Kurzbeschreibung
Nachführung für PV-Fensterbalken Motivation und Ausgangslage: effiziente.st hat einfache Lösungen für den Ersatz von Fensterbalken durch PV vorgeschlagen und dabei Forschungsbedarf identifiziert. In Ergänzung soll daher eine automatische Drehung der PV sondiert werden. Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) bietet erhebliches Potenzial zur dezentralen erneuerbaren Energieversorgung und zur Erhöhung der Eigenstromnutzung in urbanen Räumen. Eine lokal gesteigerte Eigenstromproduktion trägt wesentlich zur Netzstabilität, Versorgungssicherheit und Dekarbonisierung des Gebäudesektors bei. Insbesondere Fassadenflächen bleiben bislang unzureichend für die Solarstromproduktion genutzt. Fix montierte Systeme erreichen jedoch nicht das maximal mögliche Ertragspotenzial. Konventionelle motorisierte Nachführsysteme sind für BIPV-Anwendungen aufgrund von Komplexität, Kosten, Wartungsbedarf und Integrationsproblemen kaum geeignet. Daher besteht hoher Bedarf an robusten, wartungsfreien und kostengünstigen passiven Nachführsystemen, die sich auch in Bestandsgebäude einfach integrieren lassen. Projektziel und Innovation: Im Projekt NPV-Balken wird ein neuartiges, vollständig passives Nachführkonzept für BIPV-Fassaden entwickelt. Dabei wird die temperaturabhängige Volumenänderung von Phasenwechselmaterialien (PCM) genutzt, um eine kontrollierte Drehbewegung von PV-Balken entlang ihrer Längsachse zu erzeugen. Dies erlaubt eine autonome Anpassung des Einstrahlwinkels an den Sonnenstand ohne externe Sensorik, Steuerung oder Energieversorgung. Beim Abkühlen kehrt das System selbstständig in die Ausgangsposition zurück. Über das System mit Sturmhaken kann zusätzlich manuell umgestellt und fixiert werden. Die Innovation liegt in der präzisen mechanischen Umsetzung dieser thermischen Ausdehnung mittels speziell entwickelter Hebel- und Kinematiksysteme sowie in der Integration passiver Dämpfungselemente, welche die Balken bei Starkwind sichern. Ein weiterer Vorteil ist die modulare, architektonisch integrierbare Bauweise: Der NPV-Balken kann perspektivisch als direkt einsetzbares Fassadenelement entwickelt werden, das mit minimalem baulichen Aufwand konventionelle Fensterbalken ersetzt. Dies ermöglicht eine einfache Nachrüstung in Bestandsgebäuden und bietet damit erhebliches Marktpotenzial. Vorgehensweise: Identifikation und Charakterisierung geeigneter PCM hinsichtlich Temperaturbereich, Zyklenstabilität, Brandschutz und Umweltverträglichkeit Entwicklung und Erprobung skalierbarer mechanischer Übersetzungsmechanismen Entwicklung passiver Dämpfungskonzepte zur Stabilisierung der Bewegungen Fertigung und Erprobung von Versuchsträgern unter laborähnlichen Bedingungen zur Funktionsprüfung Erste technisch-ökonomische Bewertung hinsichtlich Herstellbarkeit, Lebenszykluskosten und Skalierbarkeit Erwartete Ergebnisse und Verwertungspotential: Die Sondierung soll die technische und wirtschaftliche Machbarkeit des PCM-basierten passiven Nachführprinzips für gebäudeintegrierte Photovoltaikanwendungen grundlegend bewerten. Durch die Ertragssteigerung bei wartungsfreier und robuster Systemarchitektur wird die Eigenstromversorgung von Gebäuden deutlich verbessert. Damit leistet das Vorhaben einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors, erhöht die Versorgungssicherheit und schafft eine Basis für spätere industrielle Forschungs- und Demonstrationsprojekte.