BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E. V. — TÄTIGKEITSBERICHT | ANNUAL REPORT — 2015 2015 ANNUAL REPORT TÄTIGKEITSBERICHT

ANNUAL REPORT 2015 – ZAE BAYERN

2015

TÄTIGKEITSBERICHT ANNUAL REPORT

ZAE BAYERN Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung­ e. V. Bavarian Center for Applied Energy Research www.zae-bayern.de

Der Vorstand | Executive Board Prof. Dr. Christoph J. Brabec (Vorsitzender | Chairman of the Board) Prof. Dr. Vladimir Dyakonov Dr. Bernd Malkowski (Geschäftsführer | CEO) Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff

Stand: 31. Dezember 2015 Status: 31st December 2015

1 TÄTIGKEITSBERICHT 2015 – ZAE BAYERN

2 ANNUAL REPORT 2015 – ZAE BAYERN

IMPRESSUM IMPRINT

Herausgeber Editor Bayerisches Zentrum für Angewandte Bavarian Center for Applied Energy Research ­Energieforschung e. V. (ZAE Bayern) (ZAE Bayern)

Textbeiträge und Fotos Articles and Photos von den Mitarbeitern des ZAE Bayern; by ZAE Bayern­ staff members; ­ ergänzende Fotos: Romy Bonitz, München additional photos: Romy Bonitz, Munich Petra Höglmeier, München Petra Höglmeier, Munich

Redaktion und Bearbeitung Coordination and Editing Marina Leibold, Anja Matern-Lang Marina Leibold, Anja Matern-Lang

ZAE Bayern ZAE Bayern Magdalene-Schoch-Str. 3 Magdalene-Schoch-Str. 3 97074 Würzburg 97074 Würzburg

T +49 931 70564-500 T +49 931 70564-500 F +49 931 70564-600 F +49 931 70564-600 www.zae-bayern.de www.zae-bayern.de [email protected] [email protected]

Konzept und Design Concept and Design ediundsepp Gestaltungsgesellschaft mbH, München ediundsepp Gestaltungsgesellschaft mbH, Munich

Druck Print bonitasprint GmbH, Würzburg bonitasprint GmbH, Würzburg

Copyright Copyright Bayerisches Zentrum für Angewandte Energie­ Bavarian Center for Applied Energy Research forschung e. V. (ZAE Bayern), Würzburg, April 2016 (ZAE Bayern), Würzburg, April 2016

Alle Rechte vorbehalten. Vervielfältigung, Kopie oder All rights reserved. No reproduction, copy or Weitergabe nur mit schriftlicher Genehmigung. ­transmission of this publication may be made ­without written permission. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei ­gebleichtem Papier. Printed on acid and chlorine free bleached paper.

klimaneutral natureOffice.com | DE-204-368036 gedruckt www.zae-bayern.de

3 TÄTIGKEITSBERICHT 2015 – ZAE BAYERN

INHALT CONTENT

1.0 ALLGEMEINES ...... 9 1.0 GENERAL INFORMATION ...... 9

1.1 Überblick ...... 10 1.1 At a Glance ...... 10

1.2 Struktur des ZAE Bayern ...... 15 1.2 Structure of ZAE ...... 15

1.3 Das ZAE Bayern in Zahlen 16 1.3 ZAE Bayern in Facts & Figures ...... 16

1.4 Das ZAE Bayern als Kooperationspartner . . . 17 1.4 Cooperation with ZAE Bayern ...... 17

1.5 Die Organe des ZAE Bayern ...... 18 1.5 The Governing Bodies of ZAE Bayern . . . . . 18

1.6 Rückblick ...... 20 1.6 Review ...... 20

1.7 Bei uns zu Gast 2015 ...... 36 1.7 Official Visitors in 2015 ...... 36

2.0 FORSCHUNG AM ZAE BAYERN ...... 41 2.0 RESEARCH AT ZAE BAYERN...... 41

2.1 Forschung am ZAE Bayern ...... 42 2.1 Research at ZAE Bayern ...... 42

2.2 Wasserelektrolyse: Neue Materialien und 2.2 Water Electrolysis: New Materials and Systemanalyse ...... 44 System Analysis ...... 44

2.3 Gebäudedämmung der nächsten 2.3 Next-Generation Thermal Insulation Generation? 46 for Building Applications? ...... 46

2.4 Passivhaus-Neubau der Fachober- und 2.4 New Passive House Building for Technical & Berufsoberschule Erding ...... 48 Vocational Secondary School of Erding . . . .48

2.5 Monitoring von PCM-Systemen für Gebäude . 50 2.5 Monitoring of PCM Systems for Buildings . . . 50

2.6 Hocheffiziente Solarenergienutzung 2.6 Highly Efficient Use of Solar Energy with durch schaltbare Wärmedämmung . . . . . 52 Switchable Thermal Insulation ...... 52

2.7 Schwach konzentrierender CPC-PVT 2.7 Low-Concentrating CPC PVT Hybrid Solar Hybrid-Solarkollektor 54 Collector ...... 54

2.8 In-situ-Vermessung von PV-Anlagen mit 2.8 In-situ Inspection of PV Plants Using bildgebenden Verfahren ...... 56 Imaging Methods ...... 56

2.9 Rolle-zu-Rolle-Herstellung hocheffizienter 2.9 Roll-to-Roll Manufacturing of Highly und großflächiger Solarmodule ...... 58 Efficient Large Area Solar Modules ...... 58

2.10 Untersuchung von elektronischen Defekten in 2.10 Identification of Electronic Defects in neuartigen Perowskit-Solarzellen . . . . . 60 Novel Perovskite Solar Cells ...... 60

2.11 Optimierung bildgebender Messverfahren 2.11 Optimisation of Imaging Methods for zur Charakterisierung von Solarzellen . . . . 62 Characterisation of Solar Cells ...... 62

2.12 Smart Grid Solar: Akquise, Übertragung 2.12 Smart Grid Solar: Acquisition, Transmission, and und Auswertung von Messdaten 64 Evaluation of Measured Data ...... 64

2.13 Plattenwärmeübertrager in kompakten 2.13 Plate Heat Exchangers in Compact Absorptionskälteanlagen 66 Absorption Chillers ...... 66

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2.14 Mobile Sorptionsspeicher zur Nutzung 2.14 Mobile Sorption Storages for Industrial industrieller Abwärme ...... 68 Waste Heat ...... 68

2.15 Infrarot-optische Charakterisierung von 2.15 Infrared-optical Characterisation of Gases Gasen unter extremen Bedingungen . . . . 70 Under Extreme Conditions ...... 70

3.0 VERÖFFENTLICHUNGEN ...... 73 3.0 PUBLICATIONS...... 73

3.1 Vorträge und Poster ...... 74 3.1 Presentations and Posters ...... 74

3.2 Veröffentlichungen 85 3.2 Publications ...... 85

3.3 Studienabschlussarbeiten und Dissertationen . 92 3.3 Degree and Doctoral Theses ...... 92

3.4 Patente ...... 95 3.4 Patents ...... 95

3.5 Mitarbeit in Gremien 96 3.5 Membership in Committees ...... 96

3.6 Vorlesungen ...... 100 3.6 Lectures ...... 100

3.7 Auszeichnungen ...... 101 3.7 Awards ...... 101

3.8 Sonstiges 102 3.8 Miscellaneous ...... 102

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VORWORT FOREWORD

Prof. Dr. C. J. Brabec, Vorstandsvorsitzender Prof. Dr. C. J. Brabec, Chairman of the Board

2015 haben wir in Deutschland Grundsatzdiskussi- In 2015, a fundamental debate in Germany was started onen begonnen, wie unser Energiemarkt in der Zu- on how our energy market should look like in the fu- kunft aussehen soll: Bleibt das Vertrauen der Politik ture: does politics maintain its confidence in an ener- in einen Energy-only-Markt 2.0 erhalten, oder kann gy-only market 2.0, or can an introduction of a capacity die Einführung eines Kapazitätsmechanismus die mechanism increase a fair and reliable distribution? Verteilungsgerechtigkeit und die Verteilungssicher- Whatever model is chosen, it must be capable to com- heit erhöhen? Welches Modell auch gewählt wird, bine such diverse interests like a Europe-compatible es muss in der Lage sein, so unterschiedliche Inter- electricity-market design with the economic interests essen wie ein europakompatibles Strommarktdesign of public services and municipalities. mit den wirtschaftlichen Interessen von Stadtwerken Due to a massive drop of the international energy und Kommunen unter einen Hut zu bringen. commodity market prices, these discussions have re- Durch den massiven Preisverfall der internationalen laxed short term, but it would be wrong to assume Energie-Rohstoffmärkte haben sich diese Diskussio- that we can buy oil and gas at such reasonable prices nen zwar kurzfristig entspannt, es wäre jedoch falsch beyond 2016. anzunehmen, dass wir auch über 2016 hinaus Öl und On medium and long term only renewable energies Gas zu solch günstigen Preisen erhalten können. offer a commercially and economically sustainable fu- Auf mittlere und lange Sicht bieten alleine die erneu- ture scenario. Globally, the development of renewable erbaren Energien ein wirtschaftlich und ökonomisch energy has accelerated; alone in 2015 up to 60 GW of nachhaltiges Zukunftsszenario an. Weltweit hat sich photovoltaics were built. While China and the United der Ausbau der erneuerbaren Energien beschleu- States have taken the lead role in the development of nigt, alleine im Jahr 2015 wurden bis zu 60 GW an renewable energies, the further expansion of renew- Photovoltaik zugebaut. Während China und die Ver- able energy technologies in Germany has clearly col- einigten Staaten die Führungsrolle beim Ausbau der lapsed through the tendering procedures implement- erneuerbaren Energien übernommen haben, ist der ed in the framework of the EEG amendment. Due to weitere Ausbau derartiger Technologien in der Bun- the excellent work of recent years Germany could still desrepublik durch das im Rahmen der EEG-Novelle achieve a record result. The Federal Ministry for Eco- implementierte Ausschreibungsverfahren deutlich nomic Affairs and Energy estimated the share of re- eingebrochen. Aufgrund der ausgezeichneten Arbei- newable energy from solar, water, wind and biomass ten der letzten Jahre konnte Deutschland aber trotz- to Germany's electricity production to over 30 %. More dem ein Rekordergebnis erreichen. Das Bundesminis- favourable studies even speak of up to one-third share terium für Wirtschaft und Energie schätzt den Anteil of renewables in the German electricity mix. These are der erneuerbaren Energien aus Sonne, Wasser, Wind the results on which successful energy policy must be und Biomasse an der deutschlandweiten Strompro- based and, encouraged by success, can actively shape duktion auf über 30 %. Positivere Studien sprechen the future. sogar von bis zu einem Drittel Anteil erneuerbarer The reports and analysis of the IPCC will further accel- Energien am deutschen Strommix. Dies sind die Er- erate the transformation, which the world's energy

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gebnisse, an denen sich eine erfolgreiche Energiepoli- system will be reformed with. After years of often tik orientieren muss und bestärkt durch den Erfolg die incomprehensible discussions, the world climate con- Zukunft aktiv gestalten kann. ference has coincided on a climate agreement in Paris Die Berichte und Analysen des Weltklimarates IPCC that takes all countries into duty for the first time. werden zu einer weiteren Beschleunigung der Trans- In December 2015, the global community agreed, formation führen, mit der das weltweite Energiesys- under international law, to limit global warming to tem reformiert wird. Nach jahrelangen, oftmals nicht below two degrees. Furthermore, the world shall be nachvollziehbaren Diskussionen hat sich die Weltkli- greenhouse gas neutral from 2050 on. This incredible makonferenz in Paris erstmals auf ein Klimaschutz- breakthrough means a farewell to fossil fuels and the abkommen verständigt, das alle Länder in die Pflicht global shift towards renewables. nimmt. Die Weltgemeinschaft hat sich im Dezember On 20th October Bavaria's Minister for Economic 2015 völkerrechtlich verbindlich auf das Ziel geeinigt, Affairs, Ilse Aigner, introduced a new energy pro- die Erderwärmung auf unter zwei Grad zu begrenzen. gramme for Bavaria. The current energy programme Des Weiteren soll die Welt ab 2050 treibhausgasneu- confirms the ambitious expansion goals for Bavaria tral werden. Dieser unglaubliche Durchbruch bedeu- to produce up to 70 % of the electricity generated tet den Abschied von fossilen Energien und den welt- from renewable energy sources by 2025. At the same weiten Wechsel zu erneuerbaren Energien. time, a new energy-efficiency offensive was pro- Am 20. Oktober hat Bayerns Wirtschaftsministerin claimed. The flagship of this offensive is the 10,000 Ilse Aigner ein neues Energieprogramm für den Frei- houses programme. When it was created, ZAE Bayern staat vorgestellt. Das aktuelle Energieprogramm be- was able to assist the Bavarian Ministry of Economic stätigt die ambitionierten Ausbauziele für Bayern, Affairs with its many years of experience in the re- bis 2025 bis zu 70 % des erzeugten Stroms aus er- newable energy production, in energy storage, and in neuerbaren Energien herzustellen. Gleichzeitig wur- energy efficiency. de eine neue Energie-Effizienz-Offensive ausgerufen. With excitement we are looking forward to 2016. The Das Flagschiff dieser Offensive ist das 10.000 Häuser current humanitarian refugee disaster requires our Programm, bei dessen Erstellung das ZAE Bayern mit utmost attention and support. So far, the Bavarian seiner langjährigen Expertise in der erneuerbaren State has been able to overcome this situation exem- Energieerzeugung, der Energiespeicherung und der plarily and we all hope that we will meet the chal- Energieeffizienz das Bayerische Wirtschaftsministeri- lenges of 2016 with grandeur. um unterstützen durfte. Finally, I would like to congratulate our staff, head Wir blicken mit Spannung auf 2016. Die aktuelle hu- of groups and divisions to the great achievements manitäre Flüchtlingskatastrophe verlangt unser aller in 2015, and thank them for their dedication and größte Aufmerksamkeit und Unterstützung. Bisher their great commitment. 2015 was a year rich in in- war der Freistaat in der Lage, diese Situation vorbild- sights, prizes and awards, and it was a joy to lead ZAE lich zu meistern und wir wünschen uns alle, dass wir through this successful year. die Herausforderungen 2016 mit Größe bewältigen All you partners and supporters of ZAE, I hope you en- werden. joy reading our annual report. We all look forward to Zum Schluss möchte ich unseren Mitarbeitern, Grup- your input and the challenges that they will provide pen- und Bereichsleitern zu den großartigen Leistun- us with in 2016. gen im Jahr 2015 gratulieren und mich bei Ihnen für Ihr Engagement und Ihren großen Einsatz bedanken. 2015 war ein Jahr reich an Erkenntnissen, Preisen und Ihr/ Yours Auszeichnungen, und es war eine Freude, das ZAE Christoph Brabec durch dieses erfolgreiche Jahr zu führen. Ihnen allen, den Kooperationspartnern und Unter- stützern des ZAE wünsche ich viel Spaß beim Lesen unseres Tätigkeitsberichts. Wir freuen uns auf Ihren Input und die Herausforderungen, die sie uns 2016 stellen werden.

7 8 1.0 ALLGEMEINES GENERAL INFORMATION

9 TÄTIGKEITSBERICHT 2015 – ZAE BAYERN

1.1 ÜBERBLICK AT A GLANCE

Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff Prof. Dr. V. Dyakonov Prof. Dr. C. J. Brabec Dr. B. Malkowski Wissenschaftlicher Leiter Wissenschaftlicher Leiter Wissenschaftlicher Leiter Geschäftsführer Scientific Director Scientific Director Scientific Director Managing Director

SATZUNGSAUFTRAG CHARTERED OBJECTIVES Das Bayerische Zentrum für Angewandte Energie- The Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE forschung e. V. (ZAE Bayern) ist ein eingetragener, ge- Bayern) is a registered, non-profit association. The as- meinnütziger Verein mit Sitz in Würzburg. Zweck der sociation was founded in December 1991 and has its Gründung ist die Förderung der Energieforschung, der registered office in Würzburg. The association was Aus-, Fort- und Weiterbildung sowie der Beratung, Infor- established to promote energy research as well as mation und Dokumentation auf allen Gebieten, die für education, further training, consultation, information die Energieforschung bedeutsam sind. Der Verein un- and documentation in all fields significant to energy terhält ein wissenschaftliches Forschungsinstitut mit research. The association supports a scientific research den Standorten Würzburg, Garching, Erlangen, Nürn- institute with divisions in Würzburg, Garching, Erlan- berg und Hof, an welchen über 200 Wissenschaftler, gen, Nuremberg and Hof, employing more than 200 technische Mitarbeiter, Verwaltungsangestellte sowie scientists, technicians, administrative personnel and Studenten tätig sind. Seit Gründung des ZAE Bayern im students. Since the founding of ZAE Bayern in 1991, Jahr 1991 hat sich das ZAE zu einer national und interna- ZAE has become a both nationally and internationally tional anerkannten Forschungseinrichtung entwickelt. recognized research institute.

INSTITUTSPROFIL INSTITUTE PROFILE Das ZAE Bayern arbeitet an der Schnittstelle zwischen ZAE Bayern works on the interface between evi- erkenntnisbasierter Grundlagenforschung und ange- dence-based fundamental and applied industrial wandter Industrieforschung. Jährlich führt das Institut research. Every year the institute performs a great eine große Zahl von Projekten mit der Industrie, vom number of projects with the industry, from SME to KMU bis zum Großkonzern, sowie mit universitären large groups, as well as with university and non-uni- und außeruniversitären Forschungspartnern durch. Seit versity research partners. Since the foundation, ZAE seiner Gründung hat das ZAE seine Kompetenzen kon- has strengthened its competences consistently. Today sequent ausgebaut und bietet heute in den Bereichen it offers a wide spectrum of research, development Energieeffizienz, Energiespeicherung und erneuerbare and consulting services, metrological services and Energien ein umfangreiches Spektrum von Forschungs-, seminars in the areas of energy efficiency, energy stor- Entwicklungs- und Beratungsleistungen, messtechni- age and renewable energies. The core competences of schen Dienstleistungen und Seminaren an. Energieef- ZAE are energy efficiency, energy storage and renewa- fizienz, Energiespeicherung und erneuerbare Energien ble energies. In these areas ZAE deals, amongst other sind die zentralen Kompetenzbereiche des ZAE. Auf die- things, with thermal and electrochemical energy stor- sen Gebieten befasst sich das ZAE unter anderem mit age, energy optimised buildings and urban quarters,

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Dr. A. Hauer Dr. H.-P. Ebert Dipl.-Ing. R. Auer Dipl.-Betriebswirt (FH) T. Pharo Bereichsleiter Bereichsleiter Bereichsleiter Bereichsleiter Head of Division Head of Division Head of Division Head of Division

thermischen und elektrochemischen Energiespeichern, energy efficient processes, photovoltaics, solar ther- energieoptimierten Gebäuden und Stadtquartieren, mal and geothermal systems, metrology, nano mate- energieeffizienten Prozessen, Photovoltaik, Solarther- rials, smart grids and energy systems. Competence in mie, Geothermie, Messtechnik, Nanomaterialien, Smart materials science, theoretical understanding, and de- Grids und Energiesystemen. Dabei bilden Materialkom- velopment of components and finally optimisation of petenz, Theorieverständnis, Bauteil- und Komponenten- the same within energy systems creates a continuous, entwicklung und schließlich die Optimierung dieser knowledge-based chain of value. Our integrative ap- Komponenten in Energiesystemen eine lückenlose, er- proach to these individual focuses facilitates the task kenntnisbasierte Wertschöpfungskette. Sowohl die Ver- of finding effective solutions to increase energy effi- netzung der einzelnen thematischen Schwerpunkte als ciency and boost the use of renewable energy sourc- auch die Vernetzung innerhalb der Wertschöpfungsket- es. Projects realised at the institute take advantage of te ermöglichen dem ZAE Bayern wertvolle Lösungen zur interdivisional cooperation and benefit from the com- Steigerung der Energieeffizienz und zum verstärkten petences within the close network of research groups Einsatz von erneuerbaren Energien zu liefern. Zahlrei- within each division. Education is a further pillar of che Projekte am Institut werden standortübergreifend ZAE Bayern’s activities; around 40 graduands, master- bearbeitet und sind nur durch eine enge Vernetzung and bachelor students, as well as trainees completed der einzelnen Arbeitsgruppen mit ihren Kompetenzen their degree-, master- and bachelor thesis, or project möglich. Aus- und Weiterbildung bilden eine weitere work in 2015. Säule der Tätigkeit des ZAE. Rund 40 Diplomanden, Mas- ter- und Bacheloranden sowie Praktikanten fertigten im COOPERATIONS Jahre 2015 ihre Diplom-, Master-, Bachelor- bzw. Projekt- ZAE Bayern promotes the practical application of sci- arbeiten in den ZAE-Laboratorien an. entific findings, constantly endeavoring to form co- operative partnerships with scientific and industrial KOOPERATIONEN