Beweglicher Sonnenschutz
Shadovoltaic für die Tarek Bin Ziad School
Für die Tarek Bin Ziad School in Doha entwickelte Colt ein bewegliches Sonnenschutz-Schild mit integrierten Photovoltaiklamellen. Das System folgt der Fassade auf gebogenen Schienen und erzeugt den für Bewegung, Steuerung und Klimatisierung benötigten Strom selbst.
Beweglicher Sonnenschutz folgt der Fassade in Doha
Der Standort der Tarek Bin Ziad School stellte besondere Anforderungen an den außenliegenden Sonnenschutz. Aufgrund des Sonnenverlaufs in Doha konnte ein ausschließlich starr nach Süden orientiertes System die verfügbare Sonneneinstrahlung nicht über den gesamten Tagesverlauf sinnvoll nutzen. Colt entwickelte deshalb ein bewegliches Sonnenschutz-Schild, das sich entlang der Gebäudefassade verfahren lässt.
Das System läuft auf gebogenen Schienen, die dem Dachverlauf folgen. Diese Konstruktion überträgt sowohl das Eigengewicht als auch auftretende Windlasten des beweglichen Schildes in das Gebäude. Auf den Schienen befinden sich polygonale Lamellenrahmen, die über ein Rollensystem geführt werden.
Jedes Segment besteht aus einem 7,10 Meter hohen Stahlrahmen mit sechs Shadovoltaic-Glaslamellen. Als Trägersystem kam LS3 zum Einsatz. Die Oberseiten der Segmente sind zusätzlich mit 2 Millimeter starkem Aluminiumblech verkleidet.
Die Photovoltaikzellen sind direkt in die Glaslamellen integriert. Damit übernehmen die Elemente zwei Funktionen innerhalb derselben Konstruktion: Sie begrenzen den solaren Eintrag vor der Fassade und erzeugen gleichzeitig elektrische Energie.
Case History
Projekt: Tarek Bin Ziad School
Ort: Doha, Katar
Gebäudetyp: Schulgebäude
Anforderungsprofil: Beweglicher außenliegender Sonnenschutz
Lösung: Autarkes, fahrbares Sonnenschutz-Schild mit integrierten Photovoltaiklamellen
Produkt: Shadovoltaic
3.000-W-Antrieb bewegt das Sonnenschutz-Schild
Das gesamte Sonnenschutz-Schild bewegt sich auf einem Edelstahlschienensystem um das Gebäude. Für den Antrieb installierte Colt einen ZAE-Schneckengetriebemotor mit 3.000 Watt Leistung. Hochleistungsrollen führen die beweglichen Segmente auf den beiden Schienen.
Die klimatischen Bedingungen in Doha machten eine besondere Prüfung der Rollenkonstruktion erforderlich. Hohe Temperaturen können Werkstoffe, Lager und Rollflächen beeinflussen und dadurch Verformungen oder erhöhte Rollreibung verursachen.
Colt testete die eingesetzten Räder deshalb bereits vor der Installation unter erhöhter thermischer und mechanischer Belastung. Die Räder wurden auf 93 °C erwärmt und anschließend mit 1.200 Kilogramm belastet. Damit sollte überprüft werden, ob die Konstruktion den am Standort erwarteten Bedingungen standhält.
Das bewegliche System muss dabei nicht nur sein Eigengewicht tragen. Die Schienen und Lamellenrahmen sind auch so ausgelegt, dass Windlasten aus dem großflächigen Sonnenschutz in das Gebäude übertragen werden.
Die Bewegungsfunktion ist damit unmittelbar Bestandteil der Trag- und Fassadenkonstruktion. Fahrwerk, Schienen, Stahlrahmen, Lamellen und Antrieb mussten als zusammenhängendes System ausgelegt werden.
38 kWh pro Tag
Photovoltaik versorgt den Sonnenschutz selbst
Colt untersuchte den möglichen Energieertrag der Shadovoltaic-Lamellen unter den für Doha ungünstigen Einstrahlungsbedingungen.
Bereits die fünf Elemente, die dauerhaft der Sonne ausgesetzt sind, erzeugen laut Projektstudie rund 38 kWh elektrische Energie pro Tag. Die weiteren 25 Elemente stellen zusätzliche Energiereserven bereit.
Der erzeugte Strom wird für Bewegung, Steuerung und Klimatisierung des Sonnenschutzsystems genutzt. Dadurch arbeitet die Anlage als autarkes Energiesystem.
Autarke Energieversorgung schützt Steuerung und Speichertechnik
Batterien und Steuerung fahren gemeinsam mit dem Sonnenschutz-Schild entlang der Fassade. Aufgrund der hohen Außentemperaturen in Doha mussten diese Komponenten besonders geschützt werden.
Elektronik, Speichermedien und die in der Projektbeschreibung genannten ventilgeregelten Blei-Säure-Batterien befinden sich deshalb zusammen mit den Wechselrichtern in einer gedämmten und klimatisierten Technikbox. Auch die für diese Kühlung erforderliche elektrische Energie wird durch die Shadovoltaic-Anlage erzeugt.
Der Energiespeicher stellt außerdem Reserven für Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung bereit. Nach den Projektdaten reicht der gespeicherte Energiepuffer aus, um das System zweimal vollständig um das Gebäude zu bewegen.
Für die Steuerung kommt SolarTronic III zum Einsatz. Ein integriertes Modem ermöglicht die Remote-Überprüfung der Systemfunktionen und die Fernwartung der Elektronik. Dadurch können Betriebszustände kontrolliert und technische Funktionen aus der Ferne überprüft werden.
Damit verbindet das System mechanische Fassadenbewegung, Sonnenschutz, photovoltaische Stromerzeugung, Energiespeicherung und Steuerung innerhalb eines eigenständig versorgten Gesamtsystems.
Sonnenschutz mit Photovoltaik
Bewegliche PV-Fassaden mit Colt entwickeln
Colt verbindet bewegliche Sonnenschutzsysteme mit integrierter Photovoltaik, Antriebstechnik und Steuerung. Fassadengeometrie, Sonnenverlauf, Tragkonstruktion, Energiespeicher und Bewegungsablauf werden auf die jeweiligen Standortbedingungen abgestimmt.
FAQ
Welche Sonnenschutzlösung wurde an der Tarek Bin Ziad School eingesetzt?
Colt entwickelte ein fahrbares Sonnenschutz-Schild mit Shadovoltaik-Glaslamellen. Das System bewegt sich auf gebogenen Schienen entlang der Gebäudefassade. Jedes Segment besteht aus einem 7,10 Meter hohen Stahlrahmen mit sechs Photovoltaiklamellen und dem Trägersystem LS3.
Wie erzeugt das Sonnenschutzsystem seine eigene Energie?
Photovoltaikzellen sind direkt in die Shadovoltaik-Glaslamellen integriert. Laut den für Doha durchgeführten Untersuchungen erzeugen bereits fünf dauerhaft besonnte Elemente unter ungünstigen Bedingungen rund 38 kWh pro Tag. Weitere 25 Elemente liefern zusätzliche Energie. Der Strom wird unter anderem für Antrieb, Steuerung und Klimatisierung genutzt.
Wie wird das Sonnenschutz-Schild bewegt?
Das Schild läuft über Hochleistungsrollen auf zwei gebogenen Edelstahlschienen, die dem Gebäudeverlauf folgen. Ein ZAE-Schneckengetriebemotor mit 3.000 Watt Leistung übernimmt den Antrieb. Die Schienen übertragen sowohl Eigengewicht als auch Windlasten in die Gebäudekonstruktion.
Wie wurde die Konstruktion auf die hohen Temperaturen in Doha vorbereitet?
Colt prüfte die Rollen des Fahrwerks unter erhöhter Temperatur und mechanischer Belastung. Dafür wurden sie auf 93 °C erhitzt und anschließend mit 1.200 Kilogramm belastet. Damit sollte untersucht werden, ob die Komponenten unter den für den Standort erwarteten extremen Bedingungen zuverlässig funktionieren.
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