El Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE (o Fraunhofer ISE) es un instituto de la Fraunhofer-Gesellschaft . Ubicado en Friburgo, Alemania , el Instituto realiza investigación y desarrollo científico e ingenieril aplicados para todas las áreas de la energía solar . Fraunhofer ISE tiene tres sucursales externas en Alemania que realizan trabajos en el desarrollo de células solares y materiales semiconductores: el Centro de Laboratorio y Servicio (LSC) en Gelsenkirchen , el Centro Tecnológico de Materiales Semiconductores (THM) en Freiberg y el Centro Fraunhofer para Fotovoltaica de Silicio (CSP) en Halle . [1] De 2006 a 2016, Eicke Weber fue el director de Fraunhofer ISE. Con más de 1100 empleados, Fraunhofer ISE es el instituto más grande de investigación de energía solar aplicada en Europa. El presupuesto operativo de 2012, incluidas las inversiones, fue de 74,3 millones de euros. [2]
El Instituto Fraunhofer ISE fue fundado en 1981 por Adolf Goetzberger en Friburgo, Alemania. Fue el primer centro no universitario de investigación aplicada a la energía solar en Europa. Las primeras áreas de interés fueron el colector fluorescente FLUKO, el aislamiento transparente y los primeros pasos hacia las células solares de silicio y III-V de alta eficiencia, las células solares de película fina de silicio y la investigación de materiales. [3]
En 1983 se desarrolló el primer inversor totalmente electrónico, el denominado "ISE", para su uso en sistemas fotovoltaicos autónomos. [ cita requerida ] En 1986 se fabricó el primer producto en serie que utilizaba colectores fluorescentes como fuente de alimentación. [ cita requerida ] En el marco del programa de pequeños dispositivos fotovoltaicos se desarrollaron muchos otros productos de éxito. Cuando en 1989 se puso en funcionamiento la sala blanca, comenzó la producción de células solares de alta eficiencia. En 1998 se empezaron a producir a escala industrial los recubrimientos selectivos de absorción solar, desarrollados en el Fraunhofer ISE para colectores solares térmicos. [ cita requerida ]
En 2011, el Fraunhofer ISE celebró su 30º aniversario. Desde su fundación, los científicos han recibido numerosos premios y reconocimientos prestigiosos por sus resultados de investigación en este campo. [ ¿Cuáles? ]
La investigación sobre energía solar en el Fraunhofer ISE establece los requisitos técnicos para un suministro de energía eficiente y respetuoso con el medio ambiente para los países industriales, así como para los países en desarrollo y en vías de desarrollo. El instituto se compromete a abandonar los combustibles fósiles y la energía nuclear y a avanzar hacia un suministro de energía 100 % renovable con el objetivo de ofrecer soluciones asequibles para la transformación energética.
Para ello, el instituto desarrolla materiales, componentes, sistemas y procesos para la investigación básica y otras áreas. Sus áreas de especialización incluyen el desarrollo de técnicas de producción y prototipos, la instalación y el control de sistemas de demostración y el funcionamiento de centros de prueba y calibración en interiores y exteriores. [2]
Las diferentes áreas de investigación del Fraunhofer ISE se clasifican en las siguientes áreas de negocio:
Edificios energéticamente eficientes
En el Fraunhofer ISE, los edificios energéticamente eficientes son una de las principales áreas de investigación. En colaboración con arquitectos, planificadores expertos y la industria, los investigadores del Fraunhofer ISE optimizan el rendimiento de los edificios existentes y desarrollan los edificios del mañana teniendo en cuenta los aspectos económicos, la eficiencia energética y el confort del usuario. A través de su participación en la Agencia Internacional de la Energía (AIE), el instituto contribuye a establecer las condiciones límite internacionales para la realización de estos conceptos. En esta área de negocio confluyen muchas disciplinas: desde la investigación de materiales y el desarrollo de revestimientos hasta el desarrollo de componentes y sistemas y, por último, las pruebas necesarias. [2]
Óptica aplicada y superficies funcionales
Los sistemas de energía solar convierten la radiación solar que incide sobre la tierra en energía térmica, eléctrica o química. Para transmitir, reflejar, absorber, filtrar, redirigir o concentrar mejor la radiación entrante, Fraunhofer ISE desarrolla componentes y sistemas ópticos. Esta área de negocio funciona como un campo interdisciplinario y atiende a muchas áreas de la tecnología solar: ventanas y fachadas, colectores solares térmicos, sistemas de concentración para plantas fotovoltaicas y de energía solar, así como tecnología de módulos fotovoltaicos. [2]
Sistemas solares térmicos
Esta área de negocio cubre los mercados de aplicaciones de baja y alta temperatura. Los colectores solares térmicos y los sistemas de colectores con colectores de tubos planos o de vacío encuentran numerosas aplicaciones en la práctica. Entre ellas se encuentran los sistemas de agua de proceso y de calefacción solar, los sistemas de refrigeración y ventilación y los sistemas de desalinización de agua de mar. También se utilizan colectores integrados en la fachada. Con los colectores de concentración lineal se alcanzan temperaturas de funcionamiento de 150 °C a más de 400 °C. Tanto los colectores de canal como los parabólicos no sólo se utilizan para la producción de energía solar térmica en grandes centrales eléctricas, sino también en plantas más sencillas y rentables para la producción de calor de proceso, vapor de proceso y calor de impulsión para enfriadores de absorción. [2]
Fotovoltaica de silicio
Debido, en particular, a los programas de introducción en el mercado en Japón y Alemania, la fotovoltaica está adquiriendo cada vez más importancia. Más del 85% de las células solares producidas en todo el mundo se basan en silicio cristalino. La relación precio-rendimiento, la estabilidad a largo plazo y el potencial de reducción de costes indican que este líder del mercado fotovoltaico terrestre seguirá siendo líder del mercado durante más de una década. La experiencia de Fraunhofer ISE abarca toda la cadena de valor de la fotovoltaica de silicio cristalino, desde el desarrollo de materiales y la cristalización hasta el procesamiento de células solares y la tecnología de módulos fotovoltaicos. [2]
Módulos y sistemas fotovoltaicos
La tecnología de módulos convierte las células solares en un producto robusto para un funcionamiento fiable en plantas de energía fotovoltaica. El Fraunhofer ISE apoya el desarrollo de productos centrándose en aumentar la eficiencia, reducir los costes y lograr la máxima fiabilidad. Además, el instituto ofrece sus servicios para el control de calidad de módulos y plantas de energía. [2]
Tecnologías fotovoltaicas alternativas
Además de la fotovoltaica de silicio, la investigación de células solares en el Fraunhofer ISE también se extiende a otras tecnologías fotovoltaicas: con semiconductores basados en III-V como el fosfuro de indio y galio, el arseniuro de galio y aluminio o el arseniuro de galio, se pueden alcanzar las eficiencias más altas en la actualidad. La tecnología de las células solares de colorante ha evolucionado mucho más allá de la etapa de laboratorio y las células solares orgánicas son atractivas especialmente debido a los bajos costos de fabricación esperados. [2]
Suministro de energía renovable
La construcción de sistemas conectados a la red es el mayor mercado para el sector fotovoltaico en la actualidad. El Instituto ofrece servicios de consultoría para la planificación de sistemas, caracteriza módulos solares y realiza análisis técnicos y pruebas de rendimiento de sistemas fotovoltaicos. [2]
El suministro de energía fuera de la red eléctrica también es un tema central de las investigaciones del instituto. Las personas que viven en zonas rurales remotas, la infinidad de sistemas de telecomunicaciones, la tecnología de medición ambiental y los dispositivos electrónicos portátiles requieren un suministro de energía autónomo, independiente de la red eléctrica. El Fraunhofer ISE desarrolla sistemas de energía renovable para este fin. [2]
El Fraunhofer ISE también lleva a cabo investigaciones en el área de electrónica de potencia y control. Esto incluye el desarrollo y prueba de inversores en un moderno laboratorio de electrónica de potencia, así como investigaciones en el campo de la gestión energética, incluidos los medidores inteligentes y las redes inteligentes. [2]
En el futuro, los vehículos funcionarán en parte o en su totalidad con electricidad y obtendrán su energía de la red eléctrica (eléctrica y enchufable). El Fraunhofer ISE trabaja en la interfaz entre los vehículos y la red eléctrica en conceptos para un suministro de energía respetuoso con el medio ambiente y la integración óptima de los vehículos en la red eléctrica, incluidos los sistemas de medición y facturación. [2]
Tecnología del hidrógeno
En una pila de combustible, el hidrógeno reacciona con el oxígeno y libera energía útil en forma de electricidad y calor. Como el hidrógeno no existe en la naturaleza en su forma pura, debe producirse a partir de uno de sus numerosos compuestos químicos. En el área de la tecnología del hidrógeno, en el Fraunhofer ISE, la investigación se centra en tecnologías innovadoras para la generación de hidrógeno y en procesos para la conversión altamente eficiente del hidrógeno en electricidad y calor utilizando los equipos más modernos. Junto con socios de la industria y la ciencia, se desarrollan componentes y sistemas completos de pilas de combustible para aplicaciones autónomas, portátiles y móviles. [1] [2] [4]
Actualmente los siguientes laboratorios de pruebas certificados brindan servicios de prueba y calibración en los laboratorios:
Otros establecimientos de servicio en los laboratorios son:
El Instituto es uno de los miembros fundadores y miembro responsable de la Fraunhofer Energy Alliance, que comprende dieciséis institutos Fraunhofer con experiencia en tecnología energética e investigación energética.
El Instituto es miembro de la Asociación de Investigación sobre Energías Renovables (FVEE) y de la Agencia Europea de Centros de Investigación sobre Energías Renovables (EUREC), así como de otras alianzas.
El instituto mantiene una estrecha colaboración con el Centro de Investigación de Materiales de la Universidad de Friburgo , que colabora con el instituto en la investigación fundamental. El director del instituto ocupa un puesto en la facultad de dicha universidad como catedrático de física y ciencias aplicadas .
Hasta la fecha, se han fundado 12 empresas derivadas a partir de los resultados de la investigación aplicada en Fraunhofer ISE. [5] Entre ellas se encuentran las siguientes:
El laboratorio cuenta con una plantilla de 1.139 trabajadores, de los cuales 439 ocupan puestos fijos (a 04/2012).
El instituto de investigación tiene una superficie construida de 21.000 m² que alberga oficinas, laboratorios y campos de pruebas. Actualmente se están construyendo nuevos laboratorios y oficinas.
El presupuesto operativo de 2011 ascendió a 61,3 millones de euros. De este presupuesto, tan solo el 5% se destinó a financiación básica, el 90% a fondos federales alemanes y el 10% a fondos estatales alemanes. Alrededor del 50% se destinó a investigación por contrato con la industria, el resto a fondos públicos y otros. En 2011, las inversiones anuales ascendieron a 7,7 millones de euros (a fecha de abril de 2012) [2]