Forschungsprojekte

Sie wollen sich eine Übersicht über unsere Forschungsprojekte verschaffen? Dann schauen Sie sich gerne um: Auf dieser Seite finden Sie die laufenden Projekte der jeweiligen Schwerpunkte. Wenn Sie das Interesse gepackt hat und Sie einen breiteren Überblick über die jeweiligen Projekte der Schwerpunkte erhalten möchten, finden Sie bereits abgeschlossene Projekte in der Rubrik "Alte Projekte".

Solarthermische Systeme

SoPhosM

System zur bedarfsgerechten Bereitstellung solarer Prozesswärme für den Trocknungsprozess von Phosphat in Marokko

Projektlaufzeit: 01.11.2022 - 31.10.2025

Im Rahmen der Energiewende rückt die Bereitstellung von Wärme durch erneuerbare Energien zunehmend in den Fokus. In diesem Zusammenhang wird die Bereitstellung von Hochtemperaturprozesswärme mit konzentrierter Solarenergie am Beispiel eines Phosphattrocknungsprozesses in Marokko demonstriert. In verschiedenen marokkanischen Sektoren besteht ein großer Bedarf an Prozesswärme, der zumeist durch fossile Brennstoffe gedeckt wird.

In Marokko wird die Energiewende vorangetrieben, um in Zukunft eine CO2-freie Energieversorgung zu gewährleisten und unabhängig von Energieimporten zu werden. Auch das phosphatproduzierende Unternehmen OCP ist bestrebt, seine derzeit öl- und gasbasierte Prozesswärmeversorgung in Zukunft durch Solarenergie zu gewährleisten. Allein für die Phosphattrocknung werden jährlich 3,6 TWh an fossilen Brennstoffen zur Erzeugung von Prozesswärme benötigt. Da für diesen Prozess hohe Temperaturen erforderlich sind, sind Solarturmtechnologien als erneuerbare Wärmequelle hervorragend geeignet. Das erste Projektziel ist der Bau und Testbetrieb einer Demonstrationsanlage zur solaren Phosphattrocknung an einem OCP-Standort in Marokko. Das technische Konzept umfasst ein energieeffizientes System aus innovativen Komponenten. Mit dem Testbetrieb soll der Nachweis erbracht werden, dass diese Solartechnologie in der Lage ist, 24 Stunden am Tag zuverlässig Prozesswärme auf dem gewünschten Temperaturniveau zu liefern. Darauf aufbauend wird das System hochskaliert und unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten so weit optimiert, dass die Technologie nach diesem Projekt von OCP kommerziell genutzt werden kann. Für die Auslegung des Systems müssen Simulationsmodelle der Komponenten entwickelt und validiert werden, um die komplexe Dynamik des Systems abzubilden. Darüber hinaus wird eine sozioökonomische Studie durchgeführt, um festzustellen, wie die Entwicklung des marokkanischen solaren Prozesswärmesektors optimal gemanagt werden kann.

Partner:innen Marokko:

  • OCP group
  • Mohammed VI Polytechnic University
  • Green Energy Park
  • Institut de Recherche en Energie Solaire et Energies Nouvelles
  • Universität Cadi Ayyad (assoziiert)

Partner:innen Deutschland:

  • Kraftanlagen Energies & Services
  • Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt e. V.
  • Wuppertal Institut für Klima, Umwelt, Energie GmbH
  • sbp sonne GmbH
  • Hilger GmbH

Gefördert vom

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung

SoCoNexGen

Design, Konstruktion, Test und Analyse von vier verschiedenen mit solarthermischen Kollektoren und/oder Photovoltaik-Paneelen betriebenen Indoor-Solarkochern für häusliche Anwendungen

Projektlaufzeit: 01.06.2022 – 31.05.2025

Im Projekt SoCoNexGen werden vier verschiedene Solarkocher entwickelt, gebaut und getestet. Die Solarkocher sind für die Integration in Innenräumen vorgesehen und drei der vier Modelle sind mit großen Energiespeichern ausgerüstet, um ein flexibles Kochverhalten zu gewährleisten. Der Energiespeicher besteht bei zwei Modellen aus einem thermischen Sandspeicher und bei einem Modell aus einem elektrischen Batteriespeicher. Die Energie wird abhängig vom Modell durch solarthermische Kollektoren, PV-Kollektoren oder durch eine Kombination beider Systeme bereitgestellt.

Im Projekt arbeitet ein internationales Konsortium aus Marokko, Algerien, Tunesien, Portugal und Deutschland gemeinsam an der Entwicklung und Erprobung der Solarkocher. In diesem Rahmen sind Testkampagnen an den Standorten der Partner vorgesehen, die durch die Erstellung und Nutzung von detaillierten Simulationsmodellen ergänzt werden. Zusätzlich werden Potenzialstudien für den Einsatz der Kocher in der Region Nordafrika durchgeführt. Ziel ist es robuste und einfach handhabbare Solarkochersysteme zu entwickeln, die bei der lokalen Bevölkerung eine hohe Akzeptanz erreichen.

Partner:

  • Solar-Institut Jülich (Deutschland)
  • Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik (Deutschland)
  • low-tec gemeinnützige Arbeitsmarktförderungsgesellschaft Düren mbH (Deutschland)
  • Universidade de Évora (Portugal)
  • Université Mohammed Premier Oujda (Marokko)
  • Université de Tunis El Manar (Tunesien)
  • Centre de développement des énergies renouvelables (Algerien)

Förderung durch:

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung
  • LEAP-RE Projekt (Das LEAP-RE Projekt erhält Fördermittel aus dem Horizon 2020 Research and Innovation program, grant agreement 963530)

Weitere Informationen auf der LEAP-RE Webseite.

Tes4Trig

Innovative thermische Energiespeicher (TES) kombiniert mit einer Solarlösung für Heizung, Kühlung und Strombedarf

Projektstart für das SIJ: Juni 2022

Damit die CSP-Technologie kosteneffizient ist, müssen hocheffiziente, flexible CSP-Technologien eingesetzt werden, die mit thermischen Energiespeichern (TES) ausgestattet sind. Um die Kosten weiter zu senken, ist es möglich, kombinierte Kühlungs-, Heizungs- und Stromsysteme (CCHP) zu nutzen, die zusätzliche Einnahmen erzielen können, indem sie den Wärme- und Kältebedarf von Versorgungsunternehmen, Gewerbebetrieben oder Haushalten decken.

TES4Trig zielt darauf ab, die oben genannten Strategien in einem einzigen innovativen CCHP-System zu vereinen, das von Solar-Parabolrinnen-Kollektoren (PTCs) angetrieben wird und auf der Integration des Organic Rankine Cycle (ORC) und des Ejector Cooling Cycle (ECC) mit einem kostengünstigen TES-System basiert. In modernen großen CSP-Anlagen werden meist TES-Systeme mit geschmolzenen Salzen eingesetzt. In TES4Trig wird ein auf Beton basierendes Festkörper-TES vorgeschlagen, das das Potenzial hat, wirtschaftlicher, einfacher und umweltfreundlicher zu sein, aber Untersuchungen zur Überwindung operativer Hindernisse erfordert, begleitet von neuen PTC-Komponentendesigns und Kostensenkungen.

Die Solarenergie, die in Zeiten überschüssiger Sonnenverfügbarkeit gespeichert wird, wird bei Bedarf zur Stromerzeugung und zur Deckung des Raumwärmebedarfs im Winter genutzt, während im Sommer Raumkühlung erzeugt wird. Um die Gesamtnutzung der Solarenergie zu erhöhen, wird in Zeiten, in denen kein Heiz- oder Kühlbedarf besteht, Strom erzeugt. Das System wird über ein Regelungssystem verfügen, um seine Flexibilität zu erhöhen und die Strom-, Kühl- und Heizleistung effizient an den Bedarf der Verbraucher anzupassen. Im Rahmen des Projekts werden die einzelnen Teilsysteme (PTCs, TES, ORC-ECC-Modul) entworfen und in einen TES4Trig-Prototyp integriert, der vor Ort bei einem Verbraucher in Griechenland vorgeführt wird, um seine Machbarkeit zu beweisen und seine tatsächliche Leistung in einer realen Betriebsumgebung zu bewerten.

Im Rahmen des TES4Trig-Projekts wird das SIJ für die folgenden Hauptaufgaben verantwortlich sein:

  • Beschaffung einer Solar-Messstation und Installation am TES4Trig-Standort in Griechenland.
  • Entwicklung und Validierung eines Simulationsmodells für das TES4Trig-System.
  • Machbarkeitsstudie für ein Scale-up TES4Trig-System.

Projektpartner:

  • Nationale Technische Universität von Athen (NTUA)
  • "DEMOKRITOS" Nationales Zentrum für wissenschaftliche Forschung
  • CADE Soluciones de Ingeniería, S.L.
  • Protarget AG
  • MES ENERGY S.A.
  • Solar-Institut Jülich der FH Aachen

Hier geht's zum Linked-In-Kanal.

Gefördert vom:

  • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen

SolarFuels

Synthetische Kraftstoffe aus Sonnenlicht

Projektbeginn: August 2021

Ziel des industriegeführten Forschungsprojekts SolarFuels ist der Aufbau und Betrieb einer Pilotanlage zur Produktion synthetischer Kraft- und Grundstoffe für die chemische Industrie mittels solarer Mischreformierung von Methan. Durch die solare Aufwertung lassen sich die Treibhausgas-Emissionen um mehr als 30% senken. Perspektivisch wird die Reformierung von Biogas angestrebt, um einen klimaneutralen Kraftstoff herzustellen. Die Pilotanlage wird weltweit zum ersten Mal die gesamte integrierte Technologiekette vom Sonnenlicht bis zum synthetischen, flüssigen Kraftstoff abdecken.

Für das Projekt haben die Synhelion Germany GmbH, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und das Solarinstitut Jülich (SIJ) ihre Kompetenzen gebündelt. Gemeinsam werden drei Schlüsselkomponenten für die konzentrierende Hochtemperatur-Solartechnik optimiert, skaliert und in industriell relevantem Maßstab demonstriert: Der solare absorbierende Gas-Receiver für Temperaturen bis zu 1500 °C, ein entsprechender thermischer Speicher sowie der indirekt beheizte Reformierungsreaktor. In letzterem wird Methan via einer Mischreformierung mit Wasserdampf und Kohlendioxid zu Syngas, einem H2/CO-Gemisch, reagiert. Dieses wird in einer angeschlossenen Fischer-Tropsch-Anlage zu flüssigem Kohlenwasserstoff weiterverarbeitet. Die Hauptkomponenten werden auf dem Multi-Fokus-Turm, einer Forschungsanlage in Jülich, getestet und auf der Pilotanlage im Brainergy Park Jülich mit dem neu zu errichtenden Hochfokus-Heliostatenfeld in Betrieb genommen werden.

Das SIJ befasst sich einerseits mit einer detaillierten CFD-Simulation des Reformierungsreaktors, um Optimierungspotentiale hinsichtlich der Reaktoreffizienz, v.a. des Methan- und CO2-Umsatzes sowie minimierter Kohlenstoffbildung, auszunutzen. Des Weiteren wird der Gesamtprozess der Pilotanlage dynamisch simuliert, um das Anlagenverhalten zu untersuchen und optimierte Betriebs- und Regelungsstrategien abzuleiten.

Projektpartner:

  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
  • Synhelion Germany GmbH

Gefördert durch:

  • Bundeministerium für Wirtschaft und Energie des Landes NRW

STERN

Steigerung der Kosteneffizienz von Flüssigsalzreceivern; Teilvorhaben: Dynamische Simulation

Projektbeginn: Oktober 2020

Solarthermische Kraftwerke (CSP) spielen potenziell in der zukünftigen internationalen Energieversorgung eine wichtige Rolle. Die Analyse der derzeitigen Projektlage deutet darauf hin, dass die flüssigsalzbasierte Solarturmtechnologie in kürze den größten Anteil an der installierten Leistung der Solarturmkraftwerke erreichen wird. Durch die Verbindung mit thermischen Salzspeichern kann eine von der fluktuierenden Sonnenstrahlung entkoppelte und somit bedarfsgerechte Stromerzeugung besonders unkompliziert gewährleistet werden. Eine der großen Herausforderungen für Solarturmkraftwerke sind die hohen Investitionskosten. Das Receiversystem macht dabei bis zu 20% der Investitionskosten des Kraftwerkes aus. Im Forschungsprojekt wird das innovative STERN-Receiverkonzept weiterentwickelt: durch eine radikale Neuanordnung der Absorberpaneele verspricht das Konzept eine Reduzierung der Absorberfläche um mindestens 40% gegenüber dem Stand der Technik und gleichzeitig eine moderate Erhöhung des Wirkungsgrades des Heliostatenfeld-Receiver-Systems.

Zunächst wird ein unter Kosten-, Wirkungsgrad-, und fertigungstechnischen Aspekten optimiertes Receiverdesign entwickelt und mit dem Stand der Technik verglichen. Anschließend wird ein Prototyp des Receivers unter solaren Bedingungen am Solarturm Jülich erprobt. Heutige Solarreceiver verwenden für die Absorberrohre Nickelbasis-legierungen. Diese sind bis zu 10-mal teurer als die deutlich besser verfügbaren hochlegierten Edelstähle. Rostfreie, Al-legierte und darum Al2O3-bildende Edelstähle, weisen potentiell ausreichende Beständigkeit gegenüber Korrosion in NaNO3-KNO3-Schmelzen (sog. „Solar Salt“) bei weitaus niedrigeren Kosten auf. Kommerziell sind derartige Legierungen bisher, aufgrund mangelnder mechanischer Festigkeit, nicht für Strukturanwendungen verfügbar. Die Entwicklung Al2O3-bildender, ferritischer und austenitischer Edelstähle mit hoher mechanischer Festigkeit, im Rahmen des Projekts bietet aus diesem Grunde das Potential weiterer Kostensenkungen.

Projektpartner:

  • MAN Energy Solutions SE (Koordinator)
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
  • Solar-Institut Jülich der FH Aachen
  • Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH
  • Forschungszentrum Jülich
  • Salzgitter Mannesmann Stainless Tubes GmbH (als assoziierter Partner)
  • HORA Holter Regelarmaturen GmbH & Co. KG (als assoziierter Partner)
  • Stahl-Armaturen PERSTA GmbH (als assoziierter Partner)

HPMS-II

High Performance Molten Salt Tower Receiver System - Phase 2

Projektbeginn: Oktober 2018

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens HPMS ist die Ausschöpfung von Kostensenkungspotentialen bei Salzturmkraftwerken durch die Entwicklung eines hocheffizienten Receivers und durch eine gesamtheitliche Optimierung des solaren Hochtemperatur-Kreislaufs. Es schafft damit die Basis für die nächste Generation von Salzturmkraftwerken. Das Gesamtvorhaben besteht aus den 3 Phasen:

  • Phase 1: Theoretische Studien und Basic Engineering im Projekt HPMS-I
  • Phase 2: Bau und Betrieb eines Testreceiversystems aufbauend auf der im Projekt HPMS-I entwickelten Technologie
  • Phase 3: Nutzung der Technologie in einer Pilotanlage oder einer kommerziellen Anlage

Die Arbeitsschwerpunkte des SIJ im Projekt HPMS-II (Phase 2) sind die folgenden:

  • Validierung der in HPMS entwickelten dynamischen Simulationsmodelle
  • Auslegung eines Testreceiversystems gestützt mit dynamischen Simulationen einzelner Komponenten und des Gesamtsystems
  • Entwicklung und Auslegung eines Regelungskonzeptes und einer optimierten Betriebsstrategie
  • Weiterentwicklung der numerischen Simulationsmodelle zur besseren Vorhersage von Ertrag und Lebensdauer

Projektpartner:

  • Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt e.V. (DLR) (Koordinator)
  • MAN Energy Solutions SE (MAN)
  • Solar-Institut Jülich der FH Aachen (SIJ)
  • Flexible Industriemesstechnik GmbH (FLX)
  • Endress + Hauser Messtechnik GmbH + CO.KG (E+H) (als assoziierter Partner)
  • Mannesmann Stainless Tubes (MST) (als assoziierter Partner)
  • Holter Regelarmaturen GmbH & Co. KG (HORA) (als assoziierter Partner)
  • Salzgitter Mannesmann Forschung (SZMF) (als Unterauftragnehmer)

Energiespeicher und Wasserstoff

TESS KWK

Weiterentwicklung und Qualifizierung des multifunktionalen thermischen Speichers für den Einsatz in kommunalen Strom- und Wärmenetzen

Projektlaufzeit 01.11.2021 – 31.10.2024

TESS KWK ist das Folgeprojekt des Forschungsprojekts TESS 2.0, in dem das innovative Power-to-Heat&Power-Speicherkonzept multiTESS (multifunktionaler thermischer Stromspeicher) entwickelt und als Pilotanlage in einem eigenen Gebäude auf dem Gelände des Brainergy Parks Jülich realisiert wurde.

Die Idee des thermischen Stromspeichers ist es, die Beladung des Speichers mittels einer neuartigen elektrischen Heizung aus Netzüberschussstrom der erneuerbaren Energien zu realisieren. Zusätzlich ist es möglich, überschüssige Wärmeenergie aus Industrieprozessen in dem multiTESS zu speichern. Innovativ und einzigartig ist neben der Bereitstellung auch die Speicherung der Hochtemperaturwärme von bis zu 1000 °C. Die gespeicherte Energie kann entweder als grundlastfähige Wärme – das heißt rund um die Uhr von 50 °C bis 1000 °C – oder in bestehende KWK-Anlagen zur bedarfsgerechten Erzeugung von Strom und Wärme abgegeben werden.

Im Projekt TESS KWK wird der multiTESS für den Einsatz in kommunalen Strom- und Wärmenetzen weiterentwickelt und unter Berücksichtigung möglichst realer Betriebsbedingungen für diesen Einsatz optimiert und qualifiziert. Zu diesem Zweck werden ein ausführlicher Versuchsbetrieb an der bestehenden Pilotanlage, eine Konzeptoptimierung und eine Markteinsatzanalyse durchgeführt. Begleitend wird ein digitaler Zwilling der Gesamtanlage erstellt und mithilfe der Versuchsergebnisse validiert. Mit dem digitalen Zwilling kann eine Adaption an verschiedene Einsatzszenarien zügig durchgeführt sowie das Anlagenverhalten bei Konzeptänderungen vorausgesagt werden.

Mit dem Projekt TESS KWK befindet sich das multiTESS-Konzept weiter auf dem Weg zur kommerziellen Realisierung. Durch seine dezentrale und flexible Energiebereitstellung stellt multiTESS einen bisher fehlenden Baustein zur Sicherstellung der CO2-freien Versorgung mit Strom & Wärme in der Industrie und auch bei der kommunalen Energieversorgung dar. Diese Sektorenkopplung bildet eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zur angestrebten Klimaneutralität.

Näheres kann unter folgendem Link nachgelesen werden: Näheres zu TESS KWK

Projektpartner:innen:

  • Dürr AG
  • Kraftanlagen Energies & Services GmbH
  • Otto Junker GmbH
  • Stadtwerke Jülich GmbH

Effiziente Gebäude- und Anlagentechnik

KlipStahl

Energieaktivierte Stahllösungen für klimapositive Gebäude

Projektlaufzeit: 01.01.2023 – 30.06.2025

Die Reduktion der CO2-Emissionen stellt eins der Kernziele der Energiewende dar. Besonders im Bereich der "Wärmewende“ besteht dabei ein erhöhter Handlungsbedarf, da hierbei der Anteil Erneuerbarer Energie nur 17,4 % (Stand 2022) beträgt. Einen wesentlichen Transformations-Baustein bilden hierfür Wärmepumpen, die Heizwärme durch regenerativ erzeugten Strom bereitstellen können. Um deren Einsatz und Effizienz zu steigern, müssen diese in Kopplung mit thermischen Speichern, bspw. Erdreichwärmetauschern oder Eisspeichern, betrieben werden. Da dies jedoch bisher einen hohen Beton-Einsatz und damit CO2-Ausstoß bedingt, wird als Kernziel des Projekts die Entwicklung stahlbasierter Lösungen zur Wärmegewinnung, -speicherung und -übertragung verfolgt.

Für das Aufzeigen der CO2-Reduktion und der regenerativen Eigenschaften des Energiesystems wird mit den Partnern des SIJ, dem Institut für Stahlbau –Nachhaltigkeit im Metallleichtbau (RWTH Aachen) und der FH Dortmund, ein Plus-Energie-Gebäude in Form eines digitalen Demonstrators entwickelt.

Das Vorhaben wird gefördert durch die FOSTA (Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V.), die IGF (Industrielle Gemeinschaftsforschung), die Stiftung Stahlanwendung und das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz.

Lindenallee

Die SEG Jülich plant ein Neubaugebiet für teilweise Ein- und Mehrfamilienhäuser sowie eine Kita und einen Gesundheitsbetrieb. Zusätzlich sollen mindestens 8 Grundstücke für sog. „Tiny Houses“ angelegt werden.

Im Auftrag der Stadtwerke Jülich (SWJ) und der Stadtentwicklungsgesellschaft (SEG) erstellt das SIJ in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-IEG eine Energiekonzeptstudie, welche die folgenden Punkte umfasst:

  • Annahmen zum Wärme-/Kälte- und Strombedarf sowie weiterer relevanter Parameter werden mit dem AG abgestimmt.
  • Definition von Referenz-Gebäuden im KfW55-Standard mit Luft-Wasser-Wärmepumpen, PV-Anlagen und einer Wallbox mit 11 kW Ladeleistung.
  • In einem ersten Schritt werden 10 alternative Konzeptvarianten inkl. netzbasierter Lösungen entwickelt, beschrieben und mittels pauschaler Erfahrungswerte bzgl. technischer und wirtschaftlicher Eigenschaften nach dem Typtage-Verfahren dimensioniert und bewertet. Eine Bewertungsmatrix wird mit dem AG abgestimmt.

Gemeinsam mit SEG/SWJ werden drei Varianten ausgewählt, die im Anschluss genauer in dynamischen Simulationsrechnungen bewertet und optimiert werden. Hierbei werden auf Basis von Wetterdaten (1 aktuelles, 1 zukünftiges Jahr) Bedarfsszenarien berechnet, wobei Gesamtbedarf und Spitzenlast ermittelt werden. Eine Investitions- und Betriebskostenschätzung wird jeweils durchgeführt sowie eine Klimawirksamkeitsbetrachtung in CO2-Äquivalenten. Die Robustheit der Berechnungen wird dabei durch Sensitivitätsanalysen (Wetter, Lastprofile, wesentliche Kostenannahmen) überprüft.

AlgaeFertilizerBox

Entwicklung und Bau zweier Demonstratoren zur Nährstoffrezyklierung aus Abwässern

Projektbeginn: Januar 2022

Laufzeit: 4 Jahre

Algen sind fotosynthetisch aktive Organismen und können große Mengen an Nährstoffen akkumulieren. Gezielt eingesetzt, lassen sich mit ihnen aus Abwasserströmen von Kommunen, landwirtschaftlichen Betrieben und Industrieunternehmen u. a. Phosphate und Nitrate entfernen. Sie würden so dazu beitragen die Verschmutzung von Oberflächen- und Grundwasser zu reduzieren. Die Aufarbeitung von Nährstoffen aus Abfallströmen durch Algen ist eine aufstrebende Technologie und die in solch einer Anlage gewonnene Biomasse ließe sich in Bioraffinerien weiter zu höherwertigen Produkten konvertieren.

Die auf Algen basierte Abwasserbehandlung soll im Projekt AlgaeFertilizerBox, der Fortführung des Projektes AlgaeSolarBoxes, im Bioökonomie-Revier regional helfen eine intensive Landwirtschaft ohne Erhöhung der Wasserverschmutzung umzusetzen, wobei gleichzeitig aber auch anvisiert wird sie in andere Regionen weltweit exportiert zu können. Im globalen Kontext ist die aus Abwasser (z. B. aus der Lebensmittelindustrie) gewonnene Algenbiomasse zudem eine vielversprechende stoffliche Grundlage, um die fortschreitende Desertifikation in abgelegenen Regionen einzudämmen.

Um die Machbarkeit und den Nutzen dieser neuen Technologie im "Strukturwandel" zu demonstrieren, wird ein skalierbarer Demonstrator eines mobilen Abwasserreinigungssystems entwickelt, der aus koppelbaren Modulen integriert in 20-Fuß ISO-Containern besteht. Als Demonstratoren werden vom SIJ und dem IBG-2 zwei Modelmodule gebaut:

  • ein Algen-Photobioreaktor-Modul zur Wasseraufbereitung und Biomasseerzeugung und
  • ein Spektral Modul, das mit einer integrierten spektralen Lichtaufspaltung effektiv Licht und Energie aus Sonnenlicht für Algen wie auch PV-Zellen liefert.

Beide Modulsysteme sind Teil des Demonstrators „Container-basierte Bioraffinerie“, die nach Fertigstellung an verschiedenen Standorten mit unterschiedlichen Abwasserbedingungen zum Testeinsatz kommen.

Projektpartner:

  • Forschungszentrum Jülich / Institut für Bio- und Geowissenschaften 1: Pflanzenwissenschaften (IBG-2)

Weiterführende Links:

https://www.fz-juelich.de/de/aktuelles/news/pressemitteilungen/2021/2021-12-07-innola

https://www.biooekonomierevier.de/Innovationslabor_AlgaeSolarBoxes

 

BIM_Scan

Erkennung von Raumgeometrien und Wandaufbauten für die effiziente Gebäudeanalyse

Laufzeit: 01.02.2021 – 31.01.2024

Förderung durch: BMWi im Programm Energieoptimiertes Bauen (ENOB)

Förderkennzeichen: 03EN1024 A-C

Partner:

  • Solar-Institut Jülich (SIJ) der FH Aachen (Koordinator),
  • Hottgenroth Software GmbH (HS),
  • Hochschule Düsseldorf, Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik (HSD)

Heutzutage haben wir nur Technologien wie Laserscanner und Kamerasysteme, um digitale Zwillinge von bestehenden Gebäuden zu erstellen, aber für Renovierungszwecke ist es eine nützliche und zukunftsweisende Lösung, durch Wände hindurchzusehen und die innere Struktur zu untersuchen, um Details der Wandaufbauten zu erkennen. Genau diese Aufgabe kann mit Hilfe eines Radargeräts zerstörungsfrei und gefahrlos erfüllt werden.

Das mit einem Radargerät erzeugte Radargramm ist nur dann hilfreich, wenn ein geübtes Auge darauf schaut, und kann nicht von jedermann interpretiert werden. Im Rahmen dieses Projekts erstellen wir am SIJ daher einen umfangreichen Messdatensatz, der halbautomatisch über ein integriertes Portalsystem mit Hilfe geeigneter Referenzwände und Dämmstoffe erfasst wird und als Grundlage für das Training eines künstlichen neuronalen Netzes (KNN) für ein automatisches Erkennungssystem dient.

Die Netzwerktopologien werden mit Hilfe von Modelldateien im IFC-Format, einem offenen Dateiformat, das von Building Information Modeling (BIM)-Programmen verwendet wird, ausgewählt und entsprechend umgesetzt. Sie enthält ein Modell eines Gebäudes oder einer Anlage, einschließlich räumlicher Elemente, Materialien und Formen.

DyLCA

Entwicklung eines Verfahrens zur Bewertung, Optimierung und Steuerung netzdienlicher Versorgungstechnik in Gebäuden und Quartieren unter Berücksichtigung dynamischer LCA

Projektlaufzeit: Januar 2019 - Dezember 2023

Die primäre Zielstellung des Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung eines Verfahrens zur ökologischen Bewertung, Optimierung und Steuerung für gebäudetechnische Anlagen auf Basis einer dynamischen Lebenszyklusanalyse, wobei sowohl kurzfristige (stündliche Schwankungen der spezifischen Emissionen (g CO2/kWh) der Stromerzeugung) als auch langfristige (Dekarbonisierung des Strommarkts) Effekte einfließen. Im Vorhaben werden aktuelle Szenarien angesetzt, die den sich dynamisch entwickelnden Energiemarkt über einen Zeitraum von mehreren Jahrzehnten simulatorisch abbilden. Dementsprechend werden zeitlich hoch aufgelöste Datensätze der ökobilanziell wirksamen Emissionen generiert. Diesbezüglich besteht die Bestrebung in der Fortentwicklung eines Simulationswerkzeugs in MATLAB/Simulink zur dynamischen Simulation wärmetechnischer Systeme mit den zusätzlichen Sektoren Strommarkt und Verkehr in Kombination mit einer begrenzten Lastflussberechnung für das jeweils zu untersuchende Stromversorgungsnetz und ein frei definierbares Bilanzgebiet. Das Verfahren soll sowohl auf einzelne Gebäude als auch auf Quartiere anwendbar sein.

Projektpartner:

  • Viessmann Werke GmbH & Co. KG
  • ina Planungsgesellschaft mbH

Projektförderer:

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung

Intelligente Energieversorgungssysteme

SPUErs

Schwimmende Photovoltaik: Umweltauswirkungen und Ertragssicherung

Laufzeit: 01.10.2023 - 30.09.2026

Schwimmende Photovoltaik-Anlagen (FPV) bieten großes Potenzial für den zukünftigen regenerativen (grünen) Energiemix in Deutschland. Seit Jahren sind bereits erste Anlagen im Einsatz, zumeist auf künstlichen Gewässern wie Kiesgruben. Dennoch gibt es Wissenslücken und Unsicherheiten hinsichtlich der Auswirkungen auf die Umwelt, speziell die Gewässerökologie, sowie Beeinträchtigungen auf die technische Funktionalität durch mögliche Schneelasten.

Daher haben sich das Solar-Institut Jülich (SIJ), das Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e.V, gaiac, und die Firma HÜLSKENS zusammengeschlossen, um wissenschaftlich fundierte Daten zu Umweltauswirkungen von Floating PV-Anlagen zu erheben und zu bewerten. Geplant ist die Kooperation für mindestens drei Jahre.

Die Datenerfassung erfolgt praxisnah am Standort einer seit 2020 betrieben FPV-Anlage mit 750 KWp auf einem Kiessee der Firma HÜLSKENS im niederrheinischen Weeze, NRW. Parallel werden weitere Fragestellungen in einer Modellteichanlage in zugeschnittenen Experimenten bearbeitet. Untersuchungsgegenstand sind die Auswirkungen von FPV-Anlagen auf die Gewässerökologie sowie die technische und ökobilanzielle Optimierung von FPV-Anlagen, wobei die schwimmende Unterkonstruktion im Fokus steht. Zur Entwicklung eines optimalen Anlagenbetriebs werden Experimente zur Kühlung und Reinigung sowie insbesondere zur sicheren Reduktion von Schneelasten auf solchen Anlagen durchgeführt.

Die Kooperationspartner werden innovative Ansätze zur Ertragssteigerung und -sicherung von Floating PV testen. Die Daten aus der Versuchsanlage und dem Monitoring fließen in das bei gaiac entwickelte, dynamische Seenmodell StoLaM ein. Dieses wird im Rahmen des genannten Monitorings erweitert und mit den erhobenen Daten kalibriert, so dass im Anschluss ein validiertes Prognosetool für die Abschätzung von Umweltauswirkungen durch Floating-PV-Anlagen auch für weitere Gewässer zur Verfügung steht.

Ergänzend werden Ökobilanzierungen zur Schwimmplattform in Hinblick auf einen optimierten Lösungsansatz durchgeführt. Schließlich soll der bisherige Systemansatz für die Nutzung auf großen Seen, z. B. den Einsatz auf Tagebaurestseen, geprüft und ertüchtigt werden.

Unsere Projektpartner:

  • Hülskens GmbH & Co. KG
  • gaiac - Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung e. V. an der RWTH Aachen

Förderung: Land NRW – Programm für rationelle Energieverwendung, regenerative Energien und Energiesparen – progres.nrw – Programmbereich Innovation

EPH

Energiepark Herzogenrath - Forschung und Entwicklung

Laufzeit: 01.07.2023 - 30.06.2026

Im Rahmen des F&E-Verbundprojekts EPH_FuE werden Lösungen für die Stadt Herzogenrath entwickelt um bis zum Jahr 2030 eine CO2-neutrale Energieversorgung zu erreichen. Das SIJ bearbeitet das Teilprojekt "Floating-PV-Anlagen", bei dem ein optimiertes automatisierbares Konstruktionskonzept zur Errichtung von schwimmenden Photovoltaik-Anlagen auf dem See der Nivelsteiner Sandwerke erprobt sowie verbesserte Ertragsprognosen für Floating-PV-Anlagen erarbeitet werden.

Zu den Herausforderungen im Zusammenhang mit schwimmenden PV-Anlagen zählen die noch ungenaue Leistungsvorhersage, Schwierigkeiten bei der korrekten Abbildung von Floating-PV-Anlagen in Auslegungstools sowie die fehlende Berücksichtigung von Kostenreduzierungen durch Vorfertigung und Montage. Es wird eine Lösung entwickelt, die auf zwei Ansätzen basiert:

Erstens wird ein Anlagenmonitoring implementiert, das relevante Daten der verwendeten Module sowie der Umgebungsbedingungen erfasst und analysiert, um eine präzisere Ertragsprognose und eine effektivere Fernüberwachung zu ermöglichen.

Zweitens wird die Automatisierbarkeit der Montage von schwimmenden Photovoltaikanlagen untersucht. Hierzu werden auf dem Markt erhältliche vormontierte Teilsysteme theoretisch und praktisch getestet, um die Montage und Demontage zu vereinfachen.

Das Teilprojekt "Floating-PV-Anlagen" strebt somit die Weiterentwicklung und Optimierung dieser innovativen Technologie an.

Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.

Unsere Projektpartner:

  • Siemens Energy Global GmbH & Co. KG (Projektkoordinator)
  • RWTH Aachen
  • Hochschule Niederrhein
  • Wasserverband Eifel-Rur KdöR
  • Enwor – Energie und Wasser vor Ort GmbH
  • Nivelsteiner Sandwerke und Sandsteinbrüche GmbH
PV-eCarPort
Editor
multiTESS-Anlage