Schematische Darstellung eines vorgefertigten Multifunktionssystem für Gebäudefassaden zur Energiegewinnung und Verschattung. Bild: © FraUAS
Im Projekt 3D-Solartextil erforscht das ITM der TU Dresden ein Plug-and-Play-Verschattungssystem für Photovoltaikmodule. Perspektivisch eröffnet sich für die Textilindustrie damit die Chance, vom Materiallieferanten zum Anbieter funktionaler Energiesysteme zu werden.
Mehrwert durch Multifunktionalität
Bei der bauwerkintegrierten Photovoltaik (BIPV) übernehmen Solarelemente zugleich klassische Gebäudefunktionen, etwa als Fassadenbekleidung oder Verschattung. Sie sind jedoch technisch anspruchsvoll: Module müssen befestigt, verdrahtet und geschützt sowie mit der Unterkonstruktion abgestimmt werden.
Das Forschungsprojekt 3D-Solartextil geht ganz neue Wege. Es setzt nicht bei der Solarzelle an, sondern beim System. Die Idee: Ein 3D-Textil soll Solarmodule tragen und verbinden, den Lichteinfall steuern, Schatten erzeugen und Befestigungspunkte für das Gebäude bereitstellen.
3D-Textilien X 3D-Druckelemente
Als Basis dienen Abstandsgewirke, die mit kontaktierbarer Ober- und Unterseite ausgestattet werden. Dazu werden leitfähige Garne bzw. Kabel während des Wirkprozesses zwischen oder in die Decklagen der 3D-Textilien integriert. Je nach Garnführung lassen sich Reihen- und Parallelschaltungen oder Kombinationen daraus umsetzen. Die Varianten werden simulationsgestützt und experimentell am ITM untersucht.
Punktuell aufgebrachte 3D-Druckelemente sollen Funktionsmodule elektrisch kontaktieren, mechanisch befestigen und das Textil an belasteten Stellen versteifen. Außerdem sollen 3D-Druckelemente zur Montage an einer Unterkonstruktion dienen.
Simulationsgestützte Entwicklung des 3D-Solartextils beim ITM.
Verschiedene Strukturansätze werden analysiert
Die Anforderungen an das 3D-Solartextil bestehen in einer definierten Lichtdurchlässigkeit bzw. Verschattungswirkung, der Integration der Verdrahtung und Kontaktierbarkeit sowie der 3D-Bedruckbarkeit mittels additiver Fertigung zur Arretierung der PV-Module und zur Befestigung der Elemente im Gebäudebereich.
Dafür werden zwei verschiedene Strukturansätze untersucht: zum einen eine elastische Struktur zum Aufdehnen und Thermofixieren (Reihe A, Gewirkebindung: Atlas-Netz) und zum anderen eine nicht elastische Struktur mit gezielten Öffnungen durch Fadeneinzug (Reihe B, Gewirkebindung: Franse-Teilschuss-Variation).
Weniger Montage, mehr Vorfertigung
Im Gegensatz zu konventionellen BIPV-Lösungen liegt der Nutzen der textilen Systemlösung vor allem darin, Arbeit von der Baustelle in die Produktion zu verlagern.
Das im Projekt angestrebte „Plug-and-Play“-Prinzip verspricht dagegen weniger Einzelteile und Schnittstellen, kürzere Montagezeiten, eine bessere Qualitätskontrolle und einen einfacheren Austausch von Modulen. Kleinmaßstäbliche Demonstratoren sollen Skalierbarkeit, Energieausbeute, Lichtdurchlässigkeit und Befestigungskonzepte untersuchen. Ziel ist es, Wirkprinzipien und Methoden zur vereinfachten Montage stromgenerierender Solarmodule mit Verschattung von Gebäudefassaden zu entwickeln. Eine weitgehend standardisierte Basis könnte später an unterschiedliche Modulgrößen, Fassadenraster und Anschlusspunkte angepasst werden.
Industrialisierungspotenzial für die Textilindustrie
Entlang der Wertschöpfungskette entstünden dabei neue Aufgaben. Für Textilhersteller könnte sich eine Form der Mass Customization zwischen Standardware und Einzelanfertigung etablieren. Die Textilien können in größeren Mengen gefertigt und anschließend individualisiert werden – unterstützt durch elektromechanische Netzwerkmodelle. Hersteller könnten Modulbelegungen, Garnverläufe und Schaltungstopologien zunächst virtuell vergleichen und etwa prüfen, wie sich Teilverschattung auf Strompfade auswirkt oder welche Kontaktpunkte mechanisch besonders beansprucht werden.
Das Projekt 3D-Solartextil wird durch das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR), Zukunft Bau, gefördert. Das ITM der TU Dresden agiert im Projekt als Forschungspartner der Frankfurt University of Applied Sciences.
Kontakt:
Dipl.-Ing. Anke Golla, ITM der TU Dresden