Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist eines der führenden europäischen Institute für Energieforschung. Es konzentriert sich auf die Photovoltaische Materialforschung, insbesondere für Dünnschichttechnologien, sowie auf die Entwicklung von Photovoltaikmodulen und -systemen. Weitere Schwerpunkte des ZSW sind die Wasserstofftechnologie, elektrochemische Energietechnologien, Brennstoffzellenentwicklung, regenerative Kraftstoffe und Verfahrenstechnik. Das Institut ist zudem in den Bereichen Netzintegration erneuerbarer Energien, Smart Grids und energiewirtschaftliche Systemanalyse tätig und kooperiert eng mit Universitäten, Forschungseinrichtungen und Wirtschaftsunternehmen im In- und Ausland.

Geschichte Das ZSW wurde 1988 als gemeinnützige Stiftung von den Universitäten Stuttgart und Ulm, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Land Baden-Württemberg mit den Ministerien für Wirtschaft und Wissenschaft und einigen Unternehmen gegründet.

Werner H. Bloss war ein führender Pionier der Solarforschung und maßgeblich an der Gründung des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) beteiligt. Bereits Ende der 1950er forschte er an der Universität Stuttgart auf dem Gebiet der nichtkonventionellen Energieumwandlung. Dabei ging es ihm um den effizienten Nutzen der Sonnenenergie, insbesondere in Form von Photovoltaik und Dünnschichtsolarzellen.

Das Ziel, das Bloss verfolgte, war Sonnenenergie nicht nur effizient in Nutzenergie umzuwandeln, sondern sie auch als Sekundärenergieträger speicherbar und transportierbar zu machen. Bereits in den 1970er Jahren wurde am IPE unter seiner Leitung eine Dünnschichtsolarzelle auf Cadmium-Sulfid-Basis entwickelt und in eine Pilotfertigung überführt. Später fokussierte sich das IPE auf Chalkogenid-Dünnschichtsolarzellen vom Typ (CuInxGa1-xSe2, kurz CIS), die sich schnell als eine der erfolgreichsten Dünnschichttechnologien etablierten.

Ab 1980 entstanden in Stuttgart und am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) erfolgreiche Kooperationsnetzwerke im Bereich Sonnenenergie und Wasserstofftechnik. Dazu zählten unter anderem der DFG-Sonderforschungsbereich „Wasserstoffverbindungen als Energieträger“ und das deutsch-saudi-arabische Projekt „HYSOLAR“. Diese Entwicklungen förderten die Gründung einer interdisziplinären Forschungseinrichtung außerhalb der Universität.

Diese Netzwerke und Kooperationen legten den Grundstein für die Gründung des ZSW. Unter der Führung des Landes Baden-Württemberg und mit Unterstützung der Universität Stuttgart, des DLR und weiterer Partner wurde 1988 die Stiftung ZSW ins Leben gerufen. Das ZSW hatte zum Ziel, die Forschung zur Sonnenenergie und Wasserstofftechnologie weiter zu intensivieren und den Technologietransfer in die Industrie zu fördern. Der Erste Vorsitzende des Gründungskuratoriums war Senator e .h. Dipl.-Ing. Peter Schnell. Gründungsvorstände und wissenschaftliche Leiter waren Werner H. Bloss (Universität Stuttgart), Carl-Jochen Winter (Vorstand DLR) und Wolfgang Witschel (Universität Ulm). Mit einer Satzungsergänzung wurde dann 1991 die Funktion eines hauptamtlichen geschäftsführenden Vorstandsmitgliedes eingerichtet, welche am 1. Januar 1992 an Hans Albrecht gegeben wurde. 1999 übernahm dann Thomas Schott diese Position. Seit 2007 ist Frithjof Staiß das Amt.

Organisation Im Jahr 2024 waren an dem Institut insgesamt 357 Arbeitsplätze besetzt, davon 322 Vollzeitstellen. Zusätzlich waren 105 Studierende und Praktikanten und Praktikantinnen am ZSW tätig.

Das Institut engagiert sich auch für die Nachwuchsforschung in der Wissenschaft. Im Jahr 2024 fertigten so 33 Doktoranden und Doktorandinnen ihre Dissertationen an.

Die Mitarbeitenden stammen aus 24 verschiedenen Ländern. Der Anteil weiblicher Beschäftigten lag im Jahr 2024 bei 24 %.

Die Geschäftsführung des ZSW liegt bei den Vorständen Frithjof Staiß (CEO) und Markus Hölzle.Jahresbericht 2025, S. 87–88

Forschung alternativtext=|mini|Solar-Testfeld Widderstall bei Merklingen

Energiewende & Systemoptimierung Das ZSW erforscht systemische Lösungen für die Energiewende mit dem Ziel einer klimaneutralen Energieversorgung. Dazu entwickelt es Szenarien und Strategien für die Transformation des Energiesystems, berät Politik und Industrie und übernimmt Aufgaben im Monitoring und der Evaluation. Technisch liegt der Fokus auf der effizienten Integration erneuerbarer Energien, der Sektorenkopplung, intelligenten Netzen sowie Speichertechnologien. Anwendungen umfassen unter anderem KI-gestützte Prognosen, nachhaltige Mobilitätslösungen und die Optimierung von Energieflüssen auf Quartiersebene. Das ZSW leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Umsetzung der nationalen und europäischen Klimaschutzziele.

Photovoltaik Das ZSW erforscht innovative Technologien zur Weiterentwicklung der Photovoltaik. Ziel ist es, Effizienz und Lebensdauer von Solarzellen zu steigern, Kosten weiter zu senken und die Integration in das Energiesystem zu verbessern. Forschungsschwerpunkte liegen in der Material- und Prozessentwicklung für Dünnschicht-, Tandem- und Perowskit-Solarzellen, der Qualitätsbewertung von PV-Modulen (z. B. im Solab-Labor und Testfeld Widderstall) sowie in der Systemtechnik. Zudem berät das ZSW zu Ertragsprognosen, Betriebsanalysen und Netzintegration, etwa durch Eigenverbrauchsmodelle und intelligente Speicherlösungen. Damit leistet es einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Stromversorgung auf Basis von Solarenergie.

Windenergie Das ZSW ist auch bei der Windenergieforschung aktiv, mit dem Ziel, die Leistungsfähigkeit und Effizienz von Windenergieanlagen weiter zu verbessern. Ein zentrales Projekt ist das Forschungstestfeld WINSET auf der Schwäbischen Alb. Dabei handelt es sich um das erste Testfeld in komplexem Berggelände. Es steht Wissenschaft und Industrie für praxisnahe Untersuchungen zur Verfügung. Weitere Schwerpunkte des ZSW liegen in der Entwicklung präziser Windleistungs- und Einspeiseprognosen. Bereits 2011 war das ZSW an der Gründung des Windenergie-Forschungsclusters WindForS beteiligt. Dabei handelt es sich um ein süddeutsches Netzwerk aus über 25 Forschungsgruppen. Damit leistet des ZSW einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung der Energiewende.

Batterieforschung Im Bereich der Batterietechnologien ist das ZSW eines der führenden Forschungseinrichtungen. Seit über 30 Jahren arbeiten mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Ulm an der Weiterentwicklung von Lithium-Ionen- und Post-Lithium-Batterien. Dabei umfasst die Forschung die gesamte Wertschöpfungskette: von der Materialentwicklung und Zellfertigung über die Systemintegration und Leistungsprüfung bis hin zum Batterierecycling. Das Ziel ist es, leistungsfähige, langlebige und nachhaltige Energiespeicher für Anwendung in Elektromobilität und stationären Systemen zu entwickeln. Das ZSW bietet Industrie und Wissenschaft praxisnahe Forschung, anwendungsorientierte Tests und technologische Beratung entlang des gesamten Batterie-Lebenszyklus.

Wasserstoff & eFuels Das ZSW erforscht Wasserstofftechnologien entlang der gesamten Wertschöpfungskette: von der Elektrolyse über Power-to-X-Verfahren bis hin zu Brennstoffzellen. Als Ziel dabei ist die industrielle Umsetzung von klimaneutralen Energieträgern. Dabei entwickelt das Institut gemeinsam mit Partnern technologieoffene Lösungen zur strombasierten Herstellung von Wasserstoff und synthetischen Kraftstoffen (eFuels), testet diese im technischen Maßstab und erprobt sie in Reallaboren. Ein Schwerpunkt liegt auf der Integration in bestehende Infrastrukturen sowie der Nutzung in Mobilität, Industrie und Wärmeversorgung. Mit seiner anwendungsnahen Forschung leistet das ZSW einen wichtigen Beitrag zur Markteinführung regenerativer Wasserstofftechnologien und zur Erreichung der Klimaziele.

Brennstoffzellen Das ZSW forscht seit vielen Jahren an der Entwicklung und Erprobung von Brennstoffzellen. Das Institut entwickelt Brennstoffzellen-Stacks im Leistungsbereich von wenigen Watt bis zu 100 kW für vielfältige Anwendungen. Ihre Kernkompetenzen sind Konstruktion, Charakterisierung und Simulation, der Bau von Prototypen und die Entwicklung von Fertigungs- und Prüftechnologien. Umfangreiche Prüfstände ermöglichen normgerechte Tests im Dauerbetrieb. Ziel ist es, leistungsfähige und marktfähige Brennstoffzellentechnologien zur Unterstützung der Energiewende bereitzustellen.

Circular Economy Das ZSW forscht an Technologien und Prozessen zur Umsetzung einer ressourcenschonenden Kreislaufwirtschaft (Circular Economy) im Kontext der Energiewende. Ziel ist es, Materialien so zu gestalten und herzustellen, dass sie am Ende ihres Lebenszyklus effizient recycelt oder wiederverwendet werden können. Im Fokus stehen die Entwicklung umweltfreundlicher Produktionsverfahren, neuer Materialien und geschlossener Stoffkreisläufe nach dem Cradle-to-Cradle-Prinzip. Durch die Rückgewinnung von Rohstoffen und die Verlängerung von Produktlebenszyklen sollen Umweltbelastungen reduziert und der wirtschaftliche Wert von Materialien erhalten werden. Die Arbeiten leisten einen Beitrag zu einer nachhaltigen Transformation des Energie- und Wirtschaftssystems.

Standorte Stuttgart

Der Standort des ZSW in Stuttgart befindet sich in der Meitnerstraße 1 im Stadtteil Vaihingen. Hier wird in den Fachbereichen Photovoltaik, Systemanalyse und Regenerative Energieträger und Verfahren geforscht. Zusätzlich befinden sich in Stuttgart die Geschäftsführung, der Zentralbereich Finanzen, die IT und die Personal- und Rechtsabteilung.

Ulm

In Ulm gibt es zwei Standorte von dem ZSW. Das Hauptgebäude befindet sich in der Helmholtzstraße 8. Das zweite Gebäude in der Lise-Meitner-Straße 24, hier befinden sich die Labore ELAB, HYFAB und Power-Up. In Ulm wird zu Brennstoffzellen, Akkumulatoren und der Produktion von Lithium-Ionen-Zellen geforscht.Jahresbericht 2024, S. 89

Widderstall

In Widderstall in Merklingen auf der Schwäbischen Alb befindet sich das PV-Testfeld des ZSW. Dieser befindet sich auf ca. 750 m über dem Meeresspiegel. Hier werden PV-Systeme sowohl im Inselbetrieb als auch netzgekoppelt betrieben. Das Ziel davon ist die Energieerträge von unterschiedlichen Solartechnologien im direkten Vergleich zu erfassen. Die durch Vermessung gewonnenen Daten zum Leistungsverhalten und zu Alterungseffekten werden systematisch erfasst und in einer Datenbank dokumentiert.

Stötten

Seit März 2023 befindet sich in Stötten auf der Schwäbischen Alb das Windenergie-Forschungstestfeld WINSET. Ziel des Testfeldes ist es, Windenergieanlagen effizienter, leistungsfähiger, leiser und langlebiger zu gestalten. Die dabei gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse werden auf kommerzielle Großanlagen übertragen, um der Industrie gezielt neue Impulse und belastbare Daten für die Weiterentwicklung ihrer Technologien bereitzustellen. Darüber hinaus wird in Zusammenarbeit mit Naturforschern daran gearbeitet, die Nutzung der Windenergie besser mit dem Artenschutz in Einklang zu bringen.

Mitgliedschaften Das ZSW ist Mitglied im ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE), dem Windenergie Forschungsnetzwerk Süd (WindForS) und in der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW). Außerdem ist das ZSW Mitglied in der Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien-Statistik (AGEE-Stat) von Bundeswirtschaftsministerium und Bundesumweltministerium, sowie Partner der Strategieplattform Power to Gas der Deutschen Energie-Agentur (dena).

Weitere Mitgliedschaften (Auswahl):

AG Energiebilanzen e.V. (AGEB) Allianz Bauwerkintegrierte Photovoltaik e.V. (Allianz BIPV) Brennstoffzelle Baden-Württemberg (Cluster H2BW) Bundesverband Energiespeicher e.V. (BVES) Clean Power Net (CPN) Deutsche Phosphorplattform (DPP) DGMK Deutsche Wissenschaftliche Gesellschaft für nachhaltige Energieträger, Mobilität und Kohlenstoffkreisläufe e.V. Deutscher Wasserstoff-Verband (DWV) The Electrochemical Society (ECS)