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Matrix Schindeltechnologie für die Zukunft der Photovoltaik

Das Teilprojekt 'Entwicklung Matrix-Schindel-Stringer Technologie' der Zahoransky AG befasst sich mit der gezielten Weiterentwicklung des Industrie-Stringers für die Matrix-Schindeltechnologie. Durch eine konsequente Kostensenkung soll das Maschinenkonzept endgültig wettbewerbsfähig werden. Unter Anwendung modernster Entwicklungsmethoden, wie z.B. dem Einsatz eines digitalen Zwillings, soll ein Baukasten entwickelt werden, der die Maschinen von einer sehr niedrigen Ausbringungsmenge und Invest bis zur Hochdurchsatzanlage abdecken soll. Neben der konstruktiven Entwicklung wird die dazugehörige Steuerungssoftware entwickelt, welche am digitalen Zwilling abgeprüft und in Betrieb genommen wird. Der digitale Zwilling erlaubt ebenso die Prozessabläufe, wie auch Parameteroptimierungen. Final wird die Maschine digital funktionsfähig abgebildet und in der Form bestellfähig sein. Die hohe Flexibilität der Basismaschine zur Zellverbindung erfordert Maschinenrüstzeiten, die zu Stillstandzeiten führen. Ein zu entwickelnder Produktkonfigurator soll es dem Maschineneinrichter ermöglichen Modullayouts/Produktrezepturen maschinenunabhängig (offline) zu erstellen und diese dann auf die Maschinensteuerung übertragen zu können und somit Maschinenrüstzeiten zu vermeiden. Für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) wird dies der erste Schritt in die Massenproduktion bedeuten. Darüber hinaus wird die Zahoransky AG eine Anlage für die automatisierte Anschlussdosenkontaktierung in ihrer Basisversion beschaffen und aufbauen, um dem Projektpartner M10 Industries AG diese für die Modifikation zur Verfügung stellen. Diese wird sowohl für die Weiterentwicklung der realen Maschine als auch deren digitalen Zwilling benötigt. In Kombination mit dem Produktkonfigurator und des modularen Maschinenkonzepts der vorgelagerten Basismaschine zur Zellverbindung wird dies zukünftig maßgebliche Wettbewerbsvorteile für die Modulhersteller generieren.

Matrix Schindeltechnologie für die Zukunft der Photovoltaik, Teilvorhaben: Entwicklung Matrix-Schindel-Stringer Technologie

Das Teilprojekt 'Entwicklung Matrix-Schindel-Stringer Technologie' der Zahoransky AG befasst sich mit der gezielten Weiterentwicklung des Industrie-Stringers für die Matrix-Schindeltechnologie. Durch eine konsequente Kostensenkung soll das Maschinenkonzept endgültig wettbewerbsfähig werden. Unter Anwendung modernster Entwicklungsmethoden, wie z.B. dem Einsatz eines digitalen Zwillings, soll ein Baukasten entwickelt werden, der die Maschinen von einer sehr niedrigen Ausbringungsmenge und Invest bis zur Hochdurchsatzanlage abdecken soll. Neben der konstruktiven Entwicklung wird die dazugehörige Steuerungssoftware entwickelt, welche am digitalen Zwilling abgeprüft und in Betrieb genommen wird. Der digitale Zwilling erlaubt ebenso die Prozessabläufe, wie auch Parameteroptimierungen. Final wird die Maschine digital funktionsfähig abgebildet und in der Form bestellfähig sein. Die hohe Flexibilität der Basismaschine zur Zellverbindung erfordert Maschinenrüstzeiten, die zu Stillstandzeiten führen. Ein zu entwickelnder Produktkonfigurator soll es dem Maschineneinrichter ermöglichen Modullayouts/Produktrezepturen maschinenunabhängig (offline) zu erstellen und diese dann auf die Maschinensteuerung übertragen zu können und somit Maschinenrüstzeiten zu vermeiden. Für die gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV) wird dies der erste Schritt in die Massenproduktion bedeuten. Darüber hinaus wird die Zahoransky AG eine Anlage für die automatisierte Anschlussdosenkontaktierung in ihrer Basisversion beschaffen und aufbauen, um dem Projektpartner M10 Industries AG diese für die Modifikation zur Verfügung stellen. Diese wird sowohl für die Weiterentwicklung der realen Maschine als auch deren digitalen Zwilling benötigt. In Kombination mit dem Produktkonfigurator und des modularen Maschinenkonzepts der vorgelagerten Basismaschine zur Zellverbindung wird dies zukünftig maßgebliche Wettbewerbsvorteile für die Modulhersteller generieren.

Solar-aktivierte Profilbaugläser zur Strom- und Wärmeerzeugung: Entwicklung und Bewertung im Gebäude, Teilvorhaben: Prozess Optimierung Stringer/Layup/Busing und Umsetzung in (Teil) automatisierte Anlagen

Digitale Planung und automatisierte Produktion von Gebäude-integrierter Photovoltaik, Teilvorhaben: Optimierte Auslegung und Produktion von gebäudeintegrierten PV-Modulen durch den Einsatz von digitalen Zwillingen und Raytracing-Berechnungen

Das Ziel des Projektes DIGI-PV ist die Reduktion von Hemmnissen für einen großflächigen Einsatz der PV-Technologie zur Erschließung von Fassadenflächen für die energetische Nutzung, mit Fokus auf Bestandsgebäuden. Die Hemmnisse bestehen hier aktuell in aufwändigen Planungsprozessen für die BIPV-Fassade, sowie in der nicht-automatisierten und somit kostenintensiven Herstellung von BIPV-Modulen. Hierfür werden automatisierte Prozesse und Werkzeuge entwickelt, die Planende, Produzierende und Nutzende befähigen, effiziente und kostengünstige Prozesse umzusetzen und entlang mehrerer Phasen der Produktlebensdauer zu unterstützen. Es werden Methoden für eine hochautomatisierte Erfassung, Digitalisierung, Klassifizierung und Strukturierung von Gebäudeoberflächen im Bestand entwickelt und in einen digitalen Zwilling des Gebäudes überführt. Gleichzeitig werden Konzepte für einen digitalen Zwilling des Prozesses auf Grundlage der Prozess- und Produktparameter erarbeitet. Auf Basis der digitalen Zwillinge werden anschließend Verfahren für die automatisierte Auslegung von BIPV-Modulen für eine optimale Nutzung der Gebäudeoberfläche entwickelt und Konzepte zur Ableitung der automatisierten Produktionsplanung erstellt. Die beteiligten Institute der Leibniz Universität Hannover forschen in diesem Teilvorhaben neben der optimierten Positionierung und Verschaltung von PV-Modulen auf Fassadeflächen auf Grundlage von Raytracing-Berechnungen. Außerdem forschen sie an Verfahren zur automatisierten Produktion sowie Konzepten der nachhaltigen Produktion von PV-Fassadenelementen.

Solar-aktivierte Profilbaugläser zur Strom- und Wärmeerzeugung: Entwicklung und Bewertung im Gebäude, Teilvorhaben: Entwicklung und wirtschaftliche Beurteilung PV aktivierter Profilbaugläser

Aluminium-Fassadenelemente mit integrierten Photovoltaikmodulen für architektonische Solarfassaden, Teilvorhaben: Konstruktive Integration von BIPV-Elementen in vorgehängte hinterlüftete Fassaden und ihre Zulassung

Im Vorhaben AluPV werden langfristige Fragestellungen der bautechnischen Produktionstechnologie, neue Fertigungsverfahren und Materialkombination durch Verschränkung von Baustoffwirtschaft, Bereich Metall- und Fassadenbau, dem Energiesektor und dem Bereich Photovoltaikindustrie, adressiert. Dazu wird ein innovatives modulares Fassadensystem aus PV- und Designelementen für ästhetisch ansprechende, energieerzeugende Fassaden entwickelt, gekennzeichnet durch eine vereinfachte Installation in die Gebäudehülle und zum Anschluss an Gebäudeenergiesysteme. Dabei liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Lösungen und Funktionsintegration für die konstruktive und elektrischen Anschluss- und Verbindungstechnik durch integrierte Aufhängung im Aluminiumprofil, angepasste Unterkonstruktion und integrierter Modul-wechselrichter. Beanspruchungsanalysen, Durchführung von Feld- und Ertragstests und notwendigen Charakterisierungs- und Prüfmethoden zu Material- und Bauteilbewertung auf Seite der Photovoltaik und im Kontext BIM & Zulassung begleiten diese Arbeiten. Abschluss findet das Projekt mit einem Demonstratoraufbau und einer Wirtschaftlichkeitsanalyse zur Verifikation der Untersuchungsergebnisse und Demonstration einer anwendungsnahen Umsetzung. Das angestrebte modulare System bietet große Chancen mit ästhetisch ansprechenden Produkten zur Beschleunigung des Solarenergieausbaus insbesondere im urbanen Raum beizutragen und das Potential der gebäudeintegrierten Solarintegration aus seiner Nische heraus zu holen. Die technischen Erarbeitung der erforderlichen Kennwerte zur Berechnung der aus Temperatur, Eis, Eigengewicht und Wind entstehenden mechanischen Einwirkungen auf die Elemente und den Lastabtrag über eine Unterkonstruktion an den Verankerungsgrund und den hieraus zu definierenden Annahmen und Prüfkonzepte zur Erlangung von Zulassungen und ETA’s wird im Verlauf des Projektes erarbeitet. Die Erstellung von BIM Daten und CAD Bearbeitung erfolgt ebenso im Projektverlauf.

Prosumenten-Lösungen für denkmalgeschützte Gebäude auf Basis von BIPV, Teilvorhaben: Entwicklung von maßgeschneiderten MorphoColor-Farbschichten, BIPV-Systemen und digitalen Werkzeugen

Solar-aktivierte Profilbaugläser zur Strom- und Wärmeerzeugung: Entwicklung und Bewertung im Gebäude, Teilvorhaben: Rahmensystem und Gebäudeintegration

Aluminium-Fassadenelemente mit integrierten Photovoltaikmodulen für architektonische Solarfassaden, Teilvorhaben: Mikro-Wechselrichter für eine schnelle und einfache Integration von BIPV-Elementen und ihr sicherer Betrieb

Im Vorhaben AluPV werden langfristige Fragestellungen der bautechnischen Produktionstechnologie, neue Fertigungsverfahren und Materialkombination durch Verschränkung von Baustoffwirtschaft, Bereich Metall- und Fassadenbau, dem Energiesektor und dem Bereich Photovoltaikindustrie, adressiert. Dazu wird ein innovatives modulares Fassadensystem aus PV- und Designelementen für ästhetisch ansprechende, energieerzeugende Fassaden entwickelt, gekennzeichnet durch eine vereinfachte Installation in die Gebäudehülle und zum Anschluss an Gebäudeenergiesysteme. Dabei liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Lösungen und Funktionsintegration für die konstruktive und elektrischen Anschluss- und Verbindungstechnik durch integrierte Aufhängung im Aluminiumprofil, angepasste Unterkonstruktion und integrierter Modulwechselrichter. Beanspruchungsanalysen, Durchführung von Feld- und Ertragstests und notwendigen Charakterisierungs- und Prüfmethoden zu Material- und Bauteilbewertung auf Seite der Photovoltaik und im Kontext BIM & Zulassung begleiten diese Arbeiten. Abschluss findet das Projekt mit einem Demonstratoraufbau und einer Wirtschaftlichkeitsanalyse zur Verifikation der Untersuchungsergebnisse und Demonstration einer anwendungsnahen Umsetzung. Das angestrebte modulare System bietet große Chancen mit ästhetisch ansprechenden Produkten zur Beschleunigung des Solarenergieausbaus insbesondere im urbanen Raum beizutragen und das Potential der gebäudeintegrierten Solarintegration aus seiner Nische heraus zu holen. Im Solarnative Teilprojekt werden Mikro-Wechselrichter entwickelt, die in ihren elektrischen Kenngrößen auf die Photovoltaik Fassadenelemente angepasst sind. Die Mikro-Wechselrichter werden in die Fassade integriert. Sie sollen einfach zu installieren sein und einen sicheren Betrieb der Photovoltaikanlage ermöglichen. Über ein spezielles Datenmonitoring System wird die Anlage überwacht.

Aluminium-Fassadenelemente mit integrierten Photovoltaikmodulen für architektonische Solarfassaden

Im Vorhaben AluPV werden langfristige Fragestellungen der bautechnischen Produktionstechnologie, neue Fertigungsverfahren und Materialkombination durch Verschränkung von Baustoffwirtschaft, Bereich Metall- und Fassadenbau, dem Energiesektor und dem Bereich Photovoltaikindustrie, adressiert. Dazu wird ein innovatives modulares Fassadensystem aus PV- und Designelementen für ästhetisch ansprechende, energieerzeugende Fassaden entwickelt, gekennzeichnet durch eine vereinfachte Installation in die Gebäudehülle und zum Anschluss an Gebäudeenergiesysteme. Dabei liegt der Fokus auf der Erarbeitung von Lösungen und Funktionsintegration für die konstruktive und elektrischen Anschluss- und Verbindungstechnik durch integrierte Aufhängung im Aluminiumprofil, angepasste Unterkonstruktion und integrierter Modulwechselrichter. Beanspruchungsanalysen, Durchführung von Feld- und Ertragstests und notwendigen Charakterisierungs- und Prüfmethoden zu Material- und Bauteilbewertung auf Seite der Photovoltaik und im Kontext BIM & Zulassung begleiten diese Arbeiten. Abschluss findet das Projekt mit einem Demonstratoraufbau und einer Wirtschaftlichkeitsanalyse zur Verifikation der Untersuchungsergebnisse und Demonstration einer anwendungsnahen Umsetzung. Das angestrebte modulare System bietet große Chancen mit ästhetisch ansprechenden Produkten zur Beschleunigung des Solarenergieausbaus insbesondere im urbanen Raum beizutragen und das Potential der gebäudeintegrierten Solarintegration aus seiner Nische heraus zu holen. Der Schwerpunkt am ISFH liegt auf der Entwicklung von industrietauglichen Fertigungsverfahren von PV-Modulen auf Al-Bauteilen, die Untersuchung der Langzeitstabilität, Erarbeitung von verschattungstoleranten Verschaltungskonzepten sowie der Bestimmung der PV-Erträge und Systembewertungen für komplexe Integrationssituationen.

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