Pressemitteilung der Universität Freiburg vom 17.06.2010

Freiburger Forscher erzielen weltweit höchsten Füllfaktor für flexible Module aus organischen Solarzellen

Organische Solarzellen stehen für eine noch junge Technologie der Solarstromerzeugung. An ihrer Optimierung arbeitet das Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) in enger Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE). Jetzt ist es dem Forschungsteam um Dr. Uli Würfel gelungen, den weltweit besten Wert beim Füllfaktor für flexible organische Solarzellen zu erzielen. Der Füllfaktor ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal, das neben dem Kurzschlussstrom und der offenen Klemmenspannung die Effizienz der Solarzelle und damit die Leistungsausbeute bestimmt.

Mit dem Ziel, leichte und flexible Solarzellen zu entwickeln, forscht das FMF an leitfähigen Kunststoffen für den Einsatz in der organischen Photovoltaik. Damit ist es in Zukunft möglich, neben der Versorgung mobiler Kleingeräte auch Rollos und Markisen mit einer dünnen, Strom erzeugenden Folie zu versehen und so neue Anwendungsgebiete zu erschließen.

Das interdisziplinäre Forschungsinstitut FMF führt in enger Kooperation mit dem ISE Forschungsarbeiten zur organischen Photovoltaik durch. Die organische Photovoltaik ist im Vergleich zur bereits etablierten Silizium-Photovoltaik ein junges Forschungsgebiet, das sich in den letzten Jahren mit großer Dynamik weiterentwickelt hat. Im Gegensatz zu herkömmlichen, bereits auf dem Markt etablierten Solarzellen aus anorganischen Halbleitern nutzen organische Solarzellen für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrische Energie organische Materialien wie beispielsweise Polymere.

Wichtig für den Einsatz von Solarzellen ist neben dem Wirkungsgrad vor allem ihr Herstellungspreis. Hier besitzt die organische Photovoltaik ein enormes Potenzial, Kosten zu senken. Dies liegt zum einen daran, dass die verwendeten organischen Materialien sehr starke Absorber sind, das heißt es reicht bereits eine extrem dünne Schicht aus, das Sonnenlicht zu absorbieren, was wiederum einen niedrigen Materialverbrauch zur Folge hat. Zum anderen lässt sich diese Technologie mit Hilfe der äußerst effizienten Rolle-zu-Rolle Produktionstechnologie umsetzen. Daraus resultieren weitere Vorteile, wie etwa die Möglichkeit, flexible Solarzellen mit geringem Gewicht herstellen zu können. Mit dem für die photoaktive Schicht eingesetzten Materialsystem werden auf kleinen Flächen üblicherweise Effizienzen von etwas mehr als 3 Prozent erreicht. Mit einem Modul-Wirkungsgrad von 2,5 Prozent auf der aktiven Fläche von mehr als 25 Quadratzentimeter konnte die elektrische Serienverschaltung erfolgreich demonstriert werden. Damit ist den Freiburger Forschern jetzt nicht nur eine vielversprechende Effizienz gelungen, gleichzeitig konnten sie mit 64 Prozent den für flexible organische Solarmodule weltweit höchsten Füllfaktor realisieren. Ebenfalls ein für die Kosten entscheidender Vorteil ist die Tatsache, dass die in Freiburg entwickelten organischen Solarzellen aufgrund ihres invertierten Aufbaus ohne die üblicherweise in organischen Solarzellen verwendete und sehr teure Indium-Zinnoxid Elektrode auskommen.

Die bislang im Labor gefertigten Module bestehen aus elf in Serie geschalteten Zellen und liefern eine Spannung von 6,5 Volt. Als Prototypen im Rahmen eines Projekts dienen sie zur Versorgung eines energieautarken Sensorsystems, das in Kleidung integriert werden soll. Verschiedene Sensoren zur Erfassung von Umwelt- und physiologischen Parametern können eingebunden werden.

Die Forschungsarbeiten zur organischen Photovoltaik am FMF werden gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie die Fraunhofer-Gesellschaft (FhG). Zudem gibt es Kooperationen mit Industriepartnern.

Externer Link: www.uni-freiburg.de

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 22.04.2010

wbk Institut für Produktionstechnik entwickelt stromsparenden Wasserhahn

Wie lässt sich Energie sinnvoll und zielführend sparen? Dieser Frage geht das wbk Institut für Produktionstechnik mit dem Projekt powerFLUID auf den Grund. Die Ingenieure dort entwickelten eine Methode, um die gesamte Energie für die Benutzung elektronisch gesteuerter Wasserhähne einzusparen: Die Energie wird direkt über das verwendete Wasser gewonnen.

Bislang sind elektronisch geregelte Wasserhähne immer an externe Energiequellen wie ein Stromnetz oder eine Batterie gebunden. Doch so genannte fluidische Systeme wie Wasser oder Gas geben die in ihnen enthaltene gespeicherte Energie ungenutzt an die Umgebung ab. Mit powerFLUID wird diese Energie aufgenommen und in elektrische Energie umgewandelt. Diese setzt dann den automatischen Wasserhahn in Gang.

Um die dazu benötigte Energie zu gewinnen, haben die Ingenieure vom wbk Institut für Produktionstechnik ein Wandlersystem entwickelt. Es besteht aus einer Mikroturbine, an deren Laufschaufeln Magnete angebracht sind. Diese erzeugen durch Rotation ein Magnetfeld, das durch einen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.

Ein Wasserhahn-Prototyp aus dem Projekt ist bisher im Einsatz. „In der Massenproduktion würde powerFLUID für eine enorme Energie- und damit auch Kostenersparnis sorgen“, erklärt wbk-Ingenieur Stefan Herder. Auch die Anwendung in anderen Bereichen ist denkbar, wie sein Kollege Martin Weis ergänzt: „Das am wbk entwickelte Prinzip eignet sich für sehr viele mit Flüssigkeiten betriebene Systeme.“

Der Bereich Energy Harvesting, also die Umwandlung und Nutzung vorhandener, bisher ungenutzer Energie, ist am wbk generell breit aufgestellt. So wurde dort auch die Verwendung einer weiteren Energieform neben Wasser für das Projekt powerFLUID überprüft: das Licht. Über eine Solarzelle versorgt es den Sensor, der den Start- und Stoppvorgang des Wassers aus der Armatur regelt. (del)

Externer Link: www.kit.edu

Presseinformation des KIT (Karlsruher Institut für Technologie) vom 26.03.2010

Green Computing am KIT: Informatiker setzen auf den Einsatz von stromsparenden Prozessoren

Wissenschaftler am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Goethe-Universität Frankfurt haben ein Verfahren entwickelt, das den Energieverbrauch bei der Verarbeitung von großen Datenmengen deutlich reduziert. Damit erzielten sie einen neuen Weltrekord bei einem internationalen Wettbewerb zur effizienten Sortierung von Daten. Verglichen mit den vorherigen Rekordhaltern von der Stanford University steigerten sie die Energieeffizienz um das Drei- bis Vierfache.

Dem Forscherteam um Professor Peter Sanders vom KIT und Professor Ulrich Meyer von der Universität Frankfurt gelang der Rekord durch den Einsatz von scheinbar unkonventioneller Hardware: Anstelle von stromschluckenden Serverprozessoren verwendeten die Wissenschaftler erstmals Prozessoren vom Typ „Intel Atom“. Das sind Mikroprozessoren, die für Netbooks entwickelt wurden.
 
Die im Vergleich zu Serversystemen schwächere Rechenleistung konnten die Wissenschaftler kompensieren, indem sie hocheffiziente Algorithmen einsetzen. Anstelle von Festplatten, die viel Strom zum Antrieb der mechanischen Komponenten brauchen, verwendeten Sanders, Meyer und ihr Team „Solid State Disks (SSD)“, die deutlich schneller und gleichzeitig sparsamer sind.
 
Das für die Wissenschaftler überraschende Rekordergebnis werfe, so Meyer, die Frage auf, ob der zunehmende Energiehunger der Informationstechnik nicht deutlich gesenkt werden könne. „Auf lange Sicht sollten viele kleine, sparsame und kooperierende Systeme die bislang üblichen schwergewichtigen ersetzen“, bekräftigt Sanders.

Ausgangspunkt war für die Wissenschaftler ein Schlüsselproblem in der Informatik: das Sortieren von Daten. Rechner, die über das Internet miteinander vernetzt sind, erzeugen immer größere Datenmengen. Um diese auswerten zu können, muss man sie zunächst nach einem bestimmten Kriterium sortieren. Das effiziente Sortieren von Daten ist daher von zentraler Bedeutung für Suchmaschinen und Datenbanken – und damit ein wichtiges Forschungsthema in der theoretischen wie auch in der praktischen Informatik.
 
In den drei Kategorien des Wettbewerbs mussten zehn GigaByte, 100 GigaByte oder ein TeraByte an Daten sortiert werden, bestehend aus Datensätzen zu jeweils 100 Byte. Selbst für die größte Datenmenge, die einem Papierstapel von zehn Kilometer Höhe entspricht, benötigten die neuen Rekordhalter nur 0,2 Kilowattstunden. Das ist ungefähr so viel Energie, wie zum Aufkochen von zwei Litern Wasser benötigt wird.

Unter der Leitung von Sanders und Meyer entwickelten die Doktoranden Johannes Singler (KIT) und Andreas Beckmann (Universität Frankfurt) das energiesparende System. Verzeichnet ist der Weltrekord in dem seit Jahrzehnten etablierten „Sort Benchmark“, den Fachleute etwa von den Unternehmen Hewlett-Packard und Microsoft veröffentlichen. Die Forscher gewannen in den „JouleSort“-Kategorien. (ele)

Externer Link: www.kit.edu