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Die Abbildung zeigt ein blau-schaltendes 1,2 Quadratmeter großes Fenster-Muster auf der Messe Glasstec 2016.
© Fraunhofer IAP
Elektrochrome Scheiben
02.03.2017

Die Grafik zeigt die Herstellung eines elektrochromen Gießharzverbundglases.
© Fraunhofer IAP

Fensterscheiben sekundenschnell abdunkeln

Wenn die Sonne scheint, sorgen elektrochrome Fensterscheiben dafür, dass Sonne und Wärme draußen bleiben. Die Schaltzeiten sind jedoch bisher recht lang, bis sich Fenster komplett tönen. Ein neues Verfahren sorgt dafür, dass die Scheiben nun zehn Mal schneller reagieren.

Ist es draußen eher dunkel, sind Fensterscheiben transparent und lassen Licht und Wärme durch. Scheint die Sonne ins Büro, lassen sich die elektrochromen Gläser abdunkeln, sodass ein Großteil der Hitze draußen bleibt. Forscher des Potsdamer Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP entwickelten gemeinsam mit Tilse Formglas eine neue Herstellungsmethode für solche elektrochromen Glasscheiben. Sie können Glasscheiben mit deutlich schnelleren Schaltzeiten herstellen als bei bisherigen Modellen.

Das Prinzip der elektrochromen Scheiben ist einfach: Üblicherweise wird Glas verwendet, das mit lichtdurchlässigem Indium-Zinn-Oxid oder dem kostengünstigeren Fluor-Zinn-Oxid beschichtet ist. Diese Beschichtung macht das Glas elektrisch leitfähig. Um die Fensterscheibe abdunkeln zu können, sind zwei solcher Glasscheiben erforderlich. Auf eine der beiden wird noch eine weitere Schicht aufgedampft, wie das am weitesten verbreitete elektrochrome Wolframoxid. Die Gläser werden mit den beschichteten Seiten aufeinandergelegt, ein gelartiger Elektrolyt verbindet sie. Legt man eine Spannung an das Glas an, verdunkelt sich die Wolframoxid-Beschichtung. Durch Umkehrung der Polung hellt sie sich wieder auf. Doch das dauert lange. Bei großen Scheiben von zwei bis drei Quadratmetern können 15 bis 20 Minuten vergehen, eh sie vollständig abgedunkelt sind.

Schnellerer Abdunklungseffekt

Die Forscher am Fraunhofer IAP setzen auf eine andere Technologie, um die Scheiben abzudunkeln. Dafür nutzen sie organische Monomere, die sie in ein speziell entwickeltes Gießharz mischen. Wie beim bisherigen Verfahren verwenden die Wissenschaftler als Ausgangssubstrat zinnoxidbeschichtete Glasscheiben. Sie verzichten allerdings auf eine weitere Beschichtung. Stattdessen legen sie die Scheiben mit der Zinnoxid-Beschichtung aufeinander, füllen das Gießharz samt den elektrochromen Molekülen in den entstehenden Hohlraum und härten das Harz über Hitze oder UV-Strahlung aus.

Danach legen die Wissenschaftler eine Gleichspannung an: Diese führt dazu, dass sich die Monomere auf einer der Elektroden zu einem elektrochromen Polymer verbinden. Bei einer deutlich geringeren Spannung lässt sich die Scheibe dann schalten. Vorteil des organischen Farbgebers: Die Glasscheibe reagiert deutlich schneller. Eine 1,2 Quadratmeter große Scheibe abzudunkeln, dauert nur etwa 20 bis 30 Sekunden. „Der Schalthub ist aber bislang nicht so stark wie beim Wolframoxid. Wir erreichen einen Abdunklungseffekt von ungefähr 15 bis 20 Prozent. Mit kleineren Zellen im Labormaßstab sind momentan Werte um 30 Prozent möglich“, sagt Projektleiter Dr. Volker Eberhardt.

Dunkle Farbvielfalt

Klassische metalloxid-basierende Fenster schimmern bislang übrigens immer Blau. Es lassen sich mit diesem Verfahren aber auch Fenster in anderen Farben herstellen. Einen Prototyp der elektrochromen Gießharz-Verglasung gibt es bereits, er schaltet momentan ebenfalls noch Blau. Andere Monomere können dafür sorgen, dass sich die Scheiben rot oder lila tönen.

Auch die Stabilität der Scheiben spricht für das neue Verfahren. Die Forscher testeten die Stabilität der elektrochromen Scheiben nach geltender DIN-Norm: Bereits ein Verbund aus zwei Scheiben reicht aus, um eine Überkopf-Verglasung oder begehbare Scheiben zu realisieren. Das spart zudem Materialkosten, da bisher dafür ein Vielfach-Glas-Verbund notwendig ist.
Die Effektstabilität unter den extremen Bedingungen permanenter Sonneneinstrahlung testen die Wissenschaftler derzeit innerhalb eines Langzeittests mit Sonnensimulator.

(ad)

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Adressen

Projektleitung
Fraunhofer IAP

Industriepartner
TILSE FORMGLAS GmbH

BINE-Fachbuch

Energieeffiziente Fenster und Verglasungen
Fenster sind anspruchsvolle Gebäudekomponenten mit einem breiten Spektrum von Eigenschaften und Funktionen. Bei der heute verfügbaren Glas- und Gebäudetechnologie ist der Wärmeschutz im Winter gut beherrschbar.

Link

Schaltbare Architekturverglasung mit elektrochromen Schichten
Projekt der Forschungsinitiative EnOB. Marktverfügbares Sonnenschutzglas "EControl" in 2-fach und 3-fach Isolierglasausführung.

Forschungsinitiative EnOB
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