フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所

フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所ISE（またはFraunhofer ISE）は、フラウンホーファー協会の研究所です。ドイツのフライブルクにあるこの研究所は、太陽エネルギーのすべての分野における応用科学および工学の研究開発を行っています。フラウンホーファーISEは、太陽電池と半導体材料の開発を行うドイツ国内の3つの外部支部、ゲルゼンキルヒェンの研究所およびサービスセンター（LSC） 、フライベルクの半導体材料技術センター（THM）、ハレのフラウンホーファーシリコン太陽光発電センター（CSP）を持っています。^[1] 2006年から2016年まで、アイケ・ウェーバーがフラウンホーファーISEの所長を務めました。1,100人を超える従業員を擁するフラウンホーファーISEは、ヨーロッパ最大の応用太陽エネルギー研究機関です。2012年の投資を含む運営予算は7,430万ユーロでした。^[2]

フラウンホーファーISEは、1981年にドイツのフライブルクでアドルフ・ゲッツベルガーによって設立されました。ヨーロッパで応用太陽エネルギー研究を行う最初の大学以外の機関でした。最初の焦点領域は、蛍光コレクターFLUKO、透明絶縁体、高効率シリコンおよびIII-V太陽電池、シリコン薄膜太陽電池、材料研究に向けた最初のステップでした。^[3]

1983 年には、自律型太陽光発電システムで使用するために、初の完全電子式いわゆる「ISE インバータ」が開発されました。^{[引用が必要]} 1986 年には、蛍光コレクターを電源として使用する最初の量産製品が生産されました。^{[引用が必要]} PV 小型デバイス プログラムでは、多数の他の成功した製品が開発されました。1989 年にクリーン ルームが稼働し始めると、高効率太陽電池の生産が開始されました。1998 年には、太陽熱コレクター用に Fraunhofer ISE で開発された選択的太陽光吸収コーティングが工業規模で生産されました。^{[引用が必要]}

2011 年、Fraunhofer ISE は創立 30 周年を迎えました。創立以来、科学者たちはこの分野での研究成果により、数々の名誉ある賞や表彰を受けています。^{[どれですか? ]}

フラウンホーファーISEの太陽エネルギー研究は、工業国、新興国、発展途上国に効率的で環境に優しいエネルギーを供給するための技術的前提条件を確立します。同研究所は、エネルギー変換のための手頃なソリューションを提供することを目標に、 化石燃料と原子力から脱却し、 100%再生可能エネルギー供給への移行に取り組んでいます。

この目的のために、研究所は基礎研究とそれ以降の研究のための材料、部品、システム、プロセスを開発しています。専門分野には、生産技術とプロトタイプの開発、デモンストレーションシステムの設置と監視、屋内外の試験および校正センターの運営が含まれます。^[2]

Fraunhofer ISE のさまざまな研究分野は、次の事業分野に分類されます。

エネルギー効率の高い建物
フラウンホーファーISEでは、エネルギー効率の高い建物が主要な研究分野の1つです。建築家、専門のプランナー、業界と協力し、フラウンホーファーISEの研究者は、既存の建物の性能を最適化し、経済面、エネルギー効率、ユーザーの快適性を考慮した将来の建物を開発しています。国際エネルギー機関（IEA）への参加を通じて、研究所はこれらのコンセプトを実現するための国際的な境界条件の確立に貢献しています。この事業分野では、材料研究やコーティング開発からコンポーネントやシステムの開発、そして最終的に必要なテストまで、多くの分野が集まっています。^[2]

応用光学および機能表面
太陽エネルギーシステムは、地球に入射する太陽放射を熱、電気、化学エネルギーに変換します。入射放射をよりよく伝達、反射、吸収、フィルタリング、リダイレクト、または集中するために、フラウンホーファーISEは光学部品とシステムを開発しています。この事業分野は学際的な分野であり、窓やファサード、太陽熱コレクター、太陽光発電および太陽光発電所の集光システム、および太陽光発電モジュール技術など、太陽技術の多くの分野にサービスを提供しています。^[2]

太陽熱システム
この事業分野は、低温および高温用途の市場をカバーしています。フラットまたは真空管コレクターを備えた太陽熱コレクターとコレクターシステムは、実際に数多くの用途があります。これには、プロセス水および太陽熱加熱システム、冷却および換気システム、海水淡水化システムが含まれます。また、ファサード統合コレクターも実装されています。線形集光コレクターを使用すると、150°Cから400°Cを超える動作温度が達成されます。トラフコレクターとパラボリックコレクターの両方が、大規模な発電所での太陽熱発電に使用されるだけでなく、プロセス熱、プロセス蒸気、吸収式冷凍機の駆動熱を生成するためのよりシンプルでコスト効率の高いプラントにも使用されます。^[2]

シリコン太陽光発電
特に日本とドイツでの市場導入プログラムにより、太陽光発電の役割はますます重要になっています。世界中で生産される太陽電池の85％以上は結晶シリコンに基づいています。価格性能比、長期安定性、コスト削減の可能性は、陸上太陽光発電市場のトップパフォーマーであるこの企業が、今後10年以上にわたって市場リーダーとしての地位を維持することを示しています。フラウンホーファーISEの専門知識は、材料開発と結晶化から始まり、太陽電池処理と太陽光発電モジュール技術に至るまで、結晶シリコン太陽光発電のバリューチェーン全体に及びます。^[2]

太陽光発電モジュールとシステム
モジュール技術は、太陽電池をPV発電所で信頼性の高い動作を実現する堅牢な製品に変換します。フラウンホーファーISEは、効率の向上、コストの削減、最高の信頼性の達成に重点を置いた製品開発をサポートしています。さらに、研究所はモジュールと発電所の品質保証のためのサービスも提供しています。^[2]

代替太陽光発電技術
シリコン太陽光発電に加えて、フラウンホーファーISEの太陽電池研究は他の太陽光発電技術にも及びます。ガリウムインジウムリン、アルミニウムガリウムヒ素、ガリウムヒ素などのIII-Vベースの半導体を使用すると、今日最高の効率を達成できます。色素太陽電池の技術は実験室段階をはるかに超えて開発されており、有機太陽電池は特に製造コストが低いことが予想されるため魅力的です。^[2]

再生可能電力供給 系統
接続システムの構築は、現在、太陽光発電部門の最大の市場です。当研究所は、システム計画に関するコンサルティングサービス、太陽光モジュールの特性評価、太陽光発電システムの技術分析と性能試験を行っています。^[2]

オフグリッド電源も研究所で進行中の研究の焦点です。遠隔地に住む人々、無数の通信システム、環境測定技術、ポータブル電子機器には、電力網から独立した自律的な電源が必要です。フラウンホーファーISEは、この目的のために再生可能エネルギーシステムを開発しています。^[2]

フラウンホーファーISEは、パワーエレクトロニクスと制御の分野でも研究を行っています。これには、最新のパワーエレクトロニクス研究所でのインバータの開発とテスト、およびスマートメータリングやスマートグリッドを含むエネルギー管理分野の研究が含まれます。^[2]

将来、自動車は部分的にまたは完全に電気で走行し、電力網（電気およびプラグイン）からエネルギーを引き出すようになります。フラウンホーファーISEは、計測および課金システムを含む、環境に配慮した電力供給と電力網への自動車の最適な統合の概念について、自動車と電力網のインターフェースに取り組んでいます。^[2]

水素技術
燃料電池では、水素が酸素と反応し、電気と熱の形で有用なエネルギーを放出します。水素は自然界に純粋な形で存在しないため、多くの化合物の1つから生成する必要があります。フラウンホーファーISEの水素技術の分野では、最新の機器を使用して水素を電気と熱に非常に効率的に変換するプロセスと、水素生成の革新的な技術に重点的に取り組んでいます。産業界と科学界のパートナーと協力して、自律型、ポータブル型、モバイル型のアプリケーション向けのコンポーネントと完全な燃料電池システムを開発しています。^{[1] [2] [4]}

現在、以下の認定試験ラボが試験および校正サービスを提供しています。

• TestLab 太陽熱システム
• TestLab ソーラーファサード
• TestLab PVモジュール
• CalLab PVセル
• CalLab PVモジュール

研究所内のその他のサービス施設は次のとおりです。

• 太陽光発電所の品質保証
• 太陽光発電パワーエレクトロニクス
• インバータ研究室
• バッテリー試験研究所
• 照明研究所
• 蒸気圧縮ヒートポンプ研究室
• 相変化材料（PCM）研究室
• 吸着材・多孔質材料試験所
• テストラボ燃料電池

当研究所は、エネルギー技術とエネルギー研究の専門知識を持つ 16 のフラウンホーファー研究所で構成されるフラウンホーファーエネルギーアライアンスの創設メンバーであり、責任メンバーでもあります。

当研究所は、ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE)、欧州再生可能エネルギー研究センター機構 (EUREC)、およびその他の連合の会員です。

当研究所はフライブルク大学の材料研究センターと緊密に協力しており、同センターは当研究所の基礎研究を支援しています。研究所所長はフライブルク大学で物理学および応用科学の教授を務めています。

現在までに、フラウンホーファーISEの応用研究の成果から12のスピンオフ企業が設立されています。^[5]その中には次のような企業があります。

• PSE AG は、太陽エネルギーに関するサービスと専門知識を提供するために 1999 年に設立されました。同社は、研究とレポートの編集に加えて、測定および制御技術とカスタムメイドの実験装置も提供しています。
• 2001 年、Holotools GmbH (現在の temicon GmbH - holotools) は、光制御用の機能表面の開発と製造を目的として設立されました。たとえば、光学表面用の大面積の均質な微細構造の製造は、当社の得意分野です。
• 2002年、SorTech AG（2017年3月よりFahrenheit AGに社名変更）は、熱源を利用して冷気を発生させるために分社化され、電気の代わりに低温熱をエネルギー源として使用しています。その結果、Fahrenheitは基礎技術である吸着冷却を進化させ、さまざまな熱源からの残留熱を利用して経済的に冷気を発生させるチラーを製造しています。
• 2005 年に設立された Soitec Solar は、集光した太陽光を利用した革新的な太陽光発電技術を市場に投入しました。この技術により、100 kW から数メガワットまでの太陽光発電所がさらに開発、製造、設置されています。
• 2014 年、Enit Energy IT Systems GmbH が分社化され、中規模企業向けのエネルギー管理システムの開発と販売を開始しました。これらのシステムは、お客様が電気、熱、ガスの消費についてより透明性を高めるのに役立ちます。さらに、同社の製品はインテリジェントなシステム制御とより効率的な運用を可能にします。
• NexWafe GmbH、Fraunhofer ISE は 2015 年 6 月に、Fraunhofer ISE で開発されたエピタキシャル成長シリコン ウェーハ (「カーフレス ウェーハ技術」) の製造プロセスを生産に移行するためにスピンオフとして NexWafe GmbH を設立し、貢献しました。NexWafe の製品は、数十億ドル規模のハイエンド ウェーハ市場に提供されます。
• SolarSpring GmbH は、ドイツのフライブルクに拠点を置き、2009 年 2 月に Fraunhofer ISE のスピンオフ企業として設立されました。
• Mondas GmbH は、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所 ISE、PSE AG、ビーベラッハ応用科学大学のスピンオフとして 2018 年 4 月に設立されました。同社は、ユーザーが多数の類似のエネルギーおよび生産ユニットからデータを収集して分析し、それらを監視して、建物の時間とコストを節約するコミッショニング管理システムを運用できる IoT システム プラットフォームを提供しています。
• HighLine Technology は、資源節約のイノベーションによって将来の関連生産産業に貢献する、高効率ディスペンシング技術を開発、商品化しています。

研究所には 1139 人のスタッフがおり、そのうち 439 人が常勤職員です (2012 年 4 月現在)。

研究所の延床面積は 21,000 平方メートルで、オフィス、実験室、試験場があります。現在、新しい実験室とオフィス スペースを建設中です。

2011年の運営予算は6130万ユーロでした。運営予算のわずか5％が基礎資金で、90％がドイツ連邦資金、10％がドイツ政府資金でした。約50％は産業界との契約研究によるもので、残りは公的資金やその他の資金源から得られました。2011年の年間投資額は770万ユーロでした。（2012年4月現在）^[2]

• Fraunhofer ISE のホームページ (ドイツ語)
• Fraunhofer ISE のホームページ (英語)
• PSE AGのホームページ
• temicon GmbH のホームページ - holotools
• ファーレンハイトAGのホームページ
• Soitec Solarのホームページ
• Enit Energy IT Systems GmbH のホームページ