El Instituto Fraunhofer de 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 y de ingeniería aplicados para todas las áreas de la energía solar . Fraunhofer ISE tiene tres filiales externas en Alemania que se ocupan del desarrollo de células solares y materiales semiconductores: el laboratorio y centro de servicios (LSC) en Gelsenkirchen , el centro tecnológico de materiales semiconductores (THM) en Freiberg y el centro Fraunhofer de energía fotovoltaica de silicio. (CSP) en Halle . [1] De 2006 a 2016, Eicke Weber fue director del Fraunhofer ISE. Con más de 1.100 empleados, Fraunhofer ISE es el mayor instituto de investigación aplicada sobre energía solar en Europa. El presupuesto operativo de 2012, incluidas las inversiones, fue de 74,3 millones de euros. [2]
Fraunhofer ISE fue fundada en 1981 por Adolf Goetzberger en Friburgo, Alemania. Fue el primer establecimiento no universitario de investigación aplicada en energía solar en Europa. Los primeros puntos de interés fueron el colector fluorescente FLUKO, el aislamiento transparente y los primeros pasos hacia las células solares de silicio de alta eficiencia y III-V, las células solares de capa fina de silicio y la investigación de materiales. [3]
Ya en 1983 se desarrolló el primer inversor totalmente electrónico, el llamado "inversor ISE", para su uso en sistemas fotovoltaicos autónomos. [ cita necesaria ] En 1986, se produjo el primer producto en serie que utilizaba colectores fluorescentes como fuente de alimentación. [ cita necesaria ] Dentro del programa de dispositivos pequeños fotovoltaicos, se desarrollaron muchos otros productos exitosos. Cuando la sala blanca se puso en funcionamiento en 1989, comenzó la producción de células solares de alta eficiencia. En 1998 se empezaron a producir a escala industrial los revestimientos absorbentes solares selectivos desarrollados en Fraunhofer ISE para colectores solares térmicos. [ cita necesaria ]
En 2011, Fraunhofer ISE celebró su 30 aniversario. Desde su fundación, los científicos han recibido numerosos premios y reconocimientos prestigiosos por los resultados de sus investigaciones en este campo. [ ¿cual? ]
La investigación sobre energía solar en Fraunhofer ISE establece los requisitos técnicos para un suministro de energía eficiente y respetuoso con el medio ambiente para países industriales, así como para países emergentes y en desarrollo. El instituto apuesta por alejarse de los combustibles fósiles y la energía nuclear y avanzar hacia un suministro de energía 100% renovable con el objetivo de proporcionar soluciones asequibles para la transformación energética.
Para ello, el instituto desarrolla materiales, componentes, sistemas y procesos para la investigación básica y más allá. Las áreas de especialización incluyen el desarrollo de técnicas de producción y prototipos, la instalación y el seguimiento de sistemas de demostración y la operación de centros de calibración y pruebas interiores y exteriores. [2]
Las distintas áreas de investigación del Fraunhofer ISE se clasifican en las siguientes áreas de negocio:
Edificios energéticamente eficientes
En 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 de 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 Energía (AIE), el Instituto contribuye al establecimiento de las condiciones límite internacionales para la realización de estos conceptos. En este ámbito de negocio confluyen muchas disciplinas: desde la investigación de materiales y el desarrollo de recubrimientos hasta el desarrollo de componentes y sistemas y, finalmente, las pruebas necesarias. [2]
Óptica Aplicada y Superficies funcionales
Los sistemas de energía solar convierten la radiación solar incidente 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. Este área de negocio sirve como campo interdisciplinario y atiende a muchos campos de la tecnología solar: ventanas y fachadas, colectores solares térmicos, sistemas concentradores para energía fotovoltaica y plantas 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 planos o de tubos de vacío encuentran numerosas aplicaciones en la práctica. Estos incluyen sistemas de agua de proceso y calefacción solar, sistemas de refrigeración y ventilación y sistemas de desalinización de agua de mar. También se implementan colectores integrados en la fachada. Con los colectores concentradores lineales se alcanzan temperaturas de funcionamiento desde 150 °C hasta más de 400 °C. Tanto los colectores cilíndricos como los parabólicos no sólo se utilizan para la producción de energía solar térmica en grandes centrales eléctricas, sino también en instalaciones más sencillas y rentables para la producción de calor de proceso, vapor de proceso y calor impulsor para enfriadores de absorción. [2]
Energía fotovoltaica de silicio
Especialmente debido a los programas de introducción en el mercado en Japón y Alemania, el papel de la energía fotovoltaica está ganando 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 actor de alto rendimiento en el mercado fotovoltaico terrestre mantendrá su lugar como líder del mercado más allá de la próxima década. La experiencia de Fraunhofer ISE abarca toda la cadena de valor de la energía 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. Fraunhofer ISE apoya el desarrollo de productos concentrándose en aumentar la eficiencia, reducir costos y lograr la máxima confiabilidad. Además, el Instituto ofrece sus servicios para el control de calidad de módulos y centrales eléctricas. [2]
Tecnologías fotovoltaicas alternativas
Además de la energía fotovoltaica de silicio, la investigación sobre células solares en Fraunhofer ISE también se extiende a otras tecnologías fotovoltaicas: con semiconductores basados en III-V, como el fosfuro de galio e indio, el arseniuro de aluminio y galio o el arseniuro de galio, se pueden alcanzar actualmente las mayores eficiencias. La tecnología de las células solares colorantes se ha desarrollado mucho más allá de la etapa de laboratorio y las células solares orgánicas son atractivas especialmente debido a los bajos costes de fabricación esperados. [2]
Suministro de energía renovable
La construcción de sistemas conectados a la red es hoy el mayor mercado para el sector fotovoltaico. 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 también es un foco de investigación en curso en el instituto. Las personas que viven en zonas rurales remotas, los innumerables sistemas de telecomunicaciones, la tecnología de medición ambiental y los dispositivos electrónicos portátiles requieren un suministro de energía autónomo, independiente de la red. Fraunhofer ISE desarrolla para ello sistemas de energía renovable. [2]
Fraunhofer ISE también investiga en el ámbito de la electrónica de potencia y el control. Esto incluye el desarrollo y prueba de inversores en un moderno laboratorio de electrónica de potencia, así como la investigación en el campo de la gestión energética, incluidas la medición inteligente y las redes inteligentes. [2]
En el futuro, los vehículos funcionarán total o parcialmente con electricidad y obtendrán su energía de la red (eléctrica y enchufable). Fraunhofer ISE trabaja en la interfaz entre los vehículos y la red en conceptos para un suministro de energía ambientalmente aceptable y la integración óptima de los vehículos en la red eléctrica, incluidos 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. Dado que el hidrógeno no existe en forma pura en la naturaleza, debe producirse a partir de uno de sus muchos compuestos químicos. En Fraunhofer ISE, en el ámbito de la tecnología del hidrógeno, la investigación se centra en tecnologías innovadoras para la generación de hidrógeno y en procesos para la conversión altamente eficiente de 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 servicios 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 del ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE) y de la Agencia Europea de Centros de Investigación de 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 ayuda al Instituto en la investigación fundamental. El director del instituto ocupa un cargo docente en esa Universidad como profesor de física y ciencias aplicadas .
Hasta la fecha se han fundado 12 empresas spin-off a partir de los resultados de la investigación aplicada en el Fraunhofer ISE. [5] Entre ellos se encuentran los siguientes:
El laboratorio cuenta con una plantilla de 1.139 personas, de las cuales 439 ocupan puestos permanentes. (a 04/2012).
El instituto de investigación tiene una superficie neta de 21.000 m² en los que se encuentran 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. Sólo el cinco por ciento del presupuesto operativo era financiación básica, el 90 por ciento de fondos federales alemanes y el 10 por ciento de fondos estatales alemanes. Alrededor del 50% procedía de investigaciones por contrato con la industria; el resto provino de fuentes públicas y de otro tipo. En 2011, las inversiones anuales ascendieron a 7,7 millones de euros. (a 04/2012) [2]