Smart Building

Thermochrome Beschichtungen ändern ihre Farbe und Transparenz in Abhängigkeit von der Temperatur. Diese Beschichtungen tragen zur Energieeffizienz von Gebäuden bei, indem sie den Wärmefluss automatisch regulieren und somit den Kühl- und Heizbedarf reduzieren.

• Verringerung der Wärmestrahlung durch Fensterglas ins Gebäude 
• Nutzung der Effekte der Thermochromie, d. h. Schaltung des Energiedurchlasses durch Über- / Unterschreitung einer Temperatur

Forschungsfokus

• Beschichtungstechnologien für thermochrome Elemente auf Dünnstglas (ca. 100 µm) und weiteren Substraten
• Anpassung der Zusammensetzung, Prozessführung und des Aufbaus des Schichtsystems für angepasste Schalttemperaturen
• Optimierung der Herstellkosten durch Prozessentwicklungen in Rolle-zu-Rolle-Verfahren
• Aufskalierung der Prozesstechnologie von Labor- auf Pilotmaßstab

Minimierung von Wärmeverlusten durch Low-E-Beschichtungen

Spezielle low-Emissivity-Schichten auf Glas reduzieren die Emission von Infrarotstrahlung z. B. bei Fenstern und Glasfassaden und verbessern somit deren Energieeffizienz, indem sie Wärmeverluste minimiert. Dabei lassen low-e-Schichten sichtbares Licht weitgehend durch, reflektieren jedoch Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) zurück in den Raum. So bleibt es im Winter innen wärmer und im Sommer kühler, was zur Verringerung des Heiz- und Kühlenergiebedarfes von Gebäuden beiträgt.

Forschungsfokus

• Optimierung der Eigenschaften von Low-E-Beschichtungen
• Ersatz knapper Materialien im Herstellprozess

Sonnenschutzbeschichtungen durch Solar-Control

Solar-Control-Beschichtungen (Sonnenschutz-Beschichtungen) bestehen aus dünnsten Schichtsystemen, die auf Glas aufgebracht werden, um die Menge an Sonnenenergie, die durch das Glas dringt, zu reduzieren. Diese Beschichtungen lassen sichtbares Licht größtenteils ins Gebäudeinnere, blockieren jedoch einen erheblichen Anteil der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) und der UV-Strahlung an Glasfassaden und Fenstern. Der Hauptvorteil von Solar-Control-Beschichtungen liegt darin, dass sie das Aufheizen von Innenräumen durch Sonneneinstrahlung reduzieren, ohne den Raum stark abzudunkeln. Das trägt maßgeblich zur Erhöhung des Gebäudekomforts bei und birgt Energie-Einsparpotenzial bei der Gebäudeklimatisierung.

Forschungsfokus

• Optimierung der Eigenschaften von SolarControl-Beschichtungen
• Ersatz knapper Materialien im Herstellprozess

Für das Gebäudeinterieur sind verschiedenste Oberflächenfunktionalitäten und -veredelungen relevant. Hierbei kommen Verfahren wie die Lackhärtung und Oberflächenmodifikation von unterschiedlichen Substraten mittels Elektronenstrahltechnologie zum Einsatz.

Forschungsfokus

• Beschichtungen für dekorative Oberflächen
• Easy-to-clean Oberflächen
• Antibakterielle Oberflächen

Im Bau- und Gebäudesektor sind nachhaltige Lösungen zur Senkung des Energiebedarfes und der Verbesserung der CO₂-Bilanz gefragter denn je. Angesichts steigender Energiepreise und strenger Regulierungen für einen geringeren Energieverbrauch von Gebäuden bieten innovative Technologien wie Perowskit- und organische Solarzellen großes Potenzial.

Das Fraunhofer FEP entwickelt hierfür neue Beschichtungs- und Prozesstechnologien, die die Haltbarkeit und Effizienz von Solarzellen entscheidend steigern und Kosten- sowie Materialaufwand nachhaltig senken sollen.

Weiterhin arbeitet das Institut an neuen, optisch wirksamen Oberflächenstrukturen für Perowskit-Solarzellen. Durch den Einsatz von Rolle-zu-Rolle Nano-Imprint-Lithografie sollen Reflexionsverluste minimiert und der Wirkungsgrad von Solarzellen gesteigert werden. Ebenso eröffnen sich dadurch neue Anwendungen im Bereich der Design-PV. 

Forschungsfokus

• Barriereschichten für organische Solarzellen
• Entwicklung flexibler Perwoskit-Solarzellen
• Forschung an neuen Materialien und Beschichtungstechnologien für nachhaltige, langlebige Solarlösungen
• Innovative Verfahren zur Strukturierung von Oberflächen für Design-PV-Anwendungen
• Entwicklung neuartiger Kombinationen von Permeationsbarriere- und transparenten Elektrodenschichten
• Entwicklung neuer, optisch wirksamer Oberflächenstrukturen für Perowskit-Solarzellen

Um die Wärmewende voranzutreiben, sind innovative Beschichtungstechnologien entscheidend, die die Effizienz von Solarabsorbern, thermochemischen Wärmespeichern und Adsorptionskältemaschinen maximieren. Die Fraunhofer FEP entwickelt hierfür maßgeschneiderte Schichtsysteme, die spezifische Anforderungen an Absorption, Emission und Wärmeleitung erfüllen und so die Nutzung erneuerbarer Energien nachhaltig unterstützen.

Effiziente Solarabsorber mit optimierten Schichtsystemen

Für Hochleistungssolarkollektoren sind Absorberschichten erforderlich, die Sonnenenergie effektiv aufnehmen und Wärmeverluste minimieren. Diese Schichtsysteme absorbieren Licht im sichtbaren und UV-Bereich und emittieren wenig infrarote Strahlung, wodurch die Effizienz der Wärmenutzung gesteigert wird.

Forschungsschwerpunkte:

• Optimierung der Absorptions- und Emissionscharakteristik durch präzise abgestimmte Schichtdicken
• Langzeitstabilität und Temperaturbeständigkeit der Schichten unter zyklischer Belastung
• Entwicklung hochpräziser Beschichtungstechnologien für Absorberrohre in Solarkollektoren

Verbesserte Wärmeleitung in thermochemischen Speichersystemen

Thermochemische Speicher auf Basis von Zeolith ermöglichen eine saisonale Speicherung von Wärme durch Adsorption und Desorption. Spezielle Beschichtungen erhöhen die Wärmeleitfähigkeit und unterstützen die Effizienz der Wärme-Ein- und Ausspeicherung, was die Nutzung der gespeicherten Energie vereinfacht.

Forschungsfokus:

• Metallisierung des Zeolithgranulats zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit
• Poröse Schichten für ungehinderte Diffusion und schnelle Adsorptionsprozesse
• Effiziente Wärmetransferlösungen zur Ein- und Ausspeicherung über Wärmetauscherflächen

Kompakte und leistungsfähige Hochtemperaturwärmespeicher

Neue Hybridmaterialien werden entwickelt, um höhere Speicherdichten und kleinere Speicheranlagen zu ermöglichen. Die Metallisierung solcher Materialien verbessert die Wärmeleitung, was die Effizienz und die Kompaktheit der Speicher weiter steigert.

Forschungsfokus:

• Entwicklung von Hybridmaterialien für maximale Speicherkapazitäten
• Steigerung der Wärmeleitfähigkeit durch gezielte Metallisierung
• Integration neuer Speichermaterialien in nachhaltige und skalierbare Speicherlösungen

Effizienzsteigerung in der Adsorptionskältetechnik

Durch die Beschichtung von Adsorptionskältemaschinen wird eine nachhaltige Kühlung durch solare Energie oder Abwärme ermöglicht. Dies trägt zur Reduzierung des Bedarfs an elektrischer Energie für herkömmliche Kompressionskälteanlagen bei.

Forschungsfokus:

• Optimierung der Beschichtungen zur Verbesserung der Wärmeübertragung in Adsorptionskältemaschinen
• Entwicklung beschichteter Kühlanlagen für stationäre und mobile Anwendungen
• Integration von Adsorptionskälte in industrielle und mobile Wärmenutzungssysteme