem eingebunden werden. Hierfür müssen rechtliche Fragen für die Vernetzung der Partner geprüft werden. Das Projekt wird in drei Phasen bearbeitet: Planung, Umsetzung und Monitoring. Der vorliegende Antrag umfasst die zweijährige Planungsphase.

CIFAR Bio-Inspired Solar Energy: Coherence in the elementary processes of high-efficiency organic solar cells

Das Projekt "CIFAR Bio-Inspired Solar Energy: Coherence in the elementary processes of high-efficiency organic solar cells" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Angewandte Photophysik, Professur für Optoelektronik durchgeführt. The key elementary step in organic solar cells is the separation of photogenerated excitons at the interface between donor and acceptor material. The most significant drawback of organic solar cells is the voltage loss which is involved in this step. Thus, it is of key importance to better understand the dynamics of this process. There are many parameters and sub-processes involved, e.g. the influence of the initial photogeneration energy, the detailed influence of the morphology at the interface, and the influence of relaxation into other paths like triplet states. Currently, organic solar cells based on thiophene derivates as donor absorbers deliver the highest efficiencies (12%, Heliatek) so far reported and see first commercialization. Nevertheless, the process of exciton separation is little investigated in particular in these small-molecule systems (much more work has been done for polymer solar cells). The topic of the investigation planned here is the influence of electronic and vibronic coherence on the process of exciton separation in high-efficiency small molecule solar cells.

Teilvorhaben: Foundry 'Flächige Beschichtung' für effiziente, gedruckte Multi-Schicht OLEDs

Das Projekt "Teilvorhaben: Foundry 'Flächige Beschichtung' für effiziente, gedruckte Multi-Schicht OLEDs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren durchgeführt. Die TU Darmstadt verfolgt in 'PrintOLED II' das Ziel, den Tiefdruckprozess für dünne, homogene Schichten auf Basis kleiner Moleküle für organische, lichtemittierende Dioden (OLED) und organische Photovoltaikanwendungen (OPV) im VarioLab am Standort Heidelberg in Form eines Foundrys für 'Flächige Beschichtung' zu implementieren und zu optimieren. Dazu soll u.a. auch ein grundlegendes physikalisches Verständnis in Form eines angepassten Druckprozessmodells erarbeitet werden und durch Experimente und fertige Devices verifiziert werden. Zum Erreichen der Vorhabensziele wird das Projekt in die Anwendung für OLED (TP1) und OPV (TP2) unterteilt, wobei der Schwerpunkt weiterhin auf der Prozessierung von OLEDs liegt. TP1 sieht vor, die bisherigen Einzelprozesse im VarioLab zusammenzuführen (AP1.1) und an einer produktionsnahen Druckmaschine zu optimieren (AP 1.2). Ein Schwerpunkt wird auf das physikalische Verständnis des Druckprozesses und der Schichtbildung gelegt (AP 1.3), um die Erkenntnisse vorhersagbar auf andere Anwendungen bzw. Materialien und Maschinen zu übertragen und damit einen wichtigen Beitrag für das Foundry-Konzept 'Flächige Beschichtung' zu liefern. Für die Anwendung auf OPV müssen die Anforderungen genau definiert (AP 2.1) und die Erkenntnisse, die parallel für die Prozessierung von OLEDs gewonnen wurden und werden, auf Übertragbarkeit getestet werden (AP 2.2).

Teilvorhaben: Entwicklung und Messung von Ultrabarrieren (EMU)

Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Messung von Ultrabarrieren (EMU)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, Center für Organik, Materialien und Elektronische Bauelemente COMEDD durchgeführt. Ziele dieses Teilantrags im Projektverbund LOTsE sind die Erforschung von Verkapselungsmethoden auf neuartigen Materialien und Materialkombinationen und die Erforschung großflächentauglicher Charakterisierungsmethoden zur Bewertung von starren und flexiblen Verkapselungen. Um die Ziele des Teilvorhabens zu erreichen sind zwei Arbeitspakete definiert worden: Das AP 3.5 beschäftigt sich mit der Erforschung von Verkapselungsmethoden zur Anwendung in der OPV. Ziel ist es, die von Projektpartner bereit gestellten, neuartigen Substrate vor Wasserdampf zu schützen. Dazu werden die Varianten Glas-Glasverkapselung, Glas-Folienverkapselung und Folie-Folienverkapselung untersucht. Auf selbst gefertigten Substraten werden Testsysteme abgeschieden und verkapselt. Als Testelemete werden org. Solarzellen und OLEDs verwendet. Letztere lassen eine ortsaufgelöste Defektanalyse zu, um somit die Ursachen der Defekte zu ermitteln. Das AP4.1.2 beschäftigt sich mit der Entwicklung von Messmethoden zur Bewertung von Verkapselungen. Für eine hohe Lebensdauer von org. Solarzellen ist eine gut Verkapselung erforderlich. Eine WVTR von ca. 10 -5 g/m 2 d benötigt. Bereits die Messung dieser Werte gestaltet sich schwer, da kommerzielle Messgeräte nur bis etwa 5x10 -4 g/m 2 d verlässliche Werte liefern. Aus diesem Grund ist es erforderlich geeignete Messmethoden zu erarbeiten, die eine zuverlässige Aussage über die Güte der Verkapselung ermöglichen und auch unter unterschiedlichen Bedingungen anwendbar sind.

Teilvorhaben: Druck- und Laminierprozesse zur Rolle-zu-Rolle Herstellung von OPV Elementen

Das Projekt "Teilvorhaben: Druck- und Laminierprozesse zur Rolle-zu-Rolle Herstellung von OPV Elementen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Chemnitz, Institut für Print- und Medientechnik durchgeführt. Ziel ist es, für die in die Demonstratormaschine zu integrierenden Druckwerke und Trocknungsaggregate einen zuverlässigen Prozess zu entwickeln. Zusätzlich soll eine Lösung für die Laminierung der erzeugten organischen Solarzellen gefunden werden. Es sollen zunächst im Labormaßstab Untersuchungen zum Druckstoffauftrag mittels Drucktechnologie erfolgen. Zusätzlich soll die Trocknung und Laminierung der aufgetragenen Schichten untersucht werden. Die erzielten Ergebnisse helfen bei der Parametrisierung des Druckprozesses, der Auswahl geeigneter Druckwerke und der anschließenden Umsetzung in die Demonstratormaschine bei 3D-MM. Die erzielten Ergebnisse können sowohl in Forschung als auch Lehre weiter verwendet werden. Durch das hierbei erworbene, neue Wissen können zukünftig in weiteren Feldern neue Projekte akquiriert werden.

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