Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der beantragten Studie ist die Entwicklung neuer Materialsysteme und Bewegungsmechanismen f\u00fcr dreidimensionale Bewegungsapparate von nachgef\u00fchrten Solarpanels durch interdisziplin\u00e4re Forschung von Bauingenieuren, Architekten und Materialwissenschaftlern. Im Allgemeinen sind in beweglichen technischen Systemen Antrieb und Lagerung getrennte Funktionen. Die dabei verwendeten Scharniere und Kugellagerhalterungen sind st\u00f6ranf\u00e4llig und wartungsintensiv. Innerhalb der Studie soll gezeigt und bewiesen werden, dass mit faserbasierten Materialsystemen und pneumatischen Aktuatoren Bewegungsapparate f\u00fcr dreidimensionale Verformungen abgebildet werden k\u00f6nnen. Durch den Einsatz pneumatischer Aktuatoren w\u00e4re die Position der Elemente in Relation zur Sonneneinstrahlung stufenlos regelbar, so dass die Energieausbeute maximiert werden kann. Gleichzeitig besticht der Ansatz durch geringere Betriebs- und Wartungskosten im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Systemen. Die Studie soll das Potenzial faserbasierter Materialsysteme f\u00fcr die Umsetzung von Bewegungsapparaten zeigen und Basis f\u00fcr weitere Projekte in diesem Bereich sein, die das Ziel verfolgen, den Ausbau der Solartechnik in Deutschland zur Erreichung der Klimaziele zu beschleunigen.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Forschungspartner haben das Ziel, zum Abschluss der Studie einen Demonstrator technisch umzusetzen. Mit diesem soll das Potenzial von nachgiebigen Mechanismen basierend auf faserverst\u00e4rkten Kunststoffen f\u00fcr die Bewegungs\u00fcbertragung aufzeigt werden. Am Beispiel der Photovoltaik soll gezeigt werden, dass sich solche Bauteile funktionalisieren lassen und durch die stufenlose Regelbarkeit ein Mehrwert f\u00fcr die technische Anwendung generiert werden kann. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Um das Potenzial der vorgeschlagenen L\u00f6sung als adaptive, der Sonne nachgef\u00fchrte Fassade zu demonstrieren, wurde ein voll beweglicher Demonstrator gebaut. Bei diesem Demonstrator handelt es sich um eine Abstraktion des Entwurfs einer S\u00fcdfassade, die mit achteckigen, 1-achsig nachgef\u00fchrten Solarmodulen bedeckt ist, die sich um bis zu 160\u00b0 biegen k\u00f6nnen. In ihrem urspr\u00fcnglichen, nicht aktuierten (Kissen nicht mit Druckluft beaufschlagt) Zustand stehen die Module senkrecht (90\u00b0) zur Glasfassade und k\u00f6nnen (aktuiert) um +80\u00b0 nach links oder -80\u00b0 nach rechts gebogen werden.<\/p>\n
Solare Nachf\u00fchrung
\nEs wurden vier St\u00e4dte in verschiedenen Breitengraden ausgew\u00e4hlt, um die einfallende Sonneneinstrahlung auf fest installierte Oberfl\u00e4chen in verschiedenen Ausrichtungen und auf Oberfl\u00e4chen mit einer 1- und 2-Achsen-Nachf\u00fchrung zu analysieren. Das Potenzial der Solarnachf\u00fchrung mit einer 1-achsigen Nachf\u00fchrung auf einer vertikalen Fl\u00e4che, die der Sonne den ganzen Tag \u00fcber folgt, sowie mit einer 2-Achsen-Nachf\u00fchrung f\u00fcr eine jahreszeitlich-t\u00e4gliche Nachf\u00fchrung wurde aufgezeigt. An Orten oberhalb des \u00c4quators w\u00fcrden Module mit 1-achsiger Nachf\u00fchrung genauso viel Energie liefern, wie ein festes Solarmodul auf einer horizontalen Fl\u00e4che. Dies ist vor allem in st\u00e4dtischen Gebieten von Vorteil, in denen vertikale Fl\u00e4chen (Fassaden) vorherrschen. Ein 2-achsig nachgef\u00fchrtes Modul w\u00fcrde einen h\u00f6heren Ertrag an Solarenergie liefern. In diesem Fall w\u00e4ren die Module nicht mehr parallel zu den vertikalen Fl\u00e4chen (Fassaden) und die Neigung der Paneele w\u00fcrde die Komplexit\u00e4t der Konstruktion und eine m\u00f6gliche \u00dcberschattung der Module erh\u00f6hen.<\/p>\n
Aktuator
\nF\u00fcr das Tracking der Sonneneinstrahlung\/Maximierung des PV-Ertrags einer Fassade sind in der Studie \u201e3DSunTrack\u201c Elemente aus Faserverbundkunststoff vorgesehen, deren Oberfl\u00e4che mit D\u00fcnnschicht-Photovoltaik funktionalisiert wird. Im FVK sind Gelenkzonen integriert, \u00fcber die sich die Verformung einstellen l\u00e4sst. Die Bewegung selbst wird durch in die Gelenkbereiche integrierte pneumatische Kissen ausgel\u00f6st. Die Kissen sind asymmetrisch \u2013 mit Blick auf die Steifigkeitsverteilung im FVK ober- und unterhalb eines Kissens \u2013 in den Lagenaufbau des Faserverbundkunststoffs integriert. Hierdurch kann sich das Kissen st\u00e4rker in eine Richtung ausdehnen und eine Verformung des FVK hervorrufen. Bisherige Untersuchungen der beteiligten Institute beschr\u00e4nkten sich auf zweidimensionale Verformungen eines FVK durch die pneumatische Aktuierung eines Kissens im Faserverbundwerkstoff, bzw. die Verformung um mehr als 90\u00b0 in eine Richtung durch die Implementierung mehrerer nebeneinander liegender Kissen. In der Studie wurden Aufbauten mit zwei Kissen in verschiedenen Laminatebenen untersucht.<\/p>\n
Faserverbund
\nInnerhalb der Studie \u201e3DSunTrack\u201c wurden, aufbauend auf den bisherigen Arbeiten des ITFT, verschiedene Materialien f\u00fcr die technische Umsetzung von dreidimensional verformbaren Faserverbundkunststoffen in Betracht gezogen. Hierzu geh\u00f6ren duro- und thermoplastische Materialsysteme. Entsprechend vorangegangener Arbeiten zur Integration eines Kissens in den FVK, wurde das Kissen zwischen zwei Elastomeren Schichten integriert. Hierzu wird durch einen Teflonstreifen (b=100 mm) eine Hohlkammer im FVK erzeugt, in die das Kissen nachtr\u00e4glich eingeschoben wird. In dieser Studie wurde die Integration von zwei Kissenkammern mit einer theoretisch resultierenden Bewegung um bis zu 180\u00b0 Biegewinkel f\u00fcr die Solar-Nachf\u00fchrung untersucht. Der resultierende Biegewinkel betr\u00e4gt theoretisch 90\u00b0 je Richtung, jedoch ist die Stabilit\u00e4t des Gesamtaufbaus\/die Bewegungskontrolle erheblich reduziert. Dar\u00fcber hinaus behindert die im Kissen verbleibende Luft nach der Aktuierung in die eine Richtung die Verformung in die andere Richtung. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde eine Versuchsreihe durchgef\u00fchrt, bei der die Kissen nebeneinander als auch \u00fcberlappend im Laminataufbau integriert wurden. Der Aktuierungsbereich wird durch die Platzierung der Kissen nebeneinander deutlich vergr\u00f6\u00dfert und die Bewegung verbessert.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Resultate und Erkenntnisse flie\u00dfen in die Lehre an der Hochschule Reutlingen und der Universit\u00e4t Stuttgart mit ein.
\nzwei Ver\u00f6ffentlichungen\/Paper in Planung<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Innerhalb der Studie \u201e3DSunTrack\u201c konnte in 1,5 Jahren interdisziplin\u00e4rer Forschungs- und Entwicklungsarbeit ein Demonstrator entwickelt werden. Dieser zeigt zum einen das Potenzial adaptiver FVKs f\u00fcr die technische Umsetzung nachgiebiger Mechanismen, zum anderen aber auch das Potenzial der Energiegewinnung aus Fassaden. Bisher werden Glasfassaden ausschlie\u00dflich verschattet, um Energie f\u00fcr die Klimatisierung der Geb\u00e4ude einzusparen. \u2013 mit dem Ansatz der Oberfl\u00e4chenfunktionalisierung von Verschattungssystemen durch D\u00fcnnschicht-Photovoltaik kann allerdings parallel sogar Energie gewonnen werden. Die Entwicklungsarbeit zeigt dar\u00fcber hinaus, dass auch komplexe Nachf\u00fchrungen, wie sie f\u00fcr den bestm\u00f6glichen Energiegewinn notwendig sind, durch nachgiebige Mechanismen bzw. adaptive FVK umgesetzt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Ziel der beantragten Studie ist die Entwicklung neuer Materialsysteme und Bewegungsmechanismen f\u00fcr dreidimensionale Bewegungsapparate von nachgef\u00fchrten Solarpanels durch interdisziplin\u00e4re Forschung von Bauingenieuren, Architekten und Materialwissenschaftlern. Im Allgemeinen sind in beweglichen technischen Systemen Antrieb und Lagerung getrennte Funktionen. Die dabei verwendeten Scharniere und Kugellagerhalterungen sind st\u00f6ranf\u00e4llig und wartungsintensiv. Innerhalb der Studie […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[56,47,51,52,53],"class_list":["post-27681","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-baden-wuerttemberg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"37732\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"","dbu_projektdatenbank_bsumme":"124.686,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Deutsche Institute f\u00fcr Textil- und Faserforschung\nDenkendorf (DITF), Stiftung des \u00f6ffentlichen Rechts","dbu_projektdatenbank_strasse":"K\u00f6rschtalstr. 26","dbu_projektdatenbank_plz_str":"73770","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Denkendorf","dbu_projektdatenbank_p_von":"2021-09-28 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2023-03-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"1 Jahr und 6 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"+497119340164","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Baden-W\u00fcrttemberg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"168","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-37732_01-Hauptbericht.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27681","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27681\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":40684,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/27681\/revisions\/40684"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=27681"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=27681"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=27681"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}