Das Ziel der Studie „3DSunTrack“ ist die Analyse der möglichen dreidimensionalen Verformung von Faserverbundkunststoffen (FVK) mit dem Ziel des Einsatzes in Bewegungsapparaten basierend auf nachgiebigen Mechanismen. Gleichzeitig sollen durch solare Nachführung von Photovoltaik (PV) Möglichkeiten für eine höhere Energie-ausbeute bzw. neue Ideen für die Optimierung der Energiegewinnung aufgezeigt werden. Anwendungsbeispiel ist die bisher nicht zur Energiegewinnung genutzte Fassadenfläche.
Durch Simulationen im Projekt konnte gezeigt werden, dass sich der Solarertrag einer Fassade durch eine zweiachsige Nachführung im Vergleich zu einem statischen Modul bzw. der einachsigen Nachführung erheblich gesteigert werden kann. Die im Rahmen dieser Studie geleistete Arbeit ist allerdings nur der Anfang einer umfassenden Forschung über Solar-Nachführsysteme für die Energiegewinnung in der Architektur. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für künftige Forschung auf diesem Gebiet, da bspw. weitere Tests insbesondere in Bezug auf die PV-Leistung in verschiedenen Szenarien über einen längeren Zeitraum durchgeführt werden müssen, um die reale PV-Leistung mit den Simulationsergebnissen vergleichen zu können.
In der 1,5-jährigen Studie konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass sich Faserverbundkunststoffe für die technische Umsetzung von nachgiebigen Mechanismen mit dem Potenzial für dreidimensionale Verformung eignen. Innerhalb von Versuchsreihen, bei denen unterschiedliche Materialaufbauten und Anordnung der Aktuatoren realisiert und der Biegewinkel bei zweidimensionaler Verformung gemessen wurde, konnte bewiesen werden, dass sich durch genannte Faktoren der Verbrauch des pneumatischen Luftdrucks reduzieren und somit die Energieeffizienz adaptiver FVK-Systeme steigern lässt. In diesem Zusammenhang wurde auch eine neue Anordnung der Aktuatoren etabliert, die eine Verformung der Elemente in beide Richtungen um bis zu 80°, dementsprechend eine rotatorische Bewegung um 160° erlaubt.
Projektlaufzeit
September 2021 – März 2023
Projektteam
DITF Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf
Prof. Dr.-Ing. Markus Milwich, Patrick Kaiser
ITFT Institut für Textil- und Fasertechnologien
Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Götz T. Gresser, Dr.-Ing. Larissa Born
ITKE Institut für Tragkonstruktionen und Konstruktives Entwerfen
Universität Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Jan Knippers, Edith Anahi González, Axel Körner
Veröffentlichungen im Rahmen dieses Projektes
Born L, González San Martín EA, Ridder M, Körner AH, Knippers J, Gresser GT (2024) FlectoSol – A pneumatically activable PV-functionalized façade shading module with bending motion in two directions for solar tracking. DIBE 18:100372. https://doi.org/10.1016/j.dibe.2024.100372
Förderung
Diese Forschung wurde von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt im Rahmen der Studie „3DSunTrack – Studie zur Entwicklung von dreidimensional vorformbaren Faserverbunden mit dem Anwendungsziel eines nachgeführten Solarmoduls“ [Förderkennzeichen 37732/01 24/2] gefördert.
Ansprechpartner
Larissa Born
Dr.-Ing.Stellvertretende Institutsleitung