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Photovoltaik
Organische Photovoltaik für einen energieeffizienten Gebäudebetrieb
Im kürzlich gestarteten Projekt RetrO-PV entwickeln Forschende organische Photovoltaikmodule, die Energie für Sensoren in Bestandsgebäuden liefern. Ziel des Projekts ist, die Effizienz der Module zu steigern und damit die Leistung der durch sie betriebenen Gebäudesensoren zu erhöhen. So sollen der Gebäudebetrieb durch eine optimierte Datenerfassung effizienter gestaltet und CO₂-Emissionen reduziert werden.
Laut Umweltbundesamt versursacht der Betrieb von Gebäuden in Deutschland jeweils in etwa ein Drittel des Endenergieverbrauchs und der CO₂-Emissionen. Die Emissionen entstehen während des Gebäudebetriebs insbesondere beim Heizen. Um den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen zu reduzieren, eignen sich intelligent vernetze und gesteuerte Anlagen innerhalb eines Gebäudes – so soll Gebäudeautomation die Energieeffizienz unter anderem für Heizung, Klimatisierung, Lüftung und Beleuchtung optimieren. Hierzu spielt die digitalisierte Raumdatenerfassung eine wichtige Rolle. Bei den dafür hauptsächlich in Innenräumen benötigten Sensoren setzt das Forschungsprojekt RetrO-PV an. Als Verbundpartner arbeiten im Projekt das auf Sensorik-Entwicklungen spezialisierte Unternehmen Enerthing, das Fraunhofer ISE sowie das Freiburger Materialforschungszentrum der Universität Freiburg zusammen.
Mit organischer Photovoltaik betriebene Sensoren digitalisieren Bestandsgebäude
Den Gebäudebestand mit konventionellen Sensoren in intelligent gesteuerte Gebäude zu verwandeln, stellt aufgrund der aufwändigen Installation mit kabelgebundener Stromversorgung oder der Wartung und begrenzten Leistung bei batteriebetriebenen Geräten eine Herausforderung dar. Die Sensoren müssen über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügen, damit die notwendigen Daten – wie beispielsweise Temperatur, Luftfeuchte und Luftqualität in Innenräumen – mit der erforderlichen Mess- und Sendehäufigkeit bereitgestellt werden können. Das Forschungsteam des Projekts RetrO-PV untersucht deshalb, wie Sensoren autark und wartungsfrei über 15 Jahre mit ausreichend Energie versorgt werden und so zu einer effizienteren, skalierbaren Digitalisierung von Bestandsgebäuden beitragen können.
Hierzu nutzen die Forschenden Tages- und Kunstlicht, das die größte verfügbare Energiequelle in Innenräumen darstellt, und greifen dabei auf die besonderen Eigenschaften organischer Photovoltaik (OPV) zurück. Denn durch den Einsatz dieser Technologie kann energieautarke Sensorik in Innenräumen zielführend mit Strom versorgt werden: Die in der OPV genutzten organischen Halbleitermaterialien sind gut an das künstliche Lichtspektrum anpassbar. Darüber hinaus weisen sie auch bei geringen Lichtstärken noch eine hohe Effizienz auf. So können mit OPV ausgestatte Geräte – bei gleicher photovoltaisch aktiver Fläche – mehr Messdaten aufnehmen und senden als andere. Ein zusätzliches Argument ist die durch mehr verfügbare Energie potenziell realisierbare höhere Rechenleistung. Diese kann genutzt werden, um Daten bereits auf dem Gerät umfangreicher zu verarbeiten oder an eine Cloud zu übermitteln. Unter diesen speziellen Bedingungen in Räumen bietet OPV bereits heute eine effizientere Alternative als in der Photovoltaik üblicherweise eingesetzte anorganische Materialien (wie amorphes und kristallines Silizium).
Innenraum-Photovoltaik für energieautarke Sensorik
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Im Vorhaben RetrO-PV entwickeln die Projektpartner die für den beschriebenen Anwendungsfall benötigten, hocheffizienten organischen Photovoltaikmodule. Mit diesen wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue energieautarke Sensorik-Anwendungen für den Gebäudebestand erschließen und die Qualität der erfassten Daten steigern. Die Projektpartner bilden dabei den gesamten Entwicklungsprozess ab: Sie wählen geeignete neue Halbleitermaterialien aus, entwickeln daraus den Aufbau des OPV-Moduls und betrachten den Herstellungsprozess bis zur finalen Integration der OPV in den Sensorik-Geräten. Die Forschenden wollen ihre Ergebnisse zum Projektende demonstrieren, indem sie die entwickelten Sensorik-Geräte in einem Bestandsgebäude installieren. (av)
