LumiWall - nový iluminační solární panel

LumiWall je tvořený kombinací fotovoltaických článků s vysoce energeticky účinnými světelnými diodami v jednom modulu. Ve dne mění fotočlánky světelnou energii v energii elektrickou, tuto energii akumulují do připojených vnějších akumulátorů a v noci tato energie napájí světelné diody, které mohou pomocí vnějších předřazených obrazových předloh vytvářet různé obrazce. LumiWall je použitelný jako architektonický a stavební prvek jak pro novostavby, tak pro rekonstrukce budov. Své místo nalézá i jako reklamní nasvětlené poutače, bilboardy a různé světelné tabule.

Vzhled Lumiwallu je patrný z následujícího obrázku. Během dne celoskleněný panel ukládá elektrickou energii přeměněnou ze světelné energie do vnějšího akumulátoru. Panel má vzhled kouřového skla. V noci se uložená elektrická energie přeměňuje pomocí LED diod v měkce zářící plochu panelu.

Pro použití nových typů fotovoltaických článků jako "energetická okna" je žádoucí, aby měly dostatečně velkou účinnost přeměny sluneční energie v elektrickou při dostatečně nízké ceně. A právě mikrokrystalická technologie firmy Sharp Electronics /3/, která využívá levných vakuových napařovacích a naprašovacích technologií , má účinnost blížící se drahým krystalickým článkům, ale s cenou o něco nižší než u laciných amorfních článků. To umožňuje vytváření velkoplošných fotočlánků na sklech oken, ale s velmi malým množstvím křemíku - bez nutnosti použití drahých zónově čištěných monokrystalů.

Společnost Sharp je největším světovým výrobcem fotovoltaických panelů, minulý rok vyprodukovala téměř čtvrtinu celkové světové výroby. Zatímco poptávka po tomto sortimentu je neustále prudce rostoucí, jsou krystalické panely stále drahé. Osm čtverečních metrů modulů umístěných na střeše domu generuje 1 kWp elektrického výkonu a stojí nyní přibližně 200 tisíc korun včetně daně. Takové fotovoltaické pole vytvoří za rok elektrickou práci o velikosti přibližně 850 kWh. Životnost fotopanelů je zatím neznámá, ale fotopanely Sharp instalované v roce 1950 v Japonsku pracují dodnes velmi dobře! I cena instalace na střechy domů je drahá. Dále současný nedostek výchozího křemíku pro výrobu fotočlánků tlačí výrobce ke stálému ztenčování výchozích křemíkových plátků. Již nyní jsou extrémně tenké - asi 180 mikronů a plánuje se další ztenčení na 150 mikronů. Tak tenké plátky jsou velmi křehké.

Obr. 1: Lumiwall v noci a ve dne

Monokrystalické články mají konverzní účinnost od 14 do 20 %. Polykrystalické články mají účinnost 8-12%. Amorfní články nanášené na sklo nebo plastik užívají pouze 1% křemíku potřebného pro výrobu krystalických článků a mají účinnost pouze 4-6%. Nová mikrokrystalová technologie použitá i u Lumiwallu využívá také vakuové depozice na sklo. I tato technologie užívá pouze 1 % křemíku, ale má vyšší účinnost až o 50% proti amorfním článkům.

Lumiwall bude zaveden do velkoobjemové produkce v letošním roce. Jednou z hlavních předností této novinky je minimalizace údržby celých systémů a jejich nekonečná životnost ve srovnání s klasickými fotovoltaickými systémy, které vyžadují propojení k síťovým zdrojům vyžadujícím údržbu. Panely Lumiwall jsou napájeny z externích baterií nabíjených během dne fotočlánky. V budoucnosti budou tyto baterie přímo součástí energetických panelů Lumiwall.

Jako příklad uvádí firma Sharp panel Lumiwall o rozměrech 620 x 985 x 16 mm s hmotností 22 kg. Panel je tvořen vrstvou tenkovrstvých fotočlánků mikrokrystalových s nominálním výkonem 35 W a vrstvou vysoce-svítivých bílých diod LED se svítivostí ve vzdálenosti 2 m asi 30 Lux. Životnost tohoto panelu Lumiwall byla stanovena na 40 000 hod.

Jako příklad aplikace uveďme zakrytí a současné nasvícení vstupního prostoru do hotelu v Japonsku /4/. Na obrázku č.2 je celkový pohled na vstup do hotelu v noci.

Obr. 2: Lumiwall osvětluje vstupní prostor hotelu

Obr. 3: Pohled na Lumiwall od spodu (strana vrstvy LED diod) ve dne

Obr. 4: Pohled na Lumiwall od spodu v noci

Obr. 5: Pohled na Lumiwall shora (vrstva fotočlánků) v noci

Obr. 6: Jako jinou aplikaci můžeme uvést využití ve FV systému integrovaného do budovy (BIPV)

Obr. 7: FV systém spolupracující se sítí ve spojení s Lumiwalem u průmyslového podniku.

Vrstva fotočlánků ve dne vyrábí elektrický proud, který se po úpravě ve střídači dodává do sítě.

Vrstva LED diod pomocí přepínací elektroniky v noci částečně nasvítí výrobní halu podniku pomocí elektrického příkonu ze sítě přes úpravu AC/DC boxu.

Panely Lumiwall nejsou novým objevem pro výrobu elektrické energie , ale jsou zcela jistě převratnou novinkou pro nové použití fotopanelů ve spojení s LED diodami. Kombinováním fotopanelu s diodami LED panely Lumiwall realizují funkce generování výkonu a luminiscence v jednom modulu. Lumiwall můžeme zařadit do světelných systémů nové generace s mnoha přednostmi přeměny energie světelné na elektrickou a následně po vhodné akumulaci elektrické ve světelnou. V dalším si stručně přiblížíme funkci a strukturu panelů Lumiwall.

Obr. 8: Na následujícím obrázku je zobrazen schematicky řez panelem Lumiwall ve dne a v noci /5/.

Závěrem si ukážeme několik aplikací panelů Lumiwall /6/.

Obr. 9: V Discovery Network Recetion v Chiswicku jsou umístěné 2 ks Lumiwall panelů o velikosti 6m x 2,9 m a 3m x 2,8 m.

Obr. 9

Obr. 10a,b: Čtyři Lumiwall panely o rozměrech 3,9 x 2,7 m vestavěné ve výlohách obchodního domu. Vnitřní světelný box 23 m x 1,1 m je použitý pro osvětlení externí grafiky oken. Umístěno v Mike Birmigham Bullring.

Obr. 10a

Obr. 10b

Obr. 12: Lumiwall může být vyroben v jakémkoliv tvaru včetně kruhového, oválného nebo do úhlu - čímž vytváří nepřeberné množství možností pro designéry. Na následujícím obrázku jsou 3 ks panelů Lumiwall - 2 ploché oddělené dveřmi a 1 ks zakřivený s jednoduchými motivy.

Obr. 12

Obr. 12

Obr. 13: Vzhled panelu Lumiwall může být měněn často s nízkými náklady.
Obr. 14: V Bristolu v Prestige Reception Area je umístěn dokonce kruhový panel Lumiwall o průměru 7 m s obrazem o délce 12 m!

Obr. 13

Obr. 14

Již jednou instalovaný panel Lumiwall je možné měnit jednoduše a nekomplikovaně. Tato technika vytváří extrémně atraktívní návrhovou možnost pro vytváření fantastických obrazců pro nové projekty nebo pro rekonstrukce stávajících objektů a dále pro vysoce zřetelnou reklamu.

Obr. 15, 16: Vytváří se dekoratívní obrazce nebo informatívní tabule.

Obr. 15

Obr. 16

Lumiwall je jedním z nejúspěšnějších produktů a je nyní využíván mnoha špičkovými architekty, designéry, reklamními agenturami a obchodníky po celé Evropě.

O autorovi:

Ing. Milan Tomeš, CSc. je majitelem společnosti TETOM, která se dlouhodobě zabývá aplikacemi různých obnovitelných zdrojů energie, především však fotovoltaiky, autor je soudním znalcem v oboru Energetika se specializací na obnovitelné zdroje energie.

Literatura:

/1/ Sharp Lumiwall: Solar -Powered Wall of Light, Sharp Electronics,2006
/2/ United States Patent US 7,206,044,B2, DISPLAY AND SOLAR CELL DEVICE
/3/ Tom Shelley: Alternative energy has a bright future,Sharp Electronics(U.K.), 2006
/4/ Hitachi Sanuomija a kol.: Development and Application of Illuminating Siolar Panel Lumiwall, Sharp, 2005
/5/ K.Kishimoto et.al.: Device Performances and Simulations for several Kinds of Large-Scale Thin Film Solar Cell Modules- Introduction of Super See-Through Thin Film Solar Cell Module and Application, 20th Euro PVSEC (Barcelona, 2005, June)
/6/ Firemní literatura ILLUMINATING SOLUTIONS LTD, www.artillus.com
/7/ Sharp Annual Report, 2005