PowerShade - Entwicklung strom­generierender Beschattungslösungen für energieflexible Gebäude im urbanen Raum

Durch die steigende Urbanisierung in Österreich kommt es zu Herausforderungen für die ehrgeizigen Klima- und Energieziele des Landes, insbesondere für die Zielsetzung einer 100%igen erneuerbaren Stromerzeugung bis 2030. Die herkömmlichen Photovoltaik-Aufdachanlagen allein reichen oft nicht aus, um den steigenden Strombedarf in den städtischen Gebieten zu decken. Daher sind innovative Lösungen erforderlich. Der Urban-Heat-Island-Effekt verstärkt die Auswirkungen des Klimawandels, insbesondere Hitzewellen, in den urbanen Gebieten. Dies führt zu einem erhöhten Energiebedarf für die Klimatisierung der Gebäude. Sonnenschutzmodule gewinnen daher zunehmend an Bedeutung, da sie nicht nur Strom erzeugen, sondern auch den Kühlbedarf durch Beschattung reduzieren können.

Eine vielversprechende Lösung besteht in der Kombination von intelligent gesteuerten Beschattungsanlagen und flexibler Photovoltaiktechnologie. Durch intelligente Regelungstechniken und den Einsatz künstlicher Intelligenz können diese Systeme die Energieflexibilität von Gebäuden im städtischen Raum steigern und den erzeugten Strom effizient nutzen. Winkelverstellbare Jalousien bieten hierbei in Kombination mit Dünnschicht-Modulen eine Grundlage für die Kopplung dieser Technologien. Intelligente gesteuerte Beschattungsanlagen spielen eine zentrale Rolle, um Überhitzung zu vermeiden, solare Gewinne zu nutzen und den Nutzer:innen eine komfortable Umgebung zu bieten.

Durch die korrekte Auslegung und Auswahl von unterschiedlichen Photovoltaik-Systemen, ist es möglich, Photovoltaik kostengünstig in handelsübliche Sonnenschutzsysteme zu integrieren. Intelligente Steuerungstechniken und Modellierungen ermöglichen die Optimierung solcher PV-Beschattungssysteme für energieflexible Gebäude in urbanen Umgebungen, wodurch die Nachfrage nach Strom gedeckt, der Klimawandel bekämpft und eine nachhaltige Zukunft geschaffen werden kann. Diese Optimierung kann über die Kopplung von künstlicher Intelligenz durchgeführt werden um sich flexibel an die geforderten Szenarien wie Reduktion des Kühlbedarfes, Erhöhung der Lichtausbeute oder Erhöhung der PV-Effizienz anpassen zu können.

Im Projekt PowerShade wurden die Möglichkeiten und Grenzen der Implementierung ermittelt und der Einsatz von KI-gesteuerten Beschattungslösungen mit integrierter Photovoltaik ermittelt. Zur Auswahl eines geeigneten Modules wurden Messungen im Labormaßstab durchgeführt und die Module auf deren Effizienzverhalten in Bezug auf Temperatur- und Winkelabhängigkeit ermittelt. Durch eine Simulation sowie deren Validierung konnte ein künstliches Neuronales Netz entwickelt werden, welches auf Basis der Kühllast sowie der PV-Produktion einen optimalen Stellwinkel der Verschattung ermittelte. Die Implementierung der Steuerung bewirkte eine Effizienzsteigerung der PV um 0,9% im Gegensatz zur Cut-Off-Steuerung sowie eine Reduktion des Kühlbedarfes um knapp 40%. Um die Auswirkung der Implementierung ebenfalls für Nutzer:innen zu bewerten, wurde eine Aufzeichnung von Messdaten durchgeführt, in welcher die Steuerung die beiden Regelmethoden anwendete und die Nutzer:innen alle Auffälligkeiten dokumentierten. Somit konnte festgestellt werden, dass durch die Einbindung der künstlichen Intelligenz der Nutzer:innenkomfort während der Testphase erhöht werden konnte.

Die Implementierung der Photovoltaik auf die Sonnenschutzlamellen sowie eine Regelung über die Künstliche Intelligenz zeigte somit eine Steigerung der Effizienz und eine Steigerung des Wohlbefindens im Raum. Durch eine Implementierung von weiteren Parametern in die Steuerung wie beispielsweise die Blendung oder Tageslichteintrag, könnte die Steuerung erweitert und das System durch die künstliche Intelligenz optimiert werden.

Projektleitung

Fachhochschule Technikum Wien, Kompetenzfeld Renewable Energy Systems

Projekt- bzw. KooperationspartnerInnen

• HELLA Sonnen- und Wetterschutztechnik GmbH
• Institut für Computertechnik, TU Wien

Fachhochschule Technikum Wien
Kompetenzfeld Renewable Energy Systems
Kurt Leonhartsberger, MSc.
Standort ENERGYbase
Giefinggasse 6
A-1200 Wien
Tel.: +43 (664) 619 25 86
E-Mail: kurt.leonhartsberger@technikum-wien.at
Web: www.technikum-wien.at