gwert-tracker – Neues Verfahren zur Outdoor-Charakterisierung von Fassadenkollektoren und BIPV

Outdoor-Vermessung aktiver Fassadenelemente in Originalgröße

Laufzeit: Oktober 2011 - September 2014
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
© Fraunhofer ISE
Abb. 1: OFREE-Prüfstand (Outdoor test Facility for Real-size building Envelope Elements) ohne Fassadenelement. Gut sichtbar ist die schwarze Kalorimeteroberfläche sowie die I-Träger des Trackers, auf denen das rechteckige Kalorimeter befestigt ist. Die Bewindungseinheit für den definierten äußeren Wärmeübergangskoeffizienten wird erst nach dem Fassadenelement montiert.

Bauwerksintegrierte Solarsysteme (BISS) nutzen die Sonne, um den Energiebedarf von Gebäuden anteilig oder sogar vollständig zu decken und so zu einer Minimierung des Verbrauchs an nicht-regenerativer Energie zu führen. Bei Nichtwohngebäuden mit großer Fassadenfläche werden für die Fassade Elemente vorgefertigt, die z. B. 3,5 m hoch und 1,5 m breit sein können. Auf der Baustelle werden diese Elemente dann nacheinander montiert. Der neue OFREE-Prüfstand (Outdoor test Facility for Real-size building Envelope Elements) ermöglicht die Vermessung solcher Fassadenelemente, sowohl hinsichtlich des Energiestroms von der Fassade nach innen als auch der photovoltaischen und solarthermischen Erträge.

Der neue Außen-Prüfstand (OFREE) kann Fassadenelemente bis zu einer Höhe von 3,77 m und einer Breite von 4 m vermessen, wodurch Original-Fassadenelemente verwendet werden können. Ein weiterer Vorteil des OFREE ist die Exposition des Prüflings mit natürlichem Sonnenlicht. Im Labor lässt sich keine quasi-homogene quasi-parallele Bestrahlung einer größeren Fläche realisieren. Dies ist aber besonders für winkelselektive Fassadenelemente wichtig. Mit dem neuen Prüfstand können somit die Werte für verschiedene Einfallswinkel sehr präzise, ohne störende divergente Strahlen vermessen werden.

Basis des neuen Prüfstands ist eine Sonnenstandsnachführungseinrichtung, auch »Tracker« genannt. Sie ist so stabil ausgelegt, dass Fassadenelemente bis zu einem Gewicht von 1,5 t vermessen werden können. Der Tracker kann unterschiedliche Winkel zur Sonneneinstrahlung anfahren und so viele verschiedene in der Realität auftretende Situationen nachbilden. Neben Fassadenelementen können natürlich auch Dachelemente vermessen werden. Auf dem Tracker ist ein Kalorimeter montiert. Dieses ersetzt den Innenraum und kann präzise auf eine Temperatur zwischen 15 °C und 70 °C eingestellt werden werden. Das Kalorimeter hat eine schwarze Oberfläche, um Solarstrahlung möglichst vollständig zu absorbieren, die durch das Fassadenelement transmittiert wird. Zusätzlich sind im Kalorimeter Wärmeflussplatten eingebaut, um den Energiestrom von der Fassade zum Kalorimeter zu messen. Damit können die Energieströme an komplexen multifunktionalen Fassaden unter realen Bedingungen bilanziert werden. Abb. 1 zeigt ein Foto des Prüfstands.

Der OFREE-Prüfstand kann bauwerksintegrierte Photovoltaik (BIPV), Solarthermie (BIST) und bauwerksintegrierte photovoltaisch- thermische Module (BIPVT) ebenso vermessen wie passive Fassadenelemente, transparente ebenso wie opake. Neben der quasi-stationären Messung des g-Werts (Gesamtenergiedurchlassgrad; Solar Heat Gain Coefficient SHGC) können durch dynamische Messungen auch sehr gut detaillierte physikalische Modelle validiert werden, mit denen das Verhalten der Fassade für andere Orte, Einbausituationen und Anwendungen simuliert werden kann.