Flexible Kunststoffe mit integrierter Optoelektronik überspannen Gebäude

| Redakteur: Hendrik Härter

Die Dachkonstrunktion des Dolce Vita in Lissabon besteht aus fünflagigen Folienkissen und bedecken eine Fläche von 200.000 m². Sie bestehen aus Ethylentetrafluorethylen = ETFE.
Die Dachkonstrunktion des Dolce Vita in Lissabon besteht aus fünflagigen Folienkissen und bedecken eine Fläche von 200.000 m². Sie bestehen aus Ethylentetrafluorethylen = ETFE. (Bild: Fraunhofer FEP)

Forscher arbeiten daran, optoelektronische Bauteile in Kunststoffe zu integrieren, um sie als Dach- und Fassadenelemente einzusetzen. Damit wäre eine intelligente Gebäudehülle denkbar.

Im Rahmen eines Forschungsprojektes wollen Wissenschaftler untersuchen, welche Techniken sich eignen, um transluzente (teildurchlässig) und transparente Dach- und Fassadenelemente herzustellen. In diesen integriert sind optoelektronische Bauelemente. Im Fokus stehen dabei ein schaltbarer Gesamtenergiedurchlassgrad, der sogenannte g-Wert, und die Integration flexibler Solarzellen.

Solarmodule sind bereits seit langem fester Bestandteil zahlreicher Gebäude. Etabliert haben sich auch ausgetüftelte Energiemanagementsysteme, die beispielsweise die Abwärme von Anlagen zum Heizen oder Kühlen nutzen.

Große lichtdurchlässige (transparente oder transluzente) Fassaden- und Dachelemente prägen immer stärker das Bild unserer Städte und sorgen durch viel Licht für einen angenehmen Aufenthalt in den Bauwerken. Der Werkstoff Glas ist dabei für den gewünschten Formenreichtum oft nicht flexibel genug und für große überspannte Flächen zu schwer.

Fluorpolymere Werkstoffe als Alternative zum Glas

Daher haben sich fluorpolymere Werkstoffe wie Ethylentetrafluorethylen = ETFE, nicht zuletzt wegen ihrer langen Lebensdauer und Witterungsbeständigkeit, als Alternative zum Glas in diesen Anwendungen bewährt. Als Beispiel sei hier das Dach des größten Einkaufszentrums Europas, das Dolce Vita in Lissabon, mit fünflagigen Folienkissen aus 200 000 m² ETFE genannt.

Im Gegensatz zu Glas sind Fluorpolymere in Beschichtungsprozessen schwierig zu verarbeiten. Aus diesem Grund konnten Membrandächer und -fassaden bisher nur sehr begrenzt mit energieeinsparenden Funktionen wie integrierten Solarmodulen oder einem schaltbaren Gesamtenergiedurchlassgrad ausgestattet werden. Membrandach- und Fassadenflächen einzusetzen, um den Energiehaushalt anzupassen und zu optimieren, war bisher nicht möglich.

Ein Konsortium aus neun Industrie- und Forschungspartnern möchte dies nun ändern und die Oberflächen von Membrandächer und Fassaden mit optoelektronischen Bauelementen so funktionalisieren, dass sie einerseits einen schaltbaren Gesamtenergiedurchlassgrad und zum anderen eine Energieerzeugung mit flexiblen Solarzellen ermöglichen.

Licht- und Wärmedurchlässigkeit elektrisch steuern

Der Verbundkoordinator, Dr. John Fahlteich, fasst das Vorhaben so zusammen: „Folienbasierte Dach- und Fassadenelemente sollen mit elektrochromen, schaltbaren Bauelementen ausgestattet werden. So kann die Licht- und Wärmedurchlässigkeit elektrisch gesteuert werden. Die Energie dafür stellen flexible, organische Solarzellen bereit. Wir möchten im Projekt FLEX-G Techniken entwickeln, die sowohl für flexible Membrandach- und Fassadenelemente, als auch für glasbasierte Systeme anwendbar sind.“

Um das zu erreichen, sollen erstmals Verfahren erforscht werden, mit denen das elektrochrome Bauelement direkt auf einer ETFE-Folie aufgebaut wird. Die Flexibilität der Folien ermöglicht es, das kostengünstige und produktive Rolle-zu-Rolle-Fertigungsverfahren einzusetzen.

Im Rahmen des dreijährigen Vorhabens ist ein 36 m² großer Membrandachprototyp geplant, der sowohl mit elektrochromen Bauelementen zur Schaltung des Gesamtenergiedurchlassgrades als auch mit flexiblen, organischen Solarzellen ausgestattet ist. Mit dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundprojekt wird die Integration von Bauelementen in uneben geformte Gebäudehüllen zur Energieeinsparung und -gewinnung erreicht und damit ein Beitrag zur Senkung des Primärenergiebedarfs geleistet. Damit wird auch das Ziel der Bundesregierung, bis 2050 den Primärenergiebedarf in Deutschland um 50 Prozent zu senken, Folge unterstützt.

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