Glazen zonnegevel wekt energie op

Alleen het directe, storende zonlicht wordt omgezet in elektriciteit terwijl het diffuse, zachte daglicht doorgelaten wordt. Het nieuwe systeem kreeg de naam Lumiduct en bestaat uit doorzichtige, lichtdoorlatende panelen die zich voortdurend bewegen zodat ze zich optimaal naar de zon kunnen richten. Daardoor werkt Lumiduct niet enkel als elektriciteitsopwekker, maar fungeert het ook als een uniek zonweringsysteem dat bovendien volledig kan worden geïntegreerd in de glazen gevel van een gebouw. Binnenshuis worden perfecte daglichtomstandigheden gecreëerd.

Moderne architectuur 

Moderne architectuur pakt tegenwoordig weleens graag uit met grote, glazen daken en gevels omdat ze daglicht, transparantie en ruimtelijkheid bieden. De esthetiek van dergelijke glazen gebouwen gaat vaak echter ten koste van verblinding en hoge kosten voor airco en koeling. De Lumiduct elimineert deze problemen. Het directe licht van de zon dat verantwoordelijk is voor de opwarming van het gebouw wordt selectief geweerd en omgezet in bruikbare energie. Het systeem produceert meer dan vijf keer zoveel energie als elektriciteit opwekkende ramen en per vierkante meter bijna evenveel als een silicium pv-paneel.

Tegelijkertijd is Lumiduct transparant voor het zachte indirecte licht dat verantwoordelijk is voor het natuurlijke daglicht. Daarmee fungeert het systeem ook als een ideale zonwering, met dit verschil dat veel meer daglicht in het gebouw dringt dan bij klassieke automatische zonwering. De Eindhoven University of Technology ontwikkelde een simulatiemodel om de daglichtcondities te kwantificeren met een Lumiductgevel. Die maakt anderhalf tot drie keer zoveel daglicht in een gebouw mogelijk als automatische jaloezieën die sluiten bij een stralingsniveau boven 200W/m², afhankelijk van de geveloriëntatie.

Eerste plaatsing

De primeur voor de eerste plaatsing van een Lumiduct ging recent naar het kantoor van verhuisbedrijf Mondial Movers in Alblasserwaard, waar op een oppervlakte van 40 m² een Lumiductzonnegevel werd geïnstalleerd die naar verwachting 65 kWh/m² per jaar zal opbrengen, wat ongeveer 20 kWh/m²  minder is dan wanneer een traditioneel pv-paneel zou worden gebruikt. Verschillende partners werkten samen om de plaatsing mogelijk te maken: Wellsun als leverancier van de Lumiduct en de totaaloplossing, EGM architecten uit Dordrecht voor de inpassingen, ODS Geveltechniek uit Baren­drecht voor een nieuwe passende gevel en Pellikaan Bouwbedrijf uit Tilburg voor de uiteindelijke realisatie.

Direct licht is energierijk en zorgt voor opwarming en verblinding in een gebouw. Dit licht wil je weren en omzetten in nuttige en duurzame energie. Het zachte diffuse daglicht daarentegen wil je juist maximaal toelaten tot het gebouw. Het grote voordeel van Lumiduct is dat het licht wel wordt doorgelaten, maar dat het hinderlijke en soms verblindende zonlicht en de zonnewarmte worden tegengehouden. Mondial Movers hoopt dat het vaak erg warme bedrijfsgebouw (de temperatuur achter het glas durfde weleens oplopen tot boven de 40°C) dankzij de plaatsing van het Lumiductsysteem tot het verleden behoort.

De gevel bestaat uit 132 panelen van 35 x 50 cm die werden opgehangen in een frame in een glazen erker die vóór de bestaande kantoorgevel is geplaatst. Van zonsopkomst tot zonsondergang kantelt het systeem alle panelen tegelijk naar de zon om zoveel mogelijk licht op te vangen. Het bijzondere aan het Lumiductsysteem is dat geen enkele zonnecel zichtbaar is. Ze zijn er wel, maar piepklein. Elke cel meet slechts 0,5 x 0,5 mm, zowat de grootte van een zandkorrel. Deze  zogenaamde ‘triple-junction’-cellen zijn  veel duurder dan gewone zonnecellen, maar erg efficiënt. De cellen zijn oorspronkelijk ontwikkeld voor toepassingen in de ruimtevaart en hebben een efficiëntie van meer dan 40% vergeleken met conventionele kristallijne siliciumcellen met een efficiëntie van maximum 25%.

Gebundeld zonlicht

Het ingenieuze van het Lumiductsysteem is dat het zonlicht via spiegeltjes vele keren wordt gebundeld en het licht dan, zoals bij een vergrootglas, precies op het minuscule zonnecelletje wordt gericht. De Lumiduct is volgens de ontwerpers het eerste paneel op de markt dat compleet lichtdoorlatend is. Het uitzicht naar buiten blijft uitstekend en is zelfs beter dan vroeger. De onbelemmerde zichtfactor is twee tot vier keer hoger dan bij het gebruik van automatische horizontale jaloezieën.

De Lumiduct is geïntegreerd in een dubbele glazen voorgevel met enkel glas aan de voorzijde en geïsoleerde beglazing aan de achterzijde. De Lumiduct en de enkele ruiten worden aan de buitenkant van een gebouw bevestigd op de hoofdeinden van de structurele vloerlamellen. De energieprestatie van het systeem is sterk afhankelijk van de oriëntatie van de gevel. De  warmte die wordt gegenereerd bij de zonnecellen wordt afgevoerd naar de lucht in de holte van de dubbele huidgevel. Deze warmte kan door een warmtewisselaar aan de lucht worden onttrokken om direct te worden gebruikt of in een seizoensgebonden warmteopslag op te slaan. Bovendien kan de warmte direct worden gebruikt voor natuurlijke ventilatie door een natuurlijke tocht te creëren door de opwaartse bewegende warme lucht.

Energieverlies 

De energie die wordt opgewekt door zonlicht, de opslag van energie in batterijen en het gebruik van de meeste gemeenschappelijke elektronische apparaten, zijn gebaseerd op gelijkstroom (DC). De centrale elektriciteitsnetten zijn echter nog steeds gebouwd op basis van wisselstroom (AC). Daarom moet zonne-energie worden omgezet in AC om het weer te kunnen leveren aan het elektriciteitsnet. Iedere omzetting van stroom levert al snel een energieverlies van 20% op.

Daarnaast moet de warmte in de zomer ook nog eens gekoeld worden met airconditioning. Dit zijn verliezen die niet zouden bestaan indien het gebouw een lokaal netwerk zou hebben dat op gelijkstroom draait, wat de opwekking vereist van een grote hoeveelheid lokaal opgewekte zonne-energie. De Lumiduct genereert voldoende vermogen om dit mogelijk te maken. Indien de hele gevel wordt gebruikt voor energieopwekking kom je aan voldoende stroom en kan het gebouw off grid worden gehaald. Er kan bovendien ook worden bespaard op koper omdat alle draden veel dunner kunnen zijn.

Onderhoud

De Lumiduct kan van binnenuit worden onderhouden. Het is een modulair systeem waarbij losse onderdelen zoals de zonnepanelen of de motoren eenvoudig kunnen worden vervangen. Het systeem functioneert het best in een goed geconditioneerde omgeving, zonder overdreven vochtigheid, stof of andere externe invloeden. In combinatie met het beperkte aantal cycli is de Lumiduct zeer betrouwbaar gedurende de hele levensduur van het gebouw. Elke dag voert het systeem één cyclus uit door de zon te volgen en terug te keren naar de uitgangspositie. Dit is zeer weinig vergeleken met de meeste mechanische systemen. Bij een eventuele breuk kunnen onderdelen gemakkelijk worden vervangen.

De basismodus van het systeem is om steeds de zon te volgen, ongeacht het weer of de hemelomstandigheden. De beheerders van het gebouw kunnen deze modus echter op elk moment wijzigen en het systeem naar elke gewenste vaste positie verplaatsen. Zo kan het Lumiductsysteem helemaal worden geopend bij bewolkt weer of volledig worden gesloten indien nodig. Een functionele eis is het voorkomen van verblinding op desks of computerschermen. De modules zijn zo gepositioneerd dat er geen direct licht, verantwoordelijk voor verwarming en verblinding, doorheen kan gaan.

Schaduw heeft geen negatief effect op de elektriciteitsopwekking omdat de  Lumiduct een specifiek elektronisch circuitontwerp heeft dat zorgt voor beschaduwing. De bewegingen van de Lumiduct gebeuren langzaam en zeer stil. In tegenstelling tot de meeste geautomatiseerde zonweringssystemen zullen mensen in het gebouw de bewegingen van het systeem zelfs niet opmerken.

Wellsun 

Wellsun werd in  2013 opgericht door Stan de Ridder en Sam Kin. Het ontwikkelingsteam bestaat uit hoofdingenieur Matthijs Damen en software-ingenieur Stefan van Breukelen. Het team wil het gebruik van zonlicht optimaliseren om gezonde en productieve werkplekken te creëren en de energieautonomie van gebouwen te verbeteren.

De vraag naar energie neemt snel toe terwijl fossiele brandstoffen opraken. Zonlicht biedt daarom het perfecte alternatief voor het voeden en verbeteren van gebouwen, waardoor ze volledig zelfvoorzienend en comfortabeler worden om in te wonen en  te werken. Wellsun ziet voor het Lumiduct-systeem dat sinds dit jaar wordt gecommercialiseerd heel wat potentieel in Californië en de Golfstaten. Het bedrijf werkt ook aan de toepassing van led in de transparante panelen en verwacht deze functionaliteit in de loop van 2018 klaar te hebben. Dan zullen met de Lumiduct bijvoorbeeld ook mediagevels kunnen gerealiseerd worden die zelf energie opwekken.