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Photovoltaik für die Energiewende Research for a sunny future 20% efficiency Modules for 50 ct/Wp Electricity for 5–8 ct/kWh C0 2 reduction 20% regenerative by 2020 Electricity from renewables: 2015 > 25% 2030 > 50% 2050 > 80%

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Photovoltaik für die EnergiewendeResearch for a sunny future

20% effi ciency

Modules for 50 ct/Wp

Electricity for 5–8 ct/kWh

C02 reduction

20% regenerative by 2020

Electricity from renewables:

2015 > 25% 2030 > 50%2050 > 80%

Electricity for 5–8 ct/kWh

Electricity from renewables:

2015 > 25%

C02 reduction

20% regenerative by 2020

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Forschung für die Energiewende

International Solar Energy Research Center (ISC) Konstanz e. V., wurde 2005 mit dem Ziel gegründet, als kommunikative Plattform für Forschung und Industrie Photovoltaik (PV) noch leistungsfähiger und kostengünstiger zu machen. Rund 50 Wissenschaftler aus ca. 20 Nationen entwickeln am Standort Konstanz Spitzentechnologie im Bereich kristalliner Solarzellen, leistungsfähiger Module und zu-kunftsweisender Systeme für die ganze Welt. Wir sind permanent im Kontakt mit Ländern, die über intensive Sonneneinstrahlung ver-fügen und dieses Potenzial nutzen wollen.

Deutsches Know-how für den internationalen Markt

Im Zuge der Entwicklung und des Ausbaus von Photovoltaiksyste-men für unterschiedlichste Nutzungsarten und Dimensionen wurde durch das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) ab dem Jahr 2000 eine solide Basis geschaffen, von der wir heute profitieren. Stromer-zeugung aus dieser einzigartig sauberen Energiequelle ist heute zu einer der wirtschaftlich attraktivsten Formen der Stromerzeugung geworden. In Deutschland ist es aktuell möglich, für 8 Cent eine Ki-lowattstunde Strom zu erzeugen.

Das Know-how für diese zukunftsweisende Spitzentechnologie stammt aus Deutschland. Das ist bis heute so, auch wenn die Pro-duktion der Solarzellen und Module inzwischen überwiegend in anderen Ländern stattfindet. Mit der Konzentration auf deutsche Ingenieurtechnik und Wissenschaft bauen wir diesen technischen Know-how-Vorsprung weiter aus – für internationale Nutzung und globale Projekte.

Photovoltaik, Deutschland, 2015

Photovoltaiktechnologie und -forschung in Deutschland kommt nach einer über Auf-schläge auf den Strompreis finanzierten Startphase, inzwischen fast gänzlich ohne finanzielle Unterstützung aus. Die Finan-zierung der PV über das EEG beträgt heute nur noch einen Bruchteil der Subvention-ierung, mit der beispielsweise Kernenergie gefördert wird. Die Erzeugung von Sonnen-strom ist heute bereits billiger als die Erzeu-gung von Strom aus Kernspaltung.

Als positiver Effekt der kostengünstigen Stromgestehungskosten haben mittlerweile weltweit fast alle Länder große PV-Instal-lationspläne. Zukunftsweisender Faktor für die Weiterentwicklung heutiger PV-Technik ist, dass in der PV-Wertschöpfungskette die Zulieferer und Maschinenbauer bis heute überwiegend aus Deutschland kommen – und zu 80 Prozent aus Baden-Württemberg.

Installierte PV-Leistung – Installed PV-capacity 2015

Weltweit 200 GWp (Gigawatt peak) worldwideDeutschland 40 GWp GermanyStromgestehungskosten 8 ct/kWh in Europe levelised costs of electricity 5 ct/kWh e.g. in India

Installierte PV-Leistung – Installed PV-capacity 2020

Weltweit 500 GWp worldwideDeutschland 50 GWp GermanyStromgestehungskosten 5 ct/kWh in Europe levelised costs of electricity 2 ct/kWh e.g. in India 2

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ISC Konstanz – Solartechnologie aus D

eutschland Solartechnology from

Germ

anyResearch for the Energy Transition

International Solar Energy Research Center (ISC) Konstanz e.V., was founded in 2005 as an international communication platform for R&D and industry, with the goal of making photovoltaics (PV) more powerful and cost effective. In Konstanz, about fifty scientists from twenty nations develop leading-edge technologies: crystalline sili-con solar cells, powerful modules and future systems for the entire world. We stay in constant contact with countries that have excellent conditions for PV and that want to use this potential.

German Expertise for the International Market

The implementation of the German Renewable Energy Act (EEG), starting in the year 2000, has created a solid basis for the roll-out of PV systems designed for a huge variety of uses and scales – a ba-sis from which we now benefit. Today, using this exceptionally clean energy source is one of the most economically attractive forms of energy production, thanks to its cost effectiveness and simplicity. In Germany, it is currently possible to generate electricity with PV sys-tems for 8 euro cents per kilowatt-hour (8 ct/kWh).

The expertise for this forward-looking technology comes from Ger-many. This continues to be so to this day, even if solar cells and modules are now mostly produced in other countries, such as those in Asia. With our focus on German engineering technology and sci-entific development, we further expand this lead in technological ex-pertise – in order to use it in international projects on a global scale.

Photovoltaics, Germany, 2015

After an initial period of “subsidisation” through feed tariff in by increased electricity prices, PV technology and R&D in Germany have become extremely attractive and al-most completely independent of additional support. The financing of PV through EEG nowadays amounts to only a fraction of what has been invested in the subsidisation of nu-clear energy, for example. By now, the gen-eration of solar energy is more cost effective than nuclear power.

As a positive effect of PV’s very economical levelised cost of electricity (LCOE), countries around the world have ambitious plans for installing PV systems. An important factor for the future development of PV technology is the fact that most suppliers and machine builders in the PV value chain come from Germany – and around 80 per cent of them from the state of Baden-Württemberg.

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Arbeitsplätze mit Zukunftperspektive

Die Solarbranche sichert in Deutschland rund 50 000 Arbeitsplätze (Schätzung des FhG ISE aus dem Jahr 2014). Die Abwanderung von Arbeitsplätzen aus Bereichen wie der Herstellung von Modulen kann dauerhaft durch Arbeitsplätze in anderen PV-relevanten Bereichen kompensiert werden. Der Schwerpunkt verlagert sich in Deutsch-land zunehmend hin zur Zuliefererbranche mit PV-Vorleistungen, Balance of System (BOS) etc., den Distributoren mit Systeminteg-ratoren, Großhändlern und Projektleitern sowie dem Handwerk mit Solarteuren, Elektrikern, Installateuren, Dachdeckern usw. Einen besonderen Stellenwert nimmt der PV-Maschinenbau ein. In die-sem Bereich stellt Deutschland den Löwenanteil der weltweiten Produktionskapazitäten – mit entsprechendem Personalbedarf.

Energie- und Umwelttechnik studieren

Das Studium zum Bachelor of Engineering oder Master of Enginee-ring ist eine Spezialisierung innerhalb des Studienzweigs Maschi-nenbau, die sich mit dem Bau und Betrieb moderner energietechni-scher Anlagen befasst. Ingenieure mit technischer Fachkompetenz im Bereich regenerativer Energieerzeugung sind aufgrund steigen-der Kosten für fossile Brennstoffe gefragt.

Ingenieure für Energie- und Umwelttechnik verfügen über exzel-lentes Fachwissen auf folgenden Gebieten:

• Projektierung und Planung kompletter Anlagen • Technische Koordination fachübergreifender Aufgaben (Systemintegration) • Konstruktion und Entwicklung • Umweltmanagementsysteme • Sicherheitstechnik und Umweltschutz • Prozessoptimierung und Energiekostenreduzierung

Als besonders effiziente Studiumsvariante bietet das ISC Konstanz die Möglichkeit, Energie- und Umwelttechnik als Duales Studi-um in Kooperation mit der DHBW Friedrichshafen mit intensivem Praxisbezug im Bereich PV zu absolvieren. Auch Studienpraktika sowie Bachelor- und Masterarbeiten der HTWG Konstanz werden am ISC Konstanz durchgeführt. Zudem besteht eine Forschungs-kooperation mit der Zürcher Hochschule für angewandte Wissen-schaften, ZHAW. 4

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Jobs with Great Future Prospects

The solar industry currently safeguards around 50 000 jobs in Ger-many (estimate by FhG ISE from 2014). Jobs in cell and module production are migrating to other countries, but this trend can be permanently compensated for by the creation of jobs in other PV areas. Among others, the focus of PV jobs in Germany is increas-ingly shifting towards component supply, Balance of System (BOS) services, warehousing, installation and electrical services. A par-ticularly large proportion of the PV value chain in Germany is the PV machine-building sector. This sector is the largest worldwide – with significant job creation.

Jobmotor P

hotovoltaik – Jobmotor P

hotovoltaics

Studying Energy and Environmental Technology

This undergraduate- and postgraduate-level engineering qualifica-tion is a specialist area of Mechanical Engineering that deals with the construction of leading-edge equipment for automated mass production. Engineers with technical expertise in the area of renew-able technologies are gaining importance due to the increased price of fossil fuel.

Engineers with Energy and Environmental Science qualifications have excellent competence in the following areas:

• Design and planning of complete systems • Technical coordination of multidisciplinary tasks (system integration) • Construction and development • Environmental management • Safety engineering and environmental protection • Process optimisation and energy cost reduction

ISC Konstanz offers a particularly effective degree course in ‘En-ergy and Environmental Engineering with Industrial Placement’ in collaboration with Baden-Württemberg Cooperative State Univer-sity in Friedrichshafen, with practical work at ISC Konstanz during the industrial placement phase of the study. In addition, ISC Kon-stanz offers internships and undergraduate- and postgraduate-level qualifications in collaboration with Konstanz University of Applied Sciences. On top of that there is an effective research col-laboration with the University of Zürich for Applied Science, ZHAW.

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Wie Sand am Meer

Silizium ist ein wichtiger Grundstoff zur Herstellung von Solarzel-len. Die meisten aller Halbleiter und Wafer, die in den Solarzellen zum Einsatz kommen, werden aus Silizium hergestellt. Als Wafer bezeichnet man Grundplatten aus ein- oder polykristallinen Halb-leiter-Rohlingen, aus denen die photoelektrischen Solarzellen her-gestellt werden.

Silizium ist extrem günstig und unbegrenzt verfügbar. So sank der Preis für Reinst-Silizium in den letzten Jahren pro Kilogramm von 400 € auf 15 €. Solarzellen auf Basis kristallinen Siliziums kom-men heute im weitaus größten Anteil von mehr als 90 Prozent der PV-Module zum Einsatz.

Eine Herausforderung der siliziumbasierten Herstellung von Halb-leitern ist der hohe Stromverbrauch. Aus diesem Grund werden die-se Basiskomponenten von Solaranlagen zum Großteil in Ländern mit geringen Stromkosten wie Norwegen, Bosnien etc. hergestellt.

Heaps and Heaps of Sand

Silicon is the most important ingredient for the production of solar cells; most semiconductors and wafers that are used for solar-cell production are processed from silicon. Wafers are thin disks com-posed of mono- or poly-silicon material and are used to produce the solar cells.

Silicon is extremely cost effective and is available in abundance. The price for purest silicon has reduced, in recent years, from € 400 to € 15 per kilogram. More than 90 per cent of the modules on the mar-ket are based on crystalline silicon solar-cell technology.

The high energy requirement of silicon wafer production is a chal-lenge to the cost effectiveness of the production. Therefore, produc-tion is carried out in countries with low electricity costs such as Nor-way and Bosnia.

Heaps and Heaps of Sand

Silizium – W

afer – Silicon-Wafer

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Solarzellen-Technologiemade in Germany

Im Bereich der Entwicklung von Solarzellen und Modulen nimmt Deutschland eine Spitzenposition ein.

Deutsches Ingenieurwissen und der innovative Geist deutscher Un-ternehmer haben wesentlich dazu beigetragen, Solarzellentechno-logie mit sehr hoher Effi zienz bei gleichzeitig niedrigsten Stromge-stehungskosten zu entwickeln. Schlüsselfertige Fabriken deutscher Maschinenbauer werden heute in die ganze Welt exportiert. ISC Kon-stanz hat mit seinen neuesten Weiterentwicklungen der sogenannten „n-Typ bifazialen Technologie“ einen weiteren Schritt zur wesentlichen Verbesserung der PV-Technologie beigetragen. Mit den Produktna-men „BiSoN“ und „ZEBRA“ werden diese Technologien von einer Alli-anz mit centrotherm, ROFIN, RENA und PVF auf den internationalen PV Markt eingeführt. RCT Solutions hat sich auf die bifaziale p-Typ Technologie spezialisiert, die eine attraktive Alternative darstellt.

Die Zukunft in der Solarzellenproduktion liegt in einer kontinuierli-chen Erhöhung des Effi zienzgrades bei weiter reduzierten Produkti-onskosten. Voll automatisierte Prozesse auf der Basis von Industrie 4.0 stellen eine praktikable Lösung dar, die durch hohe Stückzahlen und maximale Präzision auch in Großserien überzeugt.

RCT Solutions GmbHTurmstraße 20D-78467 KonstanzTel. +49 7531 58470 12Fax +49 7531 58470 99 [email protected]

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Solar-Cell Technology made in Germany

Germany takes the lead in the development of solar-cell and mod-ule devices.

German engineering and the innovative and pioneering spirit of Ger-man entrepreneurs have been instrumental in achieving the high ef-fi ciency and low electricity production costs of today’s photovoltaic technologies. Turnkey German machine-building factories have been and continue to be exported worldwide. ISC Konstanz takes it to the next level with its newest technology of “n-type and bifacial solar cells”, which delivers even lower LCOE. With product names such as “BiSoN” and “ZEBRA”, these technologies are now introduced to the international market in collaboration with centrotherm. ROFIN, RENA and PVF. RCT Solutions deploy a specialised p-type bifacial technology that offers a good alternative to n-type solar cells.

The future of solar-cell production still lies in increasing cell effi -ciency while simultaneously reducing production costs. Fully auto-mated processes, utilising ‘industrial-internet’ technology, offer the potential to maximise the throughput and yield of mass production.

Solarzellen – Solar-Cells

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Bifazialität: ZukünftigeTechnologie aus Konstanz

Das ISC Konstanz hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Entstehungs-kosten siliziumbasierter Photovoltaik weiter zu senken. Im Mittelpunkt unserer Forschung stehen Technologien, die mit kristallinen Silizi-um-Wafern auf der Basis herkömmlichen Polysiliziums oder neuar-tiger Solarsiliziummaterialien arbeiten. Das Steckenpferd des ISC Konstanz ist die bifaziale Technologie, die es erlaubt, dass auch von der Rückseite Licht in das Glas/Glas-Modul eindringt, und dadurch die Leistung und somit den jährlichen Ertrag des Systems wesentlich erhöht. Mit dieser Technologie ist es möglich, Strom für bereits un-ter 5 ct/kWh in südlichen Ländern herzustellen. Mit der bifazialen Bi-SoN-Technologie entsteht mit 2,5 WMp momentan das größte bifaziale PV-System in Chile (Bild auf Seite 14). Die moderne Glas/Glas-Tech-nologie erhöht zudem die Lebensdauer der Solarmodule um 20 bis 30 Jahre auf ca. 50 Jahre. In der Region um Konstanz werden entspre-chende Systeme von Sunny Solartechnik und rmSolar angeboten.

Unser Ziel ist es, den Solarzellen-Wirkungsgrad auf über 23 Prozent zu erhöhen und die Herstellungskosten durch Materialeinsparun-gen und technologische Entwicklungen weiter zu reduzieren.

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Bifaciality: FutureTechnology from Konstanz

ISC Konstanz has set a goal to further the deployment and reduce the costs of PV. Our R&D is focused on technologies based on crystalline silicon. A key area of interest for ISC Konstanz is bifacial technology, which offers a huge power increase to the PV system, utilising rear side penetration of light into the module. This enables the system’s yearly yield to be increased and the costs for electricity production to be further reduced – to, for example, less than 5 ct/kWh for southern countries. The world´s largest bifacial PV system is currently under construction in Chile at 2.5 MWp (see picture on page 14) and will use our bifacial BiSoN technology. The leading-edge glass/glass tech-nology increases the module’s lifetime from approximately 20 to 30 years to 50 years. In the Konstanz region, modules using this tech-nology are offered by our partners Sunny Solartechnik and rmSolar.

Our goal is to increase solar-cell effi ciency beyond 23 per cent and to reduce the production costs through the reduction of material us-age.

Solarzellen

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State of the art technologyfor high efficiency solar cells in cooperation with ISC Konstanz

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Solarzellen – Solar-Cells

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Module für die ganze Welt

In Reihe geschaltete Solarzellen ergeben ein komplettes Solarmo-dul, in dem Sonnenenergie direkt in Strom gewandelt wird. Starre Solarmodule bestehen meist aus siliziumbasierten Solarzellen, die fest auf einem Aluminiumrahmen montiert sind. Eine Alterna-tive dazu – vor allem für den mobilen Einsatz – sind flexible So-larmodule basierend auf Dünnschichttechnologie.

Der in den Solarmodulen erzeugte Strom ist sofort nutzbar und muss direkt verwendet oder in Speicherelementen zum späteren Verbrauch konzentriert werden. Nachdem jedes zweite in Deutsch-land hergestellte Solarmodul direkt im Land zum Einsatz kommt, sind diese Solarmodule in Ausführung und Material speziell auf den Standort Deutschland mit seinen spezifischen Parametern wie Son-nenintensität, Wetterbedingungen etc. angepasst. Solarmodule, die unter extremen klimatischen Verhältnissen wie in Wüstenregionen verwendet werden, entsprechen derzeit in Material und Ausführung den in Deutschland geltenden Anforderungen. Für diese Regionen müssen in Zukunft Solarmodule mit eigenen Spezifikationen ent-wickelt werden, damit sie den extremen Wetterbedingungen über einen langen Zeitraum standhalten. Dazu führt das ISC Konstanz mehrere Projekte in enger Zusammenarbeit mit Chilenischen Part-nern in der Atacama Wüste durch- der Wüste mit den weltweit ext-remsten Bedingungen.

… sind ein wesentlicher Anreiz für die Installation einer Photovol-

taikanlage. Von anfänglich 5 €/Wp (Watt peak = Spitzennennleis-

tung) sank der Preis bis heute auf 50 ct/Wp. Ein weiterer Grund

für Hausbesitzer und Gewerbetreibende für eine Umstellung auf

Solarenergie ist das durch den selbst erzeugten Strom gewonne-

ne Stück Autarkie. Oft kann ein großer Teil des eigenen Bedarfs

aus Sonnenenergie gedeckt werden. Die Investition amortisiert

sich finanziell meist schon nach wenigen Jahren. Nach zwei Jah-

ren Betriebsdauer haben die Module bereits so viel Energie er-

zeugt, wie für ihre Herstellung verbraucht wurde.

… are becoming an essential driver behind the installation of solar

systems. From € 5/Wp in 2000 (Watt peak = maximum power), the

costs for a solar module have been lowered down to 50 ct/Wp. An-

other reason for homeowners to install PV is the freedom and in-

dependence of going off-grid at a time of rising electricity prices.

Often, a significant proportion of household energy consumption

can be covered by PV. The initial investment pays back within just a

few years. Within two years, the modules have produced as much

electricity as was used in their production.

Günstige Kosten – Low Costs

Wände, die Strom erzeugen

Das ISC Konstanz entwickelt aktuell farbige

Solarzellen, die sich zu Solarmodulen zu-

sammengeschaltet perfekt in Gebäudeteile

wie Fassaden, Lärmschutzwände etc. inte-

grieren lassen. Diese Möglichkeit erweitert

das Spektrum der möglichen Einsatzgebiete

für Photovoltaik enorm.

Walls that produce electricity

ISC Konstanz currently develops colourful

solar cells and modules that can be aestheti-

cally integrated into the facades of buildings

and into sound-blocking barriers. This vastly

increases the usage potential of PV in Ger-

many as PV becomes building-integrated,

“hidden” and combined with other applica-

tions.

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Module – M

odules

Modules for the Whole World

Solar cells interconnected in series result in a complete solar mod-ule that converts solar light directly into electricity. Rigid solar pan-els, which have the major market share, are based on crystalline silicon solar cells and are mounted in an aluminium frame. An alter-native to this – mostly for mobile applications – are flexible modules that can be made using thin-film technology.

The electricity produced from solar modules is directly usable and needs to be used immediately or stored in storage devices for later use. Since historical production of solar modules was concentrated mostly in Germany and about one in two modules produced in Germa-ny is used domestically, module component adaptions are designed for the mild climate of Central Europe. In order to use modules under extreme weather conditions, for example in desert regions, the com-ponents will have to be adapted for harsher temperatures, UV irradia-tion and soiling. In addition, test specifications and procedures have to be developed. For this reason, ISC Konstanz is collaborating with Chilean partners on several projects in the Atacama desert – the de-sert with the most extreme conditions on our planet.

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Systeme und Speicher

Wir sind davon überzeugt, dass die Photovoltaik bei der Energie-erzeugung der Zukunft eine wichtige Rolle spielt. Wie auf dem Weltklimagipfel in Paris am 12. Dezember 2015 beschlossen, sol-len regenerative Energien die fossil-nuklearen Energien komplett ablösen.

Ein wichtiger Aspekt mit großem Entwicklungspotenzial sind kom-plette Solar- und Heizsysteme inklusive immer leistungsfähigerer Speicher, die den Einsatz von Solarstrom noch effizienter und kom-fortabler machen. Moderne Systeme kombinieren den aus der Son-ne gewonnenen Strom bedarfsgerecht mit anderen – idealerweise regenerativen – Energiequellen wie Erdwärmepumpen, Biomasse-heizkesseln etc. Die einzelnen Elemente der Solar- und Heizsyste-me mit ihren Speichermodulen finden auf immer kleinerem Raum Platz und sind gut dezentralisierbar.

Smarte Bedienung mit Komfort

Smart Grids sind intelligente Systeme, die alle Komponenten des Strom- und Verbrauchsnetzes auf einen Blick transparent machen, um gegebenenfalls Lasten wie z. B. elektrische Wärmepumpen bzw. Klimaanlagen oder Ladevorgänge bei Elektrofahrzeugen zu ver-schieben. Das Ergebnis ist eine optimale Überwachung und Rege-lung des Gesamtsystems mit der Möglichkeit, auch von extern per SmartPhone korrigierend einzugreifen. Als Nutzer haben Sie alle Funktionen der Haustechnik auf einen Blick bestens im Griff.

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Systeme und Speicher

Systems and Storage D

evicesSystems and Storage Devices

We are convinced that electricity generation from PV will play a major role in future energy supply. As agreed at the World Climate Summit on 12 December 2015 in Paris, fossil energy sources will be replaced by renewables.

Complete solar and heat systems, combined with powerful storage, are an important renewable technology with large development po-tential and will make solar power even more effective and easier to use. Modern systems combine the electricity from PV with other – ideally renewable – energy sources such as geothermal pumps or biomass heating systems. Complete systems are getting smaller and smaller and are perfectly suited for microgrid applications.

.

Smart Handling with Comfort

Smart grids are intelligent systems that utilise data from all compo-nents in the electricity network so that, if necessary, the consump-tions of electric heat pumps, cooling systems or charging of electric cars can be adapted to flex with the power generated. The result is an optimally monitored and managed complete system with the potential to interactively connect the user to the system from out-side via, for example, their mobile phone. At a glance, the user gains complete access to all the important data of the system’s perfor-mance.

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ISC Konstanz-e.V.

Rudolf-Diesel-Str. 15

78467 Konstanz

• Concept: JS Media Tools A/S • 72972 • www.jsdeutschland.de

• Concept: JS Media Tools A/S • xxxxx • www.jsdeutschland.de

T +49-7531 36183-0

F +49-7531 36183-11

[email protected]

www.isc-konstanz.de