ZAE BAYERN. Tätigkeitsbericht 2006 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E. V.

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1 ZAE BAYERN Tätigkeitsbericht 2006 BAYERISCHES ZENTRUM FÜR ANGEWANDTE ENERGIEFORSCHUNG E. V.

2 Titelbild: Stützgerüst eines konzentrierenden Vakuumflachkollektors. Support structure inside a concentrating float vacuum collector.

3 Tätigkeitsbericht 2006 Annual Report (zum 31. Dez. 2006/effective from Dec. 31 st 2006) ZAE Bayern Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. Bavarian Center for Applied Energy Research Der Vorstand: Prof. Dr. Ulrich Stimming (Vorsitzender) Prof. Dr. Vladimir Dyakonov Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff Prof. Dr. Rudolf Weißmann

4 Herausgeber: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) Textbeiträge und Fotos: von den Mitarbeitern der Abteilungen des ZAE Bayern Redaktion und Bearbeitung: Anja Matern-Lang, Dipl.-Phys. Christian Scherdel ZAE Bayern Am Hubland Würzburg Tel.: +49 (0)9 31/ Fax.: +49 (0)9 31/ Gesamtherstellung: Farbendruck BRÜHL GmbH Copyright: Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) Würzburg, Februar 2007 Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich Gedruckt auf säurefreiem Papier 2

5 ZAE Bayern: Adressen Sitz des Vereins (VR 1386) und zentrale Information: ZAE Bayern, Am Hubland, Würzburg Tel / , Fax: 09 31/ Vorsitzender des Vorstands: Prof. Dr. U. Stimming ZAE Bayern Walther-Meißner-Str. 6, Garching ZAE Bayern im Internet: Abteilung 1: Technik für Energiesysteme und Erneuerbare Energien Prof. Dr. U. Stimming (Wissenschaftlicher Leiter) Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff (Wissenschaftlicher Leiter) Dipl.-Phys. W. Schölkopf (Abteilungsleiter) Walther-Meißner-Str. 6, Garching Tel. 0 89/ , Fax 0 89/ Abteilung 2: Funktionsmaterialien der Energietechnik Prof. Dr. V. Dyakonov (Wissenschaftlicher Leiter) Dr. H.-P. Ebert (Abteilungsleiter) Am Hubland, Würzburg Tel / , Fax 09 31/ Abteilung 3: Thermosensorik und Photovoltaik Prof. Dr. R. Weißmann (Wissenschaftlicher Leiter) Dr. F. Scheffler (Abteilungsleiterin) Am Weichselgarten 7, Erlangen Tel / , Fax /

6 Inhaltsverzeichnis Vorwort Das ZAE Bayern im Überblick ZAE Bayern: An Overview 1.1 Organisationsstruktur Haushalt und Finanzen Personal und Räumlichkeiten Rückschau Vorschau Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Results of Research and Development (Abstracts in English are provided for all articles in this chapter) 2.1.Wärme Heat Keramische Antikorrosionsbschichtungen für Bestandteile von Feuerungsanlagen Materialien mit maßgeschneiderten Strahlungstransporteigenschaften zur Energieeinsparung Entwicklung von Hochtemperaturwärmetauschern für effiziente Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Wärmetauscher für kompakte Sorptionskältemaschinen und -wärmepumpen Entwicklung hocheffizienter Flachkollektoren für Prozesswärmeerzeugung und Klimatisierung im Temperaturbereich bis 150 C Angepasste Absorptionswärmepumpen Wärmedämmungen auf der Basis evakuierter Glaskügelchen (IsoVak) Entwicklung hochdichter Hüllsysteme zum Einsatz preiswerter Füllmaterialien für Vakuumisolationspaneele im Bauwesen (Hosyma) Verbundprojekt Hochwärmedämmende Fenster- und Fassadensysteme (HWFF) Verbundprojekt Vakuumisolierglas (VIG) Hybrider Transport von kryogenen Brennstoffen, elektrischem Strom und Daten in einem neuartigen thermisch superisolierten Kabel (icefuel ) IR-Thermographie mit rotierendem Filterrad und lock-in Technik Elektrizitätserzeugung Electricity Generation Optimierung der Elektrodenstruktur in DMFCs Innovative Materialien für tragbare DMFCs Organische Photovoltaik und Elektronik (OPE) Entwicklung transparenter Einbettmaterialien auf Basis flüssiger Silicone Siliciumepitaxie für Dünnschichtsolarzellen Charakterisierung und Optimierung von Photovoltaikmodulen Rekordwirkungsgrade für Si-Wafersolarzellen auf Glas Hocheffizienter Wärmeübertrager für die Biomasse befeuerte Heißluft-Gasturbine Betriebskonzepte für Hochtemperatur DMFCs Energiespeicherung Energy Storage LWSNet: Netzwerk zur Überwindung grundlegender Probleme bei der Entwicklung hocheffizienter Latentwärmespeicher auf Basis anorganischer Speichermaterialien

7 2.3.2 Entwicklung Elektrochemischer Speicher Trägergestützte Kristallisation von Zeolithen zur Herstellung von Kompositmaterialien für Adsorptionswärmespeicher Test kalorimetrischer Methoden zur Bestimmung der Wärmespeicherfähigkeit von PCM Simulation des Leistungsverhaltens des Absorbers in einem offenen Sorptionskühlsystem bei nicht ideal verteilten Betriebsmedien Latentwärmespeicher zur Unterstützung einer kompakten Absorptionskälteanlage zum solaren Heizen und Kühlen Strömungstechnische Auslegung mobiler Sorptionsspeicher Sorptionskühlung für einen Jazzclub Systemanalyse und -technik System Analysis and -Technology Feinstaubemissionen aus Holzpellet- und Scheitholz-Kleinfeuerungsanlagen Abwärmenutzung bei kleinen Biogasanlagen Systementwicklung für solares Kühlen und Heizen mit PCM-Speicher Energiekonzepte für Gebäude Solare Nahwärme Ackermannbogen München Vernetzung europäischer Energiecluster (CENCE) Mitarbeit im Arbeitsbereich Energiespeicherung der Internationalen Energieagentur IEA Betriebsergebnisse internationaler Photovoltaik-Anlagen Forschungs- und Entwicklungsangebote der Abteilungen Abteilung Technik für Energiesysteme und erneuerbare Energien Abteilung Funktionsmaterialien der Energietechnik Abteilung Thermosensorik und Photovoltaik Structure and R & D Activities of ZAE Bayern Das ZAE Bayern 2005 in Wort und Schrift Presentations, Publications and Reports 5.1 Vorträge Veröffentlichungen Diplomarbeiten Dissertationen Patente Mitarbeit in Gremien Vorlesungen Sonstiges Das ZAE Bayern in der Presse (Auswahl) ZAE Bayern in the press (a selection) To our English speaking readers: With respect to the increasing number of international partners involved in R&D with the Bavarian Center for Applied Energy Research (ZAE Bayern), the following items have been included in English: an abstract of each article about the R&D results in Chapter 2, captions throughout the report, and a description of ZAE Bayern s structure and fields of R&D in Chapter 4. 5

8 Vorwort Das ZAE Bayern wird seiner Aufgabe als Mittler zwischen universitärer Forschung und industrieller Entwicklung in sehr guter Weise gerecht. Dieses Zitat aus der Stellungnahme des Wissenschaftsrates zur Evaluierung des ZAE Bayern im Jahr 2006 stimmt mit der Arbeitsweise und dem Selbstverständnis des Forschungsinstitutes hervorragend überein. Die Förderung praktischer Anwendung von wissenschaftlichen Erkenntnissen zählt als eines der Satzungsziele zu den wichtigsten Grundlagen der Aktivitäten des ZAE Bayern. Vor diesem Hintergrund sind die Arbeiten des Institutes auf die Förderung rationeller Energienutzung sowie Erforschung und Entwicklung von Bausteinen für vernetzte Systeme, aufgebaut aus regenerativen und konventionellen Energien ausgerichtet. Dafür werden Materialien, Komponenten und energietechnische Versorgungs- und Verfahrensstrukturen entwickelt und optimiert. Die umfangreichen Erfahrungen und das vorhandene detaillierte Wissen zu Versuchs- und Analysemöglichkeiten sind Voraussetzungen für das Gesamtziel einer nachhaltigen, rationellen Energieversorgung. Die Arbeitsfelder liegen in den Bereichen Wärme, Elektrizität, Speicherung sowie Systemanalyse und -technik. Für die Materialentwicklung und das Komponentendesign werden moderne Mikround Nanotechnologien sowie umfangreiches theoretisches Know-how eingesetzt. Das ZAE Bayern gliedert sich in drei Abteilungen an den Standorten Garching, Würzburg und Erlangen. Inhaltlich haben sie unterschiedliche, aber auf Synergie angelegte Schwerpunkte. Die wissenschaftlichen Leiter der Abteilungen sind Hochschulprofessoren an den örtlichen Universitäten und bilden den Vorstand des Instituts. Das ZAE Bayern ist regional und überregional mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft vernetzt. Entwicklungsschwerpunkte sind: -Funktionsmaterialien für die Energietechnik -Komponenten und Systeme zur effizienten Nutzung von Solarenergie (Solarthermie und Photovoltaik), Biomasse und zur effizienten Nutzung fossiler Energieträger für die Bereitstellung von elektrischem Strom, Wärme und Kälte für Gebäude, Industrie und Gewerbe -Verfahren zur Verringerung des Energie- und Ressourcenverbrauchs in Gebäuden, z. B. durch innovative Wärmedämmungen und hocheffiziente Speichersysteme -Modelle und Analysemethoden für energietechnische Komponenten und Systeme. Die Arbeiten erfolgen im Rahmen von öffentlich geförderten Projekten sowie Projekten mit der Industrie. Ziel ist, innovative Produkte zu konzipieren und die Erprobung von Prototypen und Demonstrationsanlagen wissenschaftlich zu begleiten. Entscheidende Impulse kommen dabei aus der Vorlaufforschung der ZAE-Abteilungen und der Grundlagenforschung der kooperierenden Lehrstühle. Synergien entstehen aus den vernetzten, interdisziplinär angelegten Arbeiten in den ZAE- Abteilungen. Einen wesentlichen Ansatz für die weitere Entwicklung energiesparender Techniken durch Verbesserung der Effizienz und der Nutzung regenerativer Energiequellen sieht das ZAE Bayern in der Entwicklung neuer Materialien und Systeme, sowie in systemtheoretischen Ansätzen, da das optimierte Gesamtsystem wesentlich das Design der Komponenten beeinflusst. 6

9 Erreicht wird dies über -Die Entwicklung neuer Materialien auf der Basis nanostrukturierter anorganischer und organischer Werkstoffe zur Anwendung in Energiesystemen, -die Verknüpfung unterschiedlicher Einzelsysteme unter Einbeziehung von Speichern, um ein optimales Verhalten des Gesamtsystems zu erzielen, - Überlegungen, welche Energieträger mit welchen Umwandlungsverfahren und welcher Infrastruktur kombiniert werden müssen, um nachhaltige, kostengünstige Versorgungssysteme zu realisieren. Wie bereits erwähnt wurde das ZAE Bayern im Jahr 2006 durch den Wissenschaftsrat evaluiert. Auf Wunsch des ZAE Bayern hatte das Bayerische Wirtschaftministerium Antrag auf Mitgliedschaft in der Wissensgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz (WGL) gestellt. Durch die Mitgliedschaft in der WGL würde das ZAE Bayern einer der vier großen deutschen Wissenschaftsorganisationen angehören. Leibniz-Institute zeichnen sich neben der Kofinanzierung von Bund und Länder durch die überregionale Bedeutung und das zukunftsweisende Arbeiten im gesamtstaatlichen Interesse aus. In der Stellungnahme des Wissenschaftsrates zur im Februar 2006 durchgeführten Evaluierung wurde dem ZAE Bayern die hohe wissenschaftliche Qualität der Arbeiten bestätigt, die für ein Leibnizinstitut erforderlich ist. Die Arbeiten wurden insgesamt positiv bewertet. In den Empfehlungen sprach sich der Wissenschaftsrat insbesondere für eine stärkere Anpassung der Leitungsstrukturen des ZAE Bayern an die Leibniz-Institute aus. Nach Umsetzung der Empfehlungen des Wissenschaftsrats hofft das ZAE Bayern auf eine positive Wertung für die Aufnahme in die WGL. Darüber hinaus muss aus Sicht des Vorstandes die Vernetzung der drei Abteilungen zu einem Institut noch deutlicher werden. Der Vorstand hat deshalb eine Matrix-Struktur aus Abteilungen und Themenbereichen für das ZAE Bayern vorgeschlagen. Dies wurde auf einem Treffen mit den Funktionsträgern im ZAE Bayern, den Abteilungs-, Gruppen- und Projektleitern intensiv diskutiert und weiter entwickelt. Als zusätzliche Maßnahme zur Intensivierung der abteilungsübergreifenden Arbeiten im ZAE Bayern hat der Vorstand beschlossen einen Teil der Grundfinanzierung (15 %) in eine Vorstandsreserve zu überführen, aus der neue abteilungsübergreifende Projekte mit zukunftsträchtigen Themengebieten finanziert werden. Als außeruniversitäres Institut wird das ZAE Bayern vom Bayerischen Wirtschaftsministerium institutionell gefördert. Dies sichert einerseits die wirtschaftliche Lebensfähigkeit des Institutes, andererseits wird hierüber der hohe Standard der wissenschaftlichen Arbeit ermöglicht. Für die kontinuierliche und zeitnahe Bereitstellung der institutionellen Förderung sei dem Bayerischen Wirtschaftsministerium und der Regierung von Unterfranken sehr herzlich gedankt. Dem Vorstand des ZAE Bayern ist es ein großes Anliegen, vor allem den Mitarbeitern für ihren stetigen Einsatz, für Ihre Innovationskraft und ihre Zielstrebigkeit zu danken. Ein herzliches Dankeschön für die erfolgreiche Zusammenarbeit in den vielen F&E-Projekten geht an unsere Projektpartner. Unseren Vereinsmitgliedern danken wir für ihre Treue, die sie unserem Verein auch im Jahr 2006 erwiesen haben und unseren Kuratoren für ihren wertvollen Rat. (U. Stimming) 7

10 1 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE Bayern: An Overview 1.1 Organisationsstruktur ZAE Bayern s structure Abb.1.1. Organigramm des ZAE Bayern in ZAE Bayern s structure in 2006 (see Chapter 4). Das Bayerische Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. (ZAE Bayern) ist ein eingetragener, gemeinnütziger Verein. Der Verein wurde im Dezember 1991 mit Sitz in Würzburg gegründet. Zweck ist die Förderung der angewandten Energieforschung in den Themenbereichen: Wärme Elektrizitätserzeugung Energiespeicherung Systemanalyse und -technik Dabei ist die Entwicklung von mikro- und nanostrukturierten Materialien, innovativen Komponenten und Systemen in der Energietechnik ein zentrales Anliegen. Der Verein unterhält ein Forschungsinstitut mit drei Abteilungen an den Standorten Garching, Würzburg und Erlangen. Die drei Abteilungen des ZAE Bayern bilden ein Netzwerk von F&E-Zentren, die in den verschiedenen Bereichen der Energieforschung tätig sind (Abb. 1.1) und jeweils über Kooperationsverträge eng mit den Universitäten in München, Würzburg und Erlangen verbunden sind. Verbundprojekte, die gemeinsam von den ZAE-Abteilungen mit einer Vielzahl industrieller Partner durchgeführt werden, profitieren von der engen Vernetzung und den hieraus resultierenden Synergieeffekten. Die Garchinger Abteilung wird von zwei wissenschaftlichen Leitern und einem Abteilungsleiter geführt, die Würzburger und Erlanger Abteilung haben je einen wissenschaftlichen Leiter und einen Abteilungsleiter. Jede Abteilung ist jeweils in mehrere Arbeitsgruppen untergliedert. Eine detaillierte Beschreibung der Arbeitsgebiete und Forschungsergebnisse der Abteilungen ist in den Kapiteln 2, 3 und 4 zu finden. 8

11 Das ZAE Bayern im Überblick Die Verwaltung wird vom ZAE Bayern eigenständig durchgeführt. Unter der Leitung von Herrn Dipl.- Betriebswirt (FH) Matthias Groll bearbeitet das in Würzburg ansässige Team die Bereiche Controlling, Buchhaltung und Öffentlichkeitsarbeit. Die Verwaltung arbeitet an der Schnittstelle von Vorstand, Abteilungen und externen Kooperationspartnern. Hier wird auch die Arbeit von Vorstand, Kuratorium und Trägerverein unterstützt und organisiert. Der im Jahr 2006 noch extern vergebene Aufgabenbereich der Personalabrechnung wird zum 2. Quartal 2007 ebenfalls von der ZAE-eigenen Verwaltung übernommen. Somit ist der im Jahr 2005 begonnene Wechsel hin zu einer In-House-Lösung der Verwaltung endgültig vollzogen. Der Vorstand des ZAE Bayern, bestehend aus den vier wissenschaftlichen Leitern, ist für die Geschäftsführung des ZAE Bayern und die wissenschaftliche, personelle und finanzielle Planung verantwortlich. Das Kuratorium berät das ZAE Bayern in wichtigen wissenschaftlichen und organisatorischen Fragen. Die Empfehlungen dieses Gremiums sind insbesondere hilfreich für die Ausrichtung und Gewichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Institut und in den einzelnen Abteilungen. Am 23. November 2006 fand die 16. Mitgliederversammlung des ZAE Bayern in Erlangen statt. Dabei wurde dem Vorstand und dem Kuratorium des ZAE Bayern für das Jahr 2005 die Entlastung erteilt. Ende 2006 hatte der Verein Bayerisches Zentrum für Angewandte Energieforschung e.v. 45 Mitglieder. Vier Mitglieder sind über eine Ehrenmitgliedschaft in das ZAE Bayern eingebunden. 9

12 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN 2006 Die Mitglieder Members Unternehmen Enterprises BMW AG, München Bayerngas GmbH, München Bekon GmbH, Landshut Bihler und Oberneder GmbH & Co. KG, München E.ON Bayern AG, Regensburg Erdgas Südbayern GmbH, München GLASKEIL GmbH & Co. KG, Würzburg Grammer Solar + Bau GmbH, Amberg IBC Solar AG, Staffelstein Knauf Dämmstoffe GmbH, Wadersloh-Liesborn Münchner Gesellschaft für Stadterneuerung mbh (MGS), München NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb Porextherm Dämmstoffe GmbH, Kempten SAES Getters GmbH, Köln SCHOTT Solar GmbH, Alzenau Siemens AG, Erlangen Solarworld Industries Deutschland GmbH, München Stadtwerke Würzburg AG, Würzburg Stadur-Süd Dämmstoff-Produktions GmbH, Pliezhausen va-q-tec AG, Würzburg Viessmann Werke GmbH & Co. KG, Allendorf Natürliche Personen/Ingenieurbüros Natural Persons/Consulting Engineers Dipl.-Ing. H. Baier, Wackersdorf M. Dietrich, Rüdenhausen Dipl.-Ing. G. Hugo, Schondorf Dipl.-Ing. H. Kling, Lindau Dipl.-Ing. M. Portula, Berlin Verbände und Institutionen Associations and Institutions Bundesverband Kalksandsteinindustrie e.v., Hannover Bundesverband Leichtzuschlag-Industrie e.v., Ostfildern Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie e.v., München Fachverband Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik Bayern, München FG SHK-Fördergesellschaft SHK Bayern mbh, München Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v., München IHK Würzburg, Würzburg Ludwig-Bölkow-Stiftung, Ottobrunn Stadt Würzburg, Würzburg Verband der Bayerischen Elektrizitätswirtschaft e.v. (VBEW), München Mitglieder von Amts wegen Official Members Prof. Dr. V. Dyakonov, Würzburg Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff, Olching Prof. Dr. U. Stimming, München Prof. Dr. R. Weißmann, Effeltrich Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie (BayStMWIVT), München Ehrenmitglieder Honorary Members Prof. Dr. J. Fricke, Gerbrunn Prof. Dr.-Ing. D. Hein, Fürstenfeldbruck Prof. Dr. R. Hezel, Pullach Prof. Dr. M. Schulz, Weiher 10

13 Das ZAE Bayern im Überblick Der Vorstand Board of Directors Der Vorstand setzte sich im Jahr 2006 wie folgt zusammen: Prof. Dr. Ulrich Stimming (Vorsitzender), Lehrstuhl E 19, Physik Department, Technische Universität München Prof. Dr. Vladimir Dyakonov Lehrstuhl für Experimentelle Physik VI, Physikalisches Institut, Julius-Maximilians-Universität Würzburg Prof. Dr.-Ing. Hartmut Spliethoff, Lehrstuhl für Energiesysteme, Fakultät Maschinenwesen, Technische Universität München Prof. Dr. Rudolf Weißmann, Institut für Werkstoffwissenschaften, Technische Fakultät, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Das Kuratorium Advisory Board Prof. em. Dr.-Ing., Dr.-Ing. E.h. F. Mayinger (Vorsitzender) Technische Universität München, Garching Dr.-Ing. R. Hofer (stellv. Vorsitzender) E.ON Bayern AG, Regensburg Prof. Dr. H. Bauer PTB Physikalisch-Technische Bundesanstalt Braunschweig und Berlin, Braunschweig Dr. W. Dönitz DaimlerChrysler AG, Friedrichshafen Prof. Dr. J. Garche Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Ulm Leitender Ministerialrat M. Mitterer Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie, München Prof. Dr.-Ing. M. Kaltschmitt Institut für Energetik und Umwelt ggmbh, Leipzig W. Obermeier Heizung-Obermeier GmbH, München Dr. K.-D. Rasch RWE Space Solar Power GmbH, Heilbronn W. Schnell BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH, Traunreut Dr. I. Schwirtlich SCHOTT Solar GmbH, Alzenau H. Steyrer Münchner Gesellschaft für Stadterneuerung mbh (MGS), München K.-H. Utschig Dr. J. Vetter Siemens AG, Erlangen Prof. Dr.-Ing. A. Voß Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung, Universität Stuttgart Dr. H. Wurzbacher Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, München 11

14 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN Haushalt und Finanzen Budget and Finances Der Institutshaushalt belief sich im Jahr 2006 auf 6,3 Mio. (vorl.). Die in Abb. 1.2 dargestellte Entwicklung der Erträge in den Jahren 2002 bis 2007 weist für das Jahr 2006 eine Grundfinanzierung vom Bayerischen Wirtschaftsministerium in Höhe von 1,9 Mio., 0,1 Mio. sonstige Mittel sowie 4,3 Mio. Drittmitteln aus. Die Drittmittel setzen sich aus 3,1 Mio. öffentlichen Projektmittel und 1,2 Mio. Industriemitteln zusammen. 1.3 Personal und Räumlichkeiten Staff and Locations Zum Jahresende 2006 waren am ZAE Bayern 156 Mitarbeiter tätig. Überwiegend kamen die Mitarbeiter aus den Fachgebieten Physik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Werkstoffwissenschaften. Der Anteil weiblicher Beschäftigter betrug 27 %. 21 Doktoranden, 21 Diplomanden, 11 Praktikanten sowie 3 Auszubildende waren im Institut tätig, somit befanden sich ca. 36 % der Mitarbeiter in Ausbildung. Das ZAE Bayern trägt hiermit im besonderen Maße zur Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses bei. Abb. 1.2 Entwicklung der Erträge des ZAE Bayern in den Jahren 2002 bis 2007 (ohne Mittel für Baumaßnahmen). ZAE Bayern s budget from 2002 to The budget comprises (from top to bottom) proceeds from industry and public institutions, miscellaneous sources and funding from the Bavarian Ministry of Economic Affairs, Infrastructure, Transport and Technology (BayStMWIVT). Den Einnahmen stehen 4,4 Mio. Personalausgaben, 1,6 Mio. Sachausgaben sowie Investitionen in Höhe von 0,3 Mio. gegenüber. Insgesamt wurden im Jahr Projekte mit 228 Partnern bearbeitet. Abb. 1.3 Personalstruktur der Mitarbeiter. Distribution of employees Dem ZAE Bayern steht eine Hauptnutzfläche von m² zur Verfügung m² werden als Laborfläche genutzt. Die Laborflächen verteilen sich wie folgt: Garching 500 m² Würzburg 660 m² (davon 350 m² Technikum) Erlangen 400 m² (davon 190 m² Technikum in Alzenau) In Würzburg und Garching ist das ZAE Bayern in eigenen Gebäuden untergebracht. Die Erlanger Abteilung befindet sich in angemieteten Räumen im Innovations- und Gründerzentrum (IGZ). 12

15 Das ZAE Bayern im Überblick 1.4 Rückschau Review Evaluierung durch den Wissenschaftsrat Die vom Bayerischen Wirtschaftsministerium angestoßene Evaluierung des ZAE Bayern durch den Wissenschaftsrat ist nach der Begehung des Instituts im Februar 2006 mittlerweile durch die erfolgte Stellungnahme zu einem erfolgreichen Abschluss gekommen. Das ZAE Bayern schließt auf hervorragende Weise die vielfach bestehende Lücke zwischen der universitären Forschung und der industriellen Entwicklung. Die verschiedenen Bereiche des ZAE Bayern arbeiten nach Meinung des Wissenschaftsrats insgesamt auf hohem wissenschaftlichem und technischem Niveau und besitzen damit ein hervorragendes Potential für die Zukunft. Für das angestrebte Ziel, die Aufnahme in die Leibniz-Gemeinschaft, bedarf es aber noch einiger zusätzlicher Anstrengungen. Diese sind aus Sicht des Wissenschaftsrats vor allem die weitere Spezifikation des langfristigen Forschungsprogramms sowie die Änderung der Leitungsstruktur. Letztere sollte eine noch stärkere Einbindung der wissenschaftlichen Leiter in die Arbeit des ZAE Bayern zur Folge haben. Das Bayerische Wirtschaftsministerium befürwortet aufgrund der Stellungnahme des Wissenschaftsrats weiterhin den Antrag auf Aufnahme des ZAE Bayern in die Leibniz-Gemeinschaft und wird das Institut auch zukünftig unterstützen. Cluster-Offensive Bayern Der Weg zu Innovation und Wachstum; Prof. Dr. J. Fricke wird Clustersprecher Im Rahmen des Kongresses Cluster-Offensive Bayern wurden am 02. Februar 2006 im M.O.C. in München die verschiedenen Cluster mit 40 Vorträgen und mit einer gut besuchten Ausstellung in den Themenkreisen Automotive, effektive Produktionsprozesse, Medizintechnik und Biotechnologie vorgestellt. Das ZAE Bayern beteiligte sich mit zwei Informationsständen zu den Themen Effiziente Nutzung von Energie und der Erschließung von erneuerbaren Energiequellen. Die Bayerische Staatsregierung möchte mit der Cluster-Offensive Bayern die Vernetzung von Wissenschaft und Industrie fördern. Abb : Würzburg, August 2006: Prof. Dr. J. Fricke (zweiter von rechts) stellte im Beisein von Staatsminister E. Huber (vierter von links) den bayerischen Cluster Energietechnik vor. Würzburg, August 2006: Prof. Dr. J. Fricke (2 nd from right) and State Minister E. Huber (4 th from left) at an event to publicize the new Bavarian Energy Technology Cluster. In diesem Zusammenhang wurde der ehemalige Vorstandsvorsitzende des ZAE Bayern Prof. Dr. J. Fricke, zusammen mit Dr.-Ing. K. Hassmann zum Clustersprecher des Clusters Energietechnik ernannt. Bei einer Auftaktveranstaltung in der Handwerkskammer Würzburg wurde am 02. August 2006 die Clusterinitiative der Bayerischen Staatsregierung von Staatsminister E. Huber offiziell vorgestellt (siehe Abb ). Bereits bei dem von Bayern Innovativ am 01. Juni 2006 in Nürnberg veranstalteten Symposium Energie Innovativ 2006 stellte Prof. J. Fricke die Aktivitäten des neuen bayerischen Clusters Energietechnik vor. Im Rahmen der Clusteraktivitäten war das ZAE Bayern am 29. September 2006 Veranstalter eines Seminars während der Messe "RENEXPO 2006" in Augsburg zum Schwerpunktthema PV-Modultechnologie. Prof. Dr. J. Fricke führte in das Thema ein. Prof. Dr. R. Weißmann referierte über die Verwendung bestimmter Gläser für Photovoltaik-Module und ging insbesondere auf das Alterungsverhalten und auf Schadenphänomene ein. Das Referat zum Thema Folienverbünde zur Einkapselung von PV-Modulen wurde vom Folienhersteller isovolta beigesteuert und von Herrn Dr. H. Muckenhuber vorgetragen. Der erste Cluster-Treff Energietechnik zum Thema Photovoltaik fand am 13. Dezember 2006 beim ZAE Bayern in Würzburg statt. Mit fast fünfzig Teilnehmern war er bereits drei Wochen im Voraus ausgebucht. Prof. Dr. J. Fricke und Dipl.-Ing. C. Schirmer, Cluster- Manager, erläuterten Struktur, Inhalte und Ziele des Clusters. In zwei zukunftsweisenden Fachbei- 13

16 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN 2006 trägen gaben die Professoren Dyakonov und Weißmann, Abt. 2 und Abt. 3, einen umfassenden Überblick über den Stand der PV-Forschung und der Modultechnologie. Teilnehmer waren u.a. Unternehmen wie Centrosolar Glas, Diehl, General Electric, SCHOTT Solar, Sharp, Würth Solar ebenso wie die Universitäten Bayreuth, Erlangen, TU München und Würzburg, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff- Forschung, ZSW und die Fraunhofer-Institute IIS und IZM. 25. Kuratoriumssitzung am 22. Mai 2006 mit anschließender Verleihung der Ehrenmitgliedschaften Im Anschluss an die 25. Kuratoriumssitzung in Garching wurden den bei der Mitgliederversammlung im Dezember 2005 neu gewählten Ehrenmitgliedern die Urkunden für die Ehrenmitgliedschaft überreicht. Der Vorsitzende des Vorstandes, Prof. Dr. U. Stimming würdigte die Verdienste der Herren Fricke, Hein, Hezel und Schulz um das ZAE Bayern und äußerte seine Hoffnung, dass die Herren weiterhin dem ZAE Bayern verbunden bleiben. durch Regenwasser, das in einer Zisterne aufgefangen wird. Die Wärme vom Gebäudekühlkreis wird durch einen Wärmeübertrager in die Zisterne übertragen. Zur Rückkühlung wird das Zisternenwasser nachts auf das Dach des Gebäudes gepumpt. Beim Ablaufen vom First zur Traufe kühlt sich das Nass durch Wärmeabstrahlung, Konvektion und teilweise Verdunstung ab und sammelt sich dann wieder in der Zisterne. Da nur die elektrische Leistung für die Pumpe benötigt wird, werden hohe Leistungszahlen erreicht. Dieses System spart Primärenergie und reduziert CO 2 -Emissionen. Abb : Prof. Dr. V. Dyakonov und Dr. D. Büttner nahmen den E.ON Bayern Umweltpreis aus den Händen von Staatsminister Dr. W. Schnappauf entgegen. Prof. Dr. V. Dyakonov and Dr. D. Büttner receive the E.ON Bayern Enviroment Prize from State Minister Dr. W. Schnappauf. Abb : Prof. R. Hezel, Prof. M. Schulz und Prof. D. Hein nahmen die Ur-kunden für die Ehrenmitgliedschaft entgegen (es fehlt Prof. J. Fricke). Prof. R. Hezel, Prof. M. Schulz and Prof. D. Hein receive their honorary member certificates. Verleihung des E.ON Bayern Umweltpreises an das ZAE Bayern Der E.ON Bayern Umweltpreis wurde am 24. Juli 2006 zum zweiten Mal durch den Bayerischen Staatsminister für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz Dr. W. Schnappauf und dem E.ON Bayern-Vorstand Dr. S. Vogg überreicht. Das ZAE Bayern ist einer der beiden Hauptpreisträger des mit 50 T dotierten Umweltpreises. Ausgezeichnet wurde das ZAE Bayern für die Entwicklung energieeffizienter Kühltechnik. Die Kühlung von Laborräumen und Versuchsaufbauten im Würzburger ZAE-Forschungsgebäude erfolgt 2. ZAE-Treffen in Beilngries, November 2006 Im November 2006 fand ein ZAE-Treffen im oberbayerischen Beilngries statt. Hintergrund des Treffens war die Umsetzung der Empfehlungen des Wissenschaftsrats. Insbesondere die Weiterentwicklung der vom Vorstand initiierten Matrixstruktur wurde in Workshops und Diskussionsrunden vorangetrieben. Neben dem Vorstand und den Abteilungsleitern nahmen sowohl die Gruppen- als auch die Projektleiter des ZAE Bayern teil. Abb : Die Teilnehmer des ZAE-Treffens in Beilngries. Participants at the ZAE Bayern meeting in Beilngries. 14

17 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE-Symposium Biomasse Polygeneration die Zukunft? Am 11. und 12. Dezember 2006 wurde vom ZAE Bayern das Symposium Biomasse Polygeneration - die Zukunft? im Kardinal-Döpfner-Haus in Freising erfolgreich durchgeführt. Über 100 Teilnehmer aus Industrie und Forschung füllten den Veranstaltungssaal am Freisinger Domberg. Erfreulich war der internationale Rahmen mit Vortragenden und Teilnehmern aus Deutschland, Österreich, Schweiz, Schweden, Dänemark, Frankreich, Niederlande und Italien. Das Symposium zeigte den Bedarf an regenerativen Kraftstoffen und das große Potenzial der Polygeneration von Biomasse in Form von Kraftstoff und Anlagen zur Kraft-Wärme-Kälte- Kopplung auf. konzipiert. Die unmittelbare Nähe zur Universität fördert die ohnehin bereits sehr gute Vernetzung zwischen der Hochschule und dem ZAE Bayern. Auf zwei Etagen werden ca m² Nutzfläche für die Würzburger Abteilung geschaffen. Vor allem die von Prof. V. Dyakonov neu aufgebaute Gruppe Organische Photovoltaik" (Leiter Dr. I. Riedel) sowie Laboratorien der Gruppe Nanostrukturierte Materialien (Leiterin Dr. G. Reichenauer) werden hier hervorragende Möglichkeiten für ihre Forschungsaktivitäten vorfinden. Abb : Stand der Bautätigkeiten des Erweiterungbaus ZAE Bayern Würzburg im Dezember The construction site of ZAE Bayern s extension building in Würzburg, December Abb : Über das Thema Biomasse wurde beim ZAE-Symposium in Freising diskutiert. Biomass was the topic of the ZAE symposium in Freising. Professur für Dr. M. Scheffler Herr Dr. M. Scheffler, Abteilungsleiter der Erlanger ZAE-Abteilung Thermosensorik und Photovoltaik hat einen Ruf auf den Lehrstuhl für Leichtbaukeramik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus erhalten. Dr. Scheffler hat diesen Ruf zum 01. Oktober 2006 angenommen. Das ZAE Bayern wünscht ihm für diese neue Aufgabe alles Gute und freut sich, dass es einmal mehr einem Mitarbeiter des Institutes gelungen ist eine Professur zu erlangen. Erweiterungsbau des ZAE Bayern in Würzburg Die Bauarbeiten am Zentrum für Energieforschung des vom Bayerischen Wirtschaftsministerium mit ca. 2 Mio. finanzierten Erweiterungsbaus des ZAE Bayern in Würzburg, haben am 11. September 2006 begonnen. Die neuen Räumlichkeiten sind als Anbau an das Physikalische Institut der Universität Würzburg 1.5 Vorschau Outlook BAU 2007 Bei der Messe BAU 2007 vom 15. bis 20. Januar 2007 ist das ZAE Bayern auf vielfache Weise in das Rahmenprogramm mit einbezogen: Das ZAE Bayern ist eingeladen, im Rahmen des Kongresses Energieeffizienz Bauen!, veranstaltet durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Wohnungswesen, einen Vortrag zum Thema Vakuum-Isolation und Vakuum-Verglasung zu halten. Auf dem Marktplatz Bauen im Bestand wird das ZAE Bayern am Wissenschafts-tag (18. Januar 2007) einen Vortrag zum Thema Hocheffiziente Dämmungen im Bauwesen präsentieren. Außerdem wird das ZAE Bayern einen Posterbeitrag zum Stand des Projektträgers Jülich liefern, auf dem der Förderschwerpunkt des Bun-desministeriums für Wirtschaft und Technologien Energieoptimiertes Bauen EnOB und Ergebnisse der Fachöffentlichkeit vorgestellt werden. OTTI- Anwenderforum Dünnschicht-Photovoltaikmodule Das Fachseminar zu Dünnschicht-PV-Modulen findet am 05. und 06. Februar 2007 statt. Die fachliche 15

18 Das ZAE Bayern im Überblick ZAE BAYERN 2006 Leitung der Sitzung zu Dünnschicht-Technologien aus der Sicht der Materialwissenschaften und der Produktionstechnik übernimmt Dipl.-Phys. U. Jahn. OTTI- Internationales Anwenderforum- Energieeffizienz Am 15. und 16. Februar 2007 findet das internationale Anwenderforum Energieeffizienz + Bestand Energetische Sanierung von Wohn- und Nutzgebäuden, im Kloster Banz, Bad Staffelstein, statt. Im Vordergrund steht der Dialog zwischen Forschern, Entwicklern, Anwendern und der Industrie. Dipl.-Phys. W. Schölkopf vom ZAE Bayern ist Mitglied des wissenschaftlichen Tagungsbeirates. OTTI- 22. Symposium Photovoltaische Solarenergie Das 22. Symposium zur Photovoltaischen Solarenergie findet vom 07. bis 09. März 2007 im Kloster Banz in Bad Staffelstein statt. Dipl.-Phys. U. Jahn vom ZAE Bayern unterstützt die Veranstaltung als Tagungsbeirätin und ist zuständig für die Bewertung und Prämierung der wissenschaftlichen Poster. Internationale Energie Agentur Photovoltaik-Programm Task 2 Die Arbeitsgruppe Task 2 des internationalen Netzwerkes der International Energy Agency (IEA) im PVPS-Programm zur Betriebsanalyse und zur Zuverlässigkeit von PV-Anlagen wird vom ZAE Bayern koordiniert. Dipl.-Phys. U. Jahn leitet die 18-köpfige Expertengruppe aus 13 Ländern, die sich zu einer Arbeitssitzung in Tokyo, Japan, vom 14. bis 16. März 2007 trifft. OTTI- Profiforum Oberflächennahe Geothermie, 26. bis 27. April 2007 Unter der fachlichen Gesamtleitung von Dipl.- Phys. M. Reuß findet am 26. und 27. April 2007 das siebte Internationale Anwenderforum Oberflächennahe Geothermie erdgekoppelte Wärmepumpen und unterirdische thermische Energiespeicher, in Freising statt. Im Bildungszentrum Kardinal-Döpfner-Haus werden die Teilnehmer über Grundlagen, technische Neuentwicklungen und Praxisbeispiele zu diesem Thema informiert. 8 th International Vacuum Insulation Symposium 18. bis 19. September 2007 Das 8. Internationale Vakuum-Isolations-Symposium führt die Konferenzen weiter, welche ursprünglich durch die Vacuum Insulation Association (VIA) organisiert wurden. Die letzte Konferenz fand 2005 in der Schweiz statt. Das 8. Internationale Vakuum-Isolations-Symposium wird von der Würzburger Abteilung des ZAE Bayern organisiert. Chairman der Veranstaltung ist Prof. Dr. J. Fricke. Das Symposium bietet zwei informative Tage, an denen die neuesten Entwicklungen und Untersuchungen, aber auch eine aktuelle Produktausstellung präsentiert werden. Das Symposium bietet eine gute Möglichkeit, Branchenkontakte zu Herstellern und Anwendern der Vakuumisolationstechnik zu knüpfen. Schwerpunkte des Symposiums werden u.a. folgende Themen sein: Kernmaterialien, Barriereschichten, schaltbare Wärmedämmung, kryogene Anwendungen und Qualitätssicherung. Nähere Informationen finden Sie auf der Internet- Seite Materialica 2007 Das ZAE Bayern wird auch in diesem Jahr auf der Fachmesse Materialica vom 16. bis 18. Oktober 2007 innovative Materialentwicklungen präsentieren. Lange Nacht der Wissenschaften Auch 2007 beteiligt sich die Abteilung 3 des ZAE Bayern wieder an der Langen Nacht der Wissenschaften im Raum Nürnberg-Erlangen-Fürth. Am 20. Oktober 2007 wird das im 2-Jahresrhythmus stattfindende Wissenschaftsfestival wieder zahlreiche Besucher an die Forschungsstätten der Region führen und den Erlanger ZAE-Mitarbeitern Gelegenheit geben, Interessantes aus ihrer Arbeit zu präsentieren. OTTI- Profiforum Wärme- und Kälteschutz von Geräten und technischen Anlagen Materialien Einsatzgebiet Anwendungen, 14. und 15. November 2007 Das Profiforum möchte einen Überblick über die unterschiedlichen Eigenschaften, Anwendungsfelder und Potentiale von Wärmedämmstoffen und -systemen bieten. Als Referenten werden Experten aus der Dämmstoffindustrie, aus Forschungseinrichtungen und aus der Anwendung erwartet. Dabei erstreckt sich das Spektrum von den physikalischen Grundlagen des Wärmetransports über Dämmung von betriebstechnischen Anlagen und Geräten bis hin zu thermischen Isolationen für die Raumfahrt. Die fachliche Leitung für diese Veranstaltung liegt in den Händen von Dr. H.-P. Ebert. 17. Mitgliederversammlung des ZAE Bayern Die Mitgliederversammlung findet am 28. November 2007 in Garching statt. 16

19 2 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung Results of Research and Development 2.1 Wärme Heat (fachliche Leitung: Prof. Dr.-Ing. H. Spliethoff) Einer effizienten Nutzung von Wärme kommt energiepolitisch eine hohe Bedeutung zu, da etwa 60 % der in Deutschland verbrauchten Endenergie letztendlich in Form von Wärme genutzt wird. Von der insgesamt in Deutschland im Jahre 2004 bereitgestellten Endenergie von PJ hatte die Raumwärme einen Anteil von 33 %, Warmwasser von 5 % und die Prozesswärme einen Anteil von 21 % (Quelle: BMWi). Das ZAE Bayern hat es sich zum Ziel gesetzt, den Energieeinsatz durch Vermeidung von Wärmeverlusten zu verringern und den Anteil Erneuerbarer Energien zur Deckung des Wärmebedarfes zu erhöhen. Zu den Forschungsschwerpunkten am ZAE Bayern zählen die Reduzierung des Raumwärmebedarfes durch Entwicklung von Materialien und hocheffizienten Systemen zur Wärmedämmung wie z.b. Vakuumisolationspaneele oder Vakuumisolierverglasungen, die Entwicklung von Absorptionskälteanlagen bzw. wärmepumpen zur Bereitstellung von Wärme auf unterschiedlichem Temperaturniveau (Heizen, bzw. Kühlen), die kostengünstige solarthermische Wärmeerzeugung für Gebäude und industrielle Prozesse sowie die Integration solarthermischer Komponenten in Wärmeversorgungsanlagen. In Germany, 60 % of the final energy is consumed as heat, which makes efficient energy usage an important subject in energy policy. Of the 9,300 PJ total final energy supplied in Germany in 2004, 33 % was used for room heating, 5 % for hot water and 21 % for process heat (source: Fed. Ministry of Economics and Technology). ZAE Bayern strives to reduce energy usage by preventing heat losses and to increase renewable energy utilization to cover heat demand. Focal points of research at ZAE Bayern include reducing the room heating demand by developing highly-efficient insulation systems and materials, such as vacuum insulation panels and vacuum insulation glass, developing absorption chillers and heat pumps to provide heat at different temperatures (heating or cooling), producing cost-efficient solar thermal heat for buildings and industrial processes as well as integrating solar-thermal components into heat supply systems. 17

20 Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung ZAE BAYERN Keramische Antikorrosionsbeschichtungen für Bestandteile von Feuerungsanlagen Ceramic Anticorrosion Coatings for Parts in Combustion Plants Stainless steel components in combustion plants are subject to very corrosive conditions. A silicone-based polymer system for dip-coating was developed to obtain robust and adhesive ceramic layers in a two-step thermal process of crosslinking and pyrolysis. The layer properties are investigated using application tests. technologisch einfach zu handhaben und somit eine preisgünstige Alternative zu verschiedenen anderen Beschichtungen. Ein- oder mehrlagige Schichten lassen sich im Bereich von einigen m bis ca. 100 m herstellen. Die so erhaltenen Schichten werden unter Anwendungsbedingungen in verschiedenen Brennkesseln getestet. Wichtige Konstruktionsmaterialien für technische Anlagen bzw. Bauteile zur Wärmeenergieerzeugung sind Stähle verschiedenster Zusammensetzung. Kommen diese jedoch mit Brenngasströmen bei hoher Temperatur in Kontakt, kann das zu hohem Verschleiß durch Korrosion führen. Um Einbauten, wie Heatpipes oder Wärmeübertrager vor aggressiven Gasen oder Abrasion durch Flugstaub zu schützen, müssen entweder teure Spezialwerkstoffe zum Einsatz kommen oder Beschichtungen aufgebracht werden. Im Rahmen des Projektes POLYCOAT werden neuartige Beschichtungssysteme auf Basis von polymerabgeleiteten Keramiken entwickelt und getestet. Dazu werden kommerziell erhältliche Silicone (Polyorganosiloxane) mit feinteiligen Füllern als Suspension aufgebracht und in einem zweistufigen thermischen Prozess zur Keramikschicht prozessiert. Abb Elektronenmikroskopische Aufnahme eines beschichteten Edelstahls im Anschliff. SEM image of the cross section of a ceramic coated stainless steel. Über die Zusammensetzung der Beschichtungssuspension und die Variation der Reaktionsbedingungen lassen sich die Eigenschaften der Beschichtung (Schichtdicke, Wärmeleitfähigkeit, Haftfestigkeit usw.) in weiten Bereichen steuern. Die Aufbringung der Beschichtung aus einer Suspension und anschließende thermische Umsetzung ist Projektart: Eigenforschung (Vorstandsreserve) Laufzeit: 01/06 bis 03/07 Kontakt: Dr. F. Scheffler, Tel /

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