Forschung

smartPV-Control - Validierung der Einsatzmöglichkeiten von Shape Memory Materialen im Bereich der Photovoltaikmodul-Nachführung von gebäudeintegrierter Photovoltaik (BIPV)

Förderung: Land Sachsen-Anhalt, Ministerium für Landwirtschaft, Umwelt und Energie
Laufzeit: 2018-2020

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Stefan Reich
Projektbearbeiterin: Lukas Guffler, BA

Die Erfüllung der durch die Bundesregierung im Rahmen der letzten Klimaabkommen versprochenen Energieeinsparziele, erfordert eine kontinuierliche Erhöhung des Anteils von regenerativen Energien.

Ein derzeit beschrittener Weg liegt in der Errichtung neuer und der Modernisierung bestehender Wind- und Photovoltaikanlagen (PV-Anlagen). Der Einsatz von PV im Freibereich wird dabei zunehmend durch einen Einsatz in der Gebäudehülle (BIPV) ergänzt. Neben der Vergrößerung der Modulflächen liefert die Erhöhung des Wirkungsgrades wesentliche Beiträge für eine gesteigerte Stromgewinnung durch Photovoltaik.

Bei dem Betrieb von Photovoltaikanlagen liegt ein wesentlicher Optimierungspunkt in der Ausrichtung der Photovoltaikzelle zum Sonnenstand. Im Rahmen der beantragten Förderung soll das Potential von shape memory alloys (Formgedächtnis-Materialien) für eine Verwendung als Nachführsystem von gebäudeintegrierten PV-Modulen untersucht werden.

Die SMA sollen durch elektrische oder thermische Ansprache die PV-Module zum Sonnenstand ausrichten. Durch den Einsatz der SMA ist eine Nachführung von PV-Modulen an Fassaden (z.B. vertikale PV-Module oder Lamellen) möglich, wodurch die energetische Effektivität dieser PV-Fassaden deutlich gesteigert werden kann.

smartVENT - autarkes Lüftungs- Wetterschutz- und Sonnenschutzsystem

Projektträger: AiF Projekt GmbH, Berlin
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Berlin
Laufzeit: 2017-2020

Projektpartner: MLL-Lamellensysteme GmbH, Hamburg
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Stefan Reich
Projektbearbeiter: Sagar Vanapalli, MSc

Das Projektziel besteht darin, die Vorteile einer natürlichen Lüftung mit den Vorteilen einer mechanischen Lüftung zu verbinden. Neben der Entwicklung von Lüftungssystemen sollen auch Sonnenschutzsysteme entwickelt werden, die durch autarke Drehung der Lamellen zur Optimierung der Verschattungsflächen führen. Vielversprechende Anwendungsbereiche sind die Nachtkühlung von Gebäuden sowie der außenliegende Sonnenschutz zur Senkung der Innenraumtemperaturen ohne Einbau von Klimatechnik.

Kern der Systeme bilden energieautarke Aktuatoren auf Basis von Formgedächtnismaterialien, deren temperaturabhängige Steifigkeitsänderungen zur Aktivierung von Verstellwegen dienen.

Die entwickelten Lüftungs-, Wetterschutz- und Sonnenschutzelemente regeln anhand voreingestellter Triggergrößen unabhängig von einer manuellen oder motorischen Steuerung die bauphysikalischen Größen wie Luftwechsel oder Transmission/Reflexion. Die entstehenden Bauteile sind trotz nicht benötigter Steuerung und fehlendem Motorantrieb autark öffnend und schließend und erlauben als Alleinstellungsmerkmal die Integration einer Lüftungs- oder Sonnenschutzautomation weit unterhalb der sonstigen Kosten für eine controller- und motorgesteuerte Regelung.

Klimaaktives Hauswandmodul

Projektträger: AiF Projekt GmbH, Berlin
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Berlin
Laufzeit: 2018-2020

Projektpartner: Stein - Heizung-Sanitär-Lüftung GmbH, Querfurt
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Stefan Reich
Projektbearbeiterin: Julia Krüger, MA

Mit dem neuen Hauswandmodul mit Latentspeicher-Funktionalität werden bisherige Nachteile der Fertighausbauweise ausgeglichen und neue Möglichkeiten einer aktiven Nutzung des Speichervermögens von PCM-Modulen zum Ausgleich von Temperaturschwankungen erschlossen.

Durch die in der Klimawand steuerbare Luftumwälzung kann bei Bedarf Strahlungsenergie der Sonne von der Hausaußenfläche nach innen geleitet und direkt für die Heizung oder für eine Zwischenspeicherung genutzt werden. Im Sommer kann zur verringerung der Temperaturspitzen überschüssige Raumenergie am Tag zwischengespeichert und in der Nacht nach außen geleitet und abgegeben werden. Dafür sind im dreischaligen Wandaufbau hinter der Außenwand- und Innenwandverkleidung jeweils luftführende Schichten vorgesehen.

Durch gesondert ansteuerbare Heizungsrohre im inneren Hohlraum wird dieser gemäß dem Hypokaustenprinzip als Wandheizung genutzt, so dass die sonst erforderliche Fußbodenheizung entfällt. Es entsteht ein innovatives Außenwandmodul für Fertighäuser mit aktiven Klimatisierungseigenschaften und integrierter Wandheizung zum Preis vergleichbarer Fertighauskonstruktionen.

Verbundsicherheitsglas mit phosphoreszierenden Zeichen

Projektträger: AiF Projekt GmbH, Berlin
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Berlin
Laufzeit: 2015-2018

Projektpartner: Glaswerkstätten Frank Ahne GmbH, Pirna
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Stefan Reich
Projektbearbeiter: Dipl.-Ing. Shawn Ives

Thema des Forschungsprojektes ist die Entwicklung von selbstleuchtenden Glasflächen. Diese finden Anwendungen im Bereich von Notfallbeleuchtungen oder Informationsdarstellungen, die in optisch hochwertigen und hygienischen Oberflächen integriert werden. Leuchtende Farben bei Dunkelheit bei gleichzeitiger Unsichtbarkeit unter Tageslicht steigern das Einsatzpotential und die Anwendungsvielfalt signifikant.

Unser Forschungsansatz basiert auf EVA-Verbundlaminaten, in deren Folienebene phosphoreszierende Farben integriert sind. Die Applikation der phosphoreszierenden Farben, die optische Qualität und Dauerhaftigkeit des Laminates stellen dabei die Forschungsschwerpunkte dar.

Anwendungen in der Gebäudehülle erfordern mechanische Eigenschaften, die vergleichbar mit Verbundsicherheitsglas sind. Durch baurechtlich genormte Prüfverfahren werden die Eigenschaften des Laminates für einen Einsatz in der Gebäudehülle optimiert.