Bakalářská práce Solární (fotovoltaická) lavička Zuzana Jirkalová atelier Karel vedoucí práce prof. ak. soch. Marian Karel asistent MgA. Josef Šafařík, DiS., Ph.D Ústav průmyslového designu FA ČVUT 6. semestr 2014/2015
poděkování
Tímto bych chtěla poděkovat vedoucímu mé bakalářské práce prof. ak. soch. Marianu Karlovi a jeho asistentovi MgA. Josefu Šafaříkovi ,DiS., Ph.D za konzultace. Dále bych ráda poděkovala osazenstvu dílny FA ČVUT, Františku Hadašovi ml., Tomáši Bartošovi a především Regině Jirkalové za konzultaci modelu, pomoc při jeho výrobě a velkou trpělivost. Velký dík také náleží Ondřeji Rakušanovi za morální oporu.
OBSAH ÚVOD zadání, filosofie projektu, logo a název
3 5
REŠERŠE technologie výrobky
6 9 12
PROJEKT průběžná řešení finální řešení materiály technologie
16 19 31 33
VÝROBA MODELU
34
ZÁVĚR, ZDROJE
39
ÚVOD
[1]
ÚVOD Jako téma mé bakalářské práce jsem si zvolila solární (lépe řečeno fotovoltaickou) lavičku, tzn. samostatný off-gridový systém, který je schopný využít solární energii k dalším účelům, aniž by byl připojen do veřejné elektrické sítě. Jedná se o propojení odpočivného místa s moderními technologiemi. Vzhledem k tomu, že je potřeba poměrně velké plochy panelu jsem se rozhodla, že lavička bude schopna nabíjet pouze malá zařízení a tomu jsem i celý systém přizpůsobila (při větších rozměrech technologií by již byla disproporční). Toto téma ke mně svým způsobem přišlo samo. Je podobné tomu, čím jsem se již v minulosti zabývala, tj. využití nových, přesto již existujících technologií tak, aby byl vytvořen produkt, který se bude využívat ve velmi blízké budoucnosti. Z tohoto důvodu jsem téma přejala a začala jsem je řešit do hloubky. Dostala jsem se tak k problematice obnovitelných zdrojů a osvojila si nové znalosti týkající se získávání solární energie. Mnou navržený koncept by měl být určen k sériové výrobě a bez problémů fungovat jako samostatně funkční jednotka.
FILOSOFIE PROJEKTU Současná společnost je prosycena (možná i přesycena) různými malými zařízeními, zejména telefony a tablety. Lidé jsou tak spolu v kontaktu, má to jistě své výhody, ale potřeba osobního setkání se rapidně zmenšuje. Nastupuje generace, která už téměř „nezvedne nos“ z dotykových displejů. Ale jedna z pravděpodobných předpovědí zní, že lidem začne brzy vadit anonymita, ve které žijí dnes. Ten její druh, kdy se lidé uzavírají do sebe a nekomunikují. Mohla by tedy odpočivná místa se zdrojem energie sloužit jako novodobá studna, tj. místo, kde se lidé setkávali na kus řeči? Jako něco, kde se sejdou lidé s podobnými zájmy a třeba i naváží kontakt. Nabízí se otázka, co je pro člověka odpočivným místem. Návrat ke kořenům je nejlepší způsob, kde začít. Ke kořenům doslova, vždyť původně to byl třeba pařez, kámen nebo opření se do mechu. Což přivádí myšlenky k tomu, že lavička nemusí být klasického tvaru. Může to být jiný druh sezení. Lidé se rádi schovávají někam, kde se cítí bezpečně. Stejně tak rádi ale mají přehled a jsou „nad věcí“, sedí na vyvýšených místech nebo barových židlích. Rádi lezeme na zídky. Vybíráme si místa bez opěradel. Možná je to právě ta cesta, kterou uživatelé chtějí. Přidáním elektroniky a možnosti nabíjení vznikne nový rozměr. Čas bude velmi podstatným faktorem. Kolik bude třeba k nabití? A opravdu to nepočká, až dojdu na místo, kam mám namířeno? To ukáže až případné využívání konceptu v reálném životě. Rozhodla jsem se pro tvar, který se částečně vrací ke klasickému řešení laviček a jejich materiálům. Nejsem si jistá, zda by současná společnost ocenila inovaci tvaru a technologií v jednom. Není přece nutné dávat nové elektronické “hračky” do futuristických předimenzovaných tvarů. Ideální umístění je takové, kde je daleko k připojení do klasické sítě, tj. například sportoviště, zastávky, národní parky. Prostě všude, kde je dostatek otevřeného prostranství a zájem lidí si odpočinout a posedět, nebo mít svá zařízení pod dohledem.
NÁZEV A LOGO Ze tvaru lavičky mi vyplynulo slovo mount. Je to anglický výraz nejen pro horu, ale také podstavec. Název však byl příliš dlouhý a nedostatečně poutavý. Vyvinulo se z něj zkrácené eM. E značí energii, která je pro produkt tak podstatná a M vychází z původního mount, neboli podstavce. Nejprve jsem zamýšlela vytvořit logo v takovém tvaru, jako je profil lavičky, nebo v jeho stylizovaném pojetí. Nakonec jsem se však rozhodla pro čistší variantu modifikovaného písma.
5
REŠERŠE
[1]
REŠERŠE - TECHNOLOGIE OBNOVITELNÉ ZROJE ENERGIE Už několik let je využití obnovitelných zdrojů energie na vzestupu a to hlavně díky rozvoji technologií pro jejich čerpání. Je to výsledkem snahy eliminovat získávání energie ze zdrojů jako ropa a uhlí. Hlavními důvody pro to jsou snižování emisí, ochrana klimatu, šetrnější využívání zdrojů energie a menší závislost na dovozu energetických surovin. Obnovitelné zdroje jsou slunce, voda, vítr, příliv, odliv a geotermální energie.1 Podíl obnovitelných zdrojů energie je největší v zemích severní Evropy, ale i ostatní země si daly za cíl jejich stavy zvýšit. Hlavní ukazatele ovlivňující možnost použití obnovitelných zdrojů jsou zeměpisná poloha, přírodní a politicko sociální podmínky. V České republice je nejvíc využívaná energie vodní, solární je však na vzestupu. Jen výstavba fotovoltaických elektráren místo zemědělské půdy není příliš šťastným řešením. Lepším se proto jeví implantovat panely do malé či velké architektury a na již stávající stavby. Česká republika má velmi dobré podmínky k využití slunečního záření, a to hlavně v oblasti jižní Moravy. Různé instituce také finančně podporují obnovitelné zdroje nebo ekologi ve svých produktech zohledňují.2, 3 Solární energie má mezi alternativními zdroji významnou roli. Z hlediska životního prostředí je nejčistší a ve své podstatě je prakticky nevyčerpatelná. Energie ze slunečního záření, která dopadá na zemi, několikanásobně převyšuje světovou energetickou spotřebu. Což je jasným důvodem pro to, proč bychom se měli snažit je co nejefektivněji a nejvíce využívat. Energie se po dopadu spotřebovává k ohřevu prostředí a pro fotosyntézu, přemění se na jinou vlnovou délku (z ultrafialového na infračervené) a je zpět vyzářena do vesmíru. Tato rovnováha je však narušena skleníkovým efektem, který je zapříčiněný právě spalováním fosilních paliv a dochází tak k oteplování planety. 4 Elektrickou energii lze získávat ze slunečního záření dvěma způsoby. Tzv. přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu, kdy se v dané látce působením fotonů uvolní elektrony. Jev nastává v polovodičích, ze kterých se skládá fotovoltaický článek. Nepřímá přeměna využívá možnosti měnit rozdíl teplot na elektrické napětí a naopak, zdrojem proudu je termočlánek, který je však velmi závislý na vlastnostech materiálů a rozdílu teplot.5 Jednou ze základních části solárního systému je fotovoltaický článek. Jedná se o velkoplošnou diodu s jedním P-N, neboli přechodem, který propouští elektrický proud pouze jedním směrem. Při dopadu slunce vzniká napětí. Články jsou vyráběny z polovodičových materiálů, nejčastěji s vysokým obsahem křemíku. Panely jsou buď polykrystalické s viditelnou strukturou a jasně modré barvy, nebo monokrystalické, které jsou obvykle velmi tmavě modré až černé. Ty mají také větší účinnost, především v letních měsících. Celkově jsou monokrystalické panely na bázi krystalického křemíku považovány za velmi technologicky vyspělé. Přesto má každý typ panelu svoje výhody a nevýhody a nelze říci, který z nich je z hlediska produkce lepší. Záleží to hlavně na tom, jaké jsou na ně kladeny požadavky. Panely se pokrývají antireflexní vrstvou, nebo se jejich povrch zdrsňuje, aby se zabránilo ztrátám vzniklým odrazem. Teplota panelu je většinou o 20 °C vyšší, než teplota okolí. Dokonce i v zimě při teplotách kolem nuly je teplota panelu asi 13 °C. Čím vyšší však teplota je (horké letní dny), tím je paradoxně účinnost panelu menší. Pro neodbornou veřejnost se zdá panel jako velmi jednoduché zařízení, ale není tomu tak. Je velmi podstatné, aby byly všechny části správně vyrobeny a použity kvalitní materiály. Fotovoltaický článek je zapouzdřen ve fólii z ethylen vinyl acetátu, která má vysoký index lomu, aby nedocházelo ke ztrátám. Na spodní části je ještě další krycí fólie pro lepší odolnost vůči stárnutí, vrchní část je kryta sklem.6,7 Budoucnost sice přeje solárním nástřikům a organickým fotovoltaickým článkům, ale je to vyhlídka poměrně vzdálená a efektivita je v porovnání s dnes používanými panely velmi malá. Proto lze tyto technologie využít například na fasády, kde je pokryta velká plocha. Ale v takto malém měřítku by byl energetický zisk minimální. I tak se mnou použitý panel zdá naddimenzovaný, je to ale proto, že většina projektů podobného typu vznikala v zemích, kde je mnohem větší podíl slunných hodin v roce a mnou vytvořený projekt je tvořený pro lokální podmínky.8 Statistika slunných hodin v Praze pro fotovoltaické a stavební účely9 leden únor březen duben květen červen červenec srpen září říjen listopad prosinec
43 62 128 149 208 210 204 214 150 103 55 47
celkem 1 573 tj. průměrně 3,4 hodiny/den Systém lavičky je off-grid, jinými slovy tzv. ostrovní system. To znamená, že není třeba připojení k distribuční soustavě nízkého napětí, neboli k vnějšímu zdroji energie z veřejné sítě. Aby mohl off-grid samostatně pracovat, je potřeba obnovitelného zdroje energie. V tomto případě je to fotovoltaický neboli solární systém. Lavička je nadimenzovaná tak, aby byla samostatně funkční jednotkou a byla schopná dlouhodobého provozu v průběh celého roku.10
9
[1]
[41]
[41]
INDUKCE Technologií nabíjení je v tomto případě indukce. Panuje shodný názor, že je to cesta do budoucnosti, a v následujících několika letech se plně rozvine. Tato technologie je poměrně nová, přesto se rozšiřuje. Někteří výrobci telefonů aj. ji nabízejí již zabudovanou ve svých produktech, objevují se také cívky v podobě nálepek na baterii. Použitou technologií bezdrátového dobíjení je indukčně-rezonanční Qi, která funguje na poměrně jednoduchém principu přenosu energie mezi cívkami. Díky rezonanci je dosah v tomto případě 30mm, nabíjení je plošné a téměř stejně efektivní jako klasickým nabíjecím kabelem. Zařízení se nabíjejí, jsou-li umístěna souběžně s podložkou.11,12
1 Napětí v hlavním vedení je přeměněno na vysokofrekvenční střídavé napětí
2 Vysokofrekvenční střídavé napětí je obvodem vysílače odesláno do cívky vysílače
3 Střídavý proud, tekoucí uvnitř cívky vysílače, vytváří magnetické pole, které se rozšiřuje do cívky přijímače (je-li v dosahové vzdálenosti)
4 Magnetické pole generuje uvnitř cívky přijímače proud
5 Proud, procházející skrze cívku přijímacího zařízení, je v obvodu přijímače přeměněn na stejnosměrný a tak je nabíjena baterie zařízení s přijímačem
upraveno dle [2]
11
REŠERŠE - VÝROBKY V rešerši vztahující se k již existujícím produktům s týmž zadáním uvádím obrazový materiál, který mne zaujal a k němu připojuji komentáře odůvodňující mou volbu. Solárních laviček je dohledatelných málo, a spolu s autorem a dalšími potřebnými indiciemi opravdu minimum. Proto přikládám i lavičky bez dalších přidaných technologií, i když většinou ne zcela klasického vzezření.
[3]
Empty bench, design J. L. Xuclá, 2005
Tvarování je jednoduché a efektní a jemné podsvícení jej velmi hezky dokresluje. Tvar se mi velmi líbí, je nadčasový. Sezení zde je pohodlné v rámci možností. To že je bez opěradla nevadí. Doufám, že má sedák jemný sklon, aby se na něm nedržela voda. Jediné co bych trochu vytkla z hlediska praktičnosti je ostrý roh, ale vizuálně by to bez něj nebylo ono. Použité materiály jsou beton, kterým je také zakotvena lavička do země a dřevo na sedací ploše. Nevím, kde je umístěna elektronika kvůli podsvícení, pravděpodobně je vedena pod zemí ze sítě skrze stěnu lavičky.
[9]
Solfjädern, design Raul Peixoto, 2006
Tvar této lavičky evokuje vějíř. Nebo páva. Ať tak či tak, obojí je poměrně křehké a nejsem si jistá, zda na uživatele zdánlivá nestabilita působí dobře. Možná není při osobním setkání tak znát, ale podle mého názoru návrh nefunguje z hlediska psychiky případného sedícího stabilně.
12
[4]
Retretti, Design: Raimo Räsänen, prodává Havuu
Autorovi se podařilo jednoduchým tvarovým řešením ukázat uživateli, že na tuto stoličku je radost si sednout. Vyrábí se také ve variantách pro dvě nebo tři osoby. Použití masivního dřeva je krásné, jen si nejsem jistá, kolik procent z původního materiálu je lavička a kolik odpad, čímž by ekologická stránka tohoto produktu utrpěla. Severský design je velmi žádaný hlavně kvůli využití přírodních materiálů, zde se jedná o tvrdé dřevo. Produkt bych využívala spíše do interiérů, kde bych se nebála degradace materiálu, jelikož to vypadá, že není povrch nijak ošetřen.
[10] Pylon, design Marcus Abrahamsson a Kristoffer Fagerström, pro značku Nola, 2011
Tyto lavičky byly původně určeny do studentské kavárny, což naznačuje i jejich hravost. Jsou jednoduché, funkční, nepříliš náročné na materiál. Budoucí majitel si může vybrat, jaké barvy budou použity. Jednoduchým způsobem je tak i vlastník laviček zapojen do tvůrčího procesu. K venkovnímu použití nejsou vhodné kvůli nevyřešenému odtoku vody. Jednoduché tvarování vydrží být pravděpodobně dlouho vizuálně atraktivní.
[5]
Longo, design Manuel Ruisánchez, pro firmu Escofet 1886 S.A., 2008
Jednoduché a účinné, možnost si sednout s opěradlem, bez, klidně se na ploše jen tak povalovat. Nenápadné tvarosloví na sebe nestrhává pozornost, přesto jej nejde přehlédnout. Bohužel se někde stala chyba a produkt se nehodí do okolní zástavby a působí asi jako “pěst na oko”, i když podobná barevnost dřeva a silnice kontrast trochu zmírňuje. Hlavní část je vylita z betonu, na ní je umístěn další sedák s opěradlem ze dřeva v kombinaci s kovem. Hmotnost lavičky tak musí být poměrně velká a špatně transportovatelná, což nemusí být nutně na škodu.
[11]
SOFT rocker, design studenti MIT, 2011
Jeden z projektů solárního odpočivného místa. Možnost pracovat venku tak, abychom měli zdroj energie a byli kryti před sluncem svítícím na displej se zdá geniální. Tvarové řešení působí kvazi přívětivě, ale přidaný ornament ve spodní části je prostě zbytečný. Domnívám se, že zvolené dřevo má mnohem menší životnost než elektronika, zvlášť stojí-li objekt trvale na jednom místě na trávníku. V noci pás uvnitř odpočívadla svítí. To už se pak na monitoru odrazí.
[6]
AirTree, design studio Architecture and Vision, 2009
Koncept, který má pročišťovat ovzduší, vyrábět elektřinu díky solárním panelům a svým zbarvením indikovat okolní znečištění. Vzhled jako z jiného světa, nebo minimálně sci-fi filmu. Myslím, že přes svou ekologičnost znečišťuje okolí svým vzhledem. Nabízí se ale otázka, proč sázet stromy umělé a ne opravdové. Podle vizualizací by byl vyroben z plastu s přidanými solárními panely, takže návratnost by byla poměrně dlouhá a díky tvarosloví (organické tvary, výroba panelů na zakázku) i velmi nákladná.
[12]
Patrová lavička, design studio Art Lebedev, 2012
Autoři zde dobře odpozorovali, že lidé rádi šplhají na vysoká místa nebo na opěradla. Vzhled evokuje klasickou lavičku, a tak každý rychle pochopí, k čemu je tato patrová záležitost určena. Vizuálně není objekt velmi atraktivní a možná ani příliš bezpečný kvůli možnosti pádu.
Koncept solární lavičky z recyklovaného materiálu, design Owen Song, Sean Park a Olbae Woo, 2009
Seat-E, design studenti MIT, 2013
[7]
[8]
Myšlenka hezká – lavička vyrobená z ekologického, recyklovaného materiálu a ještě vyrábí energii z obnovitelného zdroje. Má to několik ale – akumulátor nebo něco, kam bude vedena energie, musí být pod zemí, jinak by to nedávalo smysl. Ve chvíli, kdy si na lavičku sednou lidé, ji zastíní. Ale v době, kdy svítí slunce, si na ní stejně nesednou. Vzhledem k tomu, že solární panely jsou konstruovány tak, aby přitahovaly co nejvíce slunečního záření, by byl povrch lavičky tak horký, že by šlo možná i o zdraví. Design se snaží být mladistvý a je poměrně tendenční, nemohu se zbavit dojmu, že vychází z trendu retro tvarů. Obávám se tak, že bude během krátké doby vizuálně zastaralý. Nedovedu si představit tento produkt umístěný do prostředí.
Další studentský projekt MIT, tentokrát si však myslím, že velmi povedený. Tvar trochu evokuje pařez nebo podobné jednoduché a geniální sezení pro jednoho. Líbí se mi, že tvarování vychází ze sklonu panelu, je jednoduché a čisté. V tomto materiálu vypadá dobře, ale další varianta je se dřevem a velkým logem, což už tvar naprosto ničí. Možná se zde autoři více snažili o ukázku technologií než o design. USB není dostatečně kryto a nevím, jakou má odolnost. Při umístění do města si představuji tento produkt jako místo pro trávení krátkého času při čekání.
[13]
Z řady Zahradní architektura, vyrábí firma Carlozzi
Na první pohled mě zaujalo propojení materiálů. I přes to, že je lavička z kolekce zahradního nábytku, musí být logicky určena do interiérů, např. vstupních hal. Dřevo na ní použité by venku dlouho nevydrželo, minimálně ne tak hezké. Při dešti by se na lavičku vyplavovala hlína z květináče. Při vnitřním použití ale bude hlína všude, až se budou květiny přesazovat. A ušpiní se bílý beton. Vypadá to na začarovaný kruh. Praktičtější by bylo umístění např. odpadkového koše, tak jako je často u laviček v obchodních centrech.
[14]
Sofá individual, návod na “vyrob si sám” na internetu
Betonový pařez. Je velký, ale i přes to nepůsobí přehnaně těžce. Masivní opěradlo by přesto šlo ještě nějak využít. Jednoduché tvarování, které možná mělo primárně zajistit pohodlné sezení, je naprosto skvělé. Materiál degraduje celkem pomalu a i vizuálně bude atraktivní ještě dlouhou dobu. Ostré hrany a rohy možná nejsou příliš pohodlné k sezení, ale bez zkoušky nejsem schopna to posoudit.
13
[17]
[16]
[15]
[19] [18]
[21]
14
[20]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[28]
[31]
[29] [32]
[27]
[30]
[33]
[34]
[35]
15
PROJEKT
b
a
d
c
18
PRŮBĚŽNÁ ŘEŠENÍ Dlouho jsem hledala, jakou tvarovou cestou se vydat. Přemýšlela jsem na organickými tvary, které by ve městě nenásilně působily na okolí, ale nakonec jsem se rozhodla zvolit řešení co nejčistější, vycházející z geometrie. Základní tvar je tak tvořen trojúhelníky, kov z velké části komponenty kruhového a dřevo obdélníkového průřezu. Vždy je lepším designem ten, který se tvarově vrací ke kořenům a co nejjednodušeji řeší daný problém. Než se snažit o tvarová řešení, která jsou tendenční a snaží se být za každou cenu hezká. Chtěla jsem se vyhnout tomu, aby objekt svým tvarem vizuálně „znečišťoval“ okolí a upozorňoval na sebe nežádoucím způsobem. Jedno z původních řešení vycházelo z trojúhelníků tak, aby byl ve straně sedáku zabudovaný panel. U toho jsem zůstala, jen jsem postupně měnila úhly a tvarování, aby technologicky i normově odpovídal produkt všem požadavkům. Padl také návrh umístit panel do střechy nebo stínění nad sedacím kusem, ale velmi rychle jsem ho zamítla, neboť je to zbytečně složité a nepříliš efektivní řešení. I když je tak možné zvětšit plochu panelů, bylo by nutné celý systém velmi pevně ukotvit do země. Sklon střechy není možné určit tak, aby byla odolná vůči všem venkovním podmínkám, tj. nánosy ztěžklého sněhu v zimě a v našich podmínkách tak časté poryvy silného větru. Návrhy byly organických i geometrických tvarů a vycházely z filosofie projektu, kterou jsem vytvářela zároveň s rešerší. Obrázky na vedlejší straně ukazují první skici, ze kterých se dále rozvíjel výsledný návrh. Skica (a) je ukázkou toho, jak by mohla vypadat kombinace lavičky a altánu s umístěním panelů nad sedací plochou. Jako materiál jsem od začátku uvažovala u většiny návrhů beton, kov a dřevo. V případě skici (a) pouze první dva. Skica (b) vyobrazuje prvotní verzi finálního návrhu, která předpokládala panel přímo v těle lavičky bez přidaných částí. Tento návrh počítal s modulárním skládáním, bohužel se později ukázalo, že pokud by byla z obou stran lavička zkosena na úhel panelu, nebyla by stabilní a překlápěla by se. Takže ačkoli se mi tato verze velmi líbila, bylo by třeba ji kotvit do země a tomu jsem se chtěla vyhnout. Varianta (c) se ubírala úplně jiným směrem, tj. několik jednotlivých součástí, z nichž jedna by mohla být vhodná k sezení, jiná obsahovat panel a další nabíjet (sedět by bylo možné na všech). Nejvhodnější tvar byl organický, vycházející z říčních oblázků. Je však prakticky nemožné udělat hezký tvar hladkého kamene z něčeho, který ho již nemá, a v takovémto měřítku obzvlášť. Skica (d) byla opravdu jen rychlým návrhem a asociací vycházející z rešerše, kde by bylo možné sedět v patrech a zároveň dole pod “tribunou”. Horní patra by zároveň byla panelem. Ale došla jsem k závěru, že není vhodné kombinovat velké množství funkcí a dělat nutně předměty multifunkční.
19
20
VÝSLEDNÉ ŘEŠENÍ Finální tvar byl determinován úhlem panelu, který je zde 40°. Je to vhodný sklon pro použití ve středoevropských podmínkách pro celoroční využití s důrazem na provoz v létě, protože nepředpokládáme, že v zimních dnech, kdy počasí nebývá příliš příznivé, si přijde někdo posedět a trávit delší časový úsek venku na lavičce. Pokud by však přece jen chtěl, lavička bude použitelná i tehdy, jen s menším objemem energie, který by i přes to měl být dostatečný. Dalším nutným rozměrem, se kterým bylo třeba počítat, je výška sedu. Hloubka není v tomto případě tak přesně daná, protože lavička nemá opěradlo. Tvarové řešení je složené ze dvou pomyslných trojúhelníků. Jejich vrcholy jsou osekané tak, aby se minimalizoval použitý materiál a také plocha, na které bude lavička stát. Hrany jsou opatřeny fazetami, které zabrání štípání a lámání betonu. Malý trojúhelník slouží jako zarážka pro konstrukci v rozloženém stavu. Výsledný tvar je velmi stabilní. Lavičku je možné složit, a to díky použití pantů na obou stranách rámu. Díky tomu dojde k zakrytí panelu ve chvíli, kdy není žádoucí provoz nabíjení. Celá lavička je velmi odolná proti vandalským „nájezdům“, díky zakrytí panelu a použitým materiálům. Dále by byla lavička opatřena speciálním nástřikem proti posprejování. Servis technologií by bylo možné provádět po odebrání panelu, což eliminuje možnost krádeže jednotlivých součástí. V případě správného otestování a zvolení vhodných komponentů by bylo nutné servis a výměnu baterií provádět jednou za několik let.
21
materiály
[1]
JEDNOTLIVÉ SOUČÁSTI - MATERIÁLY Hlavní část produktu je vylitá z betonu. Je tak dostatečně pevná a odolná, nehledě na to, že velmi přispívá k industriálnímu soudobému vzezření. Bednění obsahuje jádra, díky kterým je dostatek místa pro vložení panelu i s krycí plochou a ostatních nezbytností elektrického systému tohoto typu, jako jsou baterie, měnič napětí, řídící jednotka atd. Vzhledem je betonový korpus i díky negativní spáře také samostatnou sochou, která vynikne především při složení a zakrytí panelové části.13 Dřevěný rám je vizuálně subtilní a nenarušuje masivnost ostatních částí. Použito je tvrdé dřevo. I přes to, že lavička má být lokální středoevropskou záležitostí, je mým jasným favoritem americká trešeň, středně tvrdé dřevo oranžové až červené barvy. Další možnost by byly exotické dřeviny, především pro svou tvrdost. Rozměr je určen tak, aby měl požadovanou nosnost, ale byl v rámci ní co nejslabší. Mezery mezi jednotlivými prkny jsou pro sed pohodlné, stejně tak jako lehce sražené hrany. Rošt je ve třech bodech podepřen ocelovou konstrukcí. Z té je v prostřední části z pantu vyveden kabel, který je přímo zapuštěn do dřevěného čtverce, graficky odlišeného piktogramem bezdrátového nabíjení.14,15 Konstrukce, na které je pak upevněno dřevo, je z nerezové oceli. Sestává z velkého průběžného pantu, z trojčlenného rámu a dalších tří pantů, které navazují na konstrukci nesoucí sedák. Je svařena ze součástí (kulatiny sloužící jako vnitřky pantů i jako hřídele, trubky, pásy plechu). Po svaření jednotlivých částí se povrch celé oceli sjednotí, aby vizuálně vypadal dobře. Dají se tak upravovat sváry, aby nebyly nevzhledné. Ocel je v tomto případě vhodná pro zatěžování, konstrukce má pro použití lavičky dostatečnou nosnost. Další výhodou při použití je, že lze zapustit část průběžného pantu do betonu přímo při výrobě (bez znehodnocení materiálu). Lze ale také kotvit speciálními lepidly dodatečně.16 K zakrytování panelu je použito tvrzené bezpečnostní sklo. Je to sklo takové, které byla kaleno za teploty nad 600°C (běžně 620°C) a následně prudce ochlazeno, čímž bylo dosaženo lepších vlastností díky vnitřnímu napětí. Toto sklo je velmi odolné proti zátěži i nárazům a v případě většího zahřívání panelu je i velmi teplotně odolné.17
31
JEDNOTLIVÉ SOUČÁSTI - TECHNOLOGIE Fotovoltaický panel, který jsem se rozhodla zvolit pro mnou navržený koncept, je amorfní, složený z mědi, india a selenu. Je vhodný i pro ostrovní systémy. Jeho velkou výhodou je, že částečné zastínění nesnižuje jeho schopnost výroby energie a funguje také dobře při difuzním záření, tedy bez přímého slunečního svitu. Kromě příznivých technologických parametrů je jistě ocenitelný i jeho vzhled jednolité černé plochy.18
32
Pro akumulátor (a) je velmi podstatné, aby byl zvolen správně pro daný systém. V tomto případě předpokládejme gelový solární akumulátor, vhodný pro ostrovní systémy. Jeho životnost je kolem deseti let, má zcela bezúdržbový provoz a je chráněn proti hlubokému vybíjení. Má vysoký počet cyklů a velmi dobrý rozsah pracovních teplot.19,20
Řídící jednotka (b) vše řídí, sbírá a ukládá data o systému z jeho jednotlivých součástí. Data je možné odesílat např. správci systému, aby mohla být dále vyhodnocována.20
Nabíjecí plocha i nabíjené zažízení obsahují cívku (c). Nabíjení pak funguje na principu elektromagnetické indukce. Tato technologie dobíjení je čím dál tím žádanější a je považována za cestu do budoucnosti.11
Měnič neboli střídač napětí (d) je technologicky nejvýznamnějším komponentem systému. Jeho úkolem je měnit stejnosměrné napětí na střídavé, aby bylo možné napájet další zařízení. Střídače mají různé druhy, které se volí podle požadavků na systém.20
Regulátor MPPT (e) je stabilizátor napětí a nabíječka akumulátorů. Udržuje akumulátory v ideálně nabitém stavu, a pokud by mělo dojít k přebíjení, automaticky akumulátory odpojí, aby neztrácely svou životnost.20
c [38]
a [36]
b [37]
d [39]
e [40]
VÝROBA MODELU
VÝROBA MODELU Výroba modelu nebyla jednoduchá. Zvolila jsem měřítko 1:2, aby nebylo problematické s modelem manipulovat. I přes poloviční velikost a absenci funkčních technologií má však model značnou hmotnost (přes 70 kg), která by v reálné velikosti včetně baterií atd. přesáhla mez, kdy by byl model přenosný do školy. Nejprve přišlo na řadu sbírání informací. To však došlo do takového stádia, že mi každý říkal k výrobě něco jiného a často protichůdného. Tak byla výroba sledem pokusů jednotlivých rad a výběrem těch nejlepších. Výroba bednění byla jedním z nejzdlouhavějších úkonů. Měla jsem k dispozici truhlářskou dílnu se spoustou strojů a se schopnou obsluhou, protože sama bych si netroufla součásti řezat. Ve třech až čtyřech lidech jsme měli několik hodin co dělat, aby všechny úhly a rozměry souhlasily. Dále jsme na výrobě bednění pokračovali v domácích podmínkách, aby bylo pevnější, bytelnější a nehrozilo provalení po odlití. Zároveň s tím vznikaly testovací vzorky betonu, protože dlouhá doba tuhnutí a zrání nebo praskliny, deformace a odštípnutí vrcholů by nebyly žádoucí. Pro výsledný odlitek jsme zvolili kompozitní materiál, beton se skelnými vlánky, který odpovídal všem požadavkům. Bednění obsahuje jádro a bylo třeba vylít pouze 5 cm silnou skořepinu, přesto nikdo nečekal, že bude spotřeba betonu tak velká. Ale na to, že jsme vytahovali v modelu stěny a pak ještě dolévali dalším betonem, dopadl překvapivě dobře. Kovová konstrukce už bohužel takové štěstí neměla a z firmy jsem jí dostala jako polotovar. Další dva lidé mi jí pomáhali zachránit, aby měla alespoň takovou podobu jako teď. Jeden odbrousil přebytek materiálu a další vysoustružil hliníková jádra, z mojí strany následovalo leštění kotoučem a pastou. Na vytvrdlém betonu jsme podle potřeby srazili horní fazetu, vyvrtali díry a přilepili nerezovou konstrukci pomocí chemické kotvy. Na nerez byla umístěna dřevěná prkna s lazurou a z nich sestavený čtverec s vyfrézovaným reliéfem piktogramu nabíjení.
37
ZÁVĚR ZDROJE
ZÁVĚR Na závěr bych ráda zhodnotila průběh celého projektu a jeho výsledek. Na začátku byla myšlenka funkční sochy, která se i přes tvarové obměny zachovala. Použité materiály jsou stabilní a odpovídají svou životností technologiím tak, aby spolu vše bez problémů korespondovalo. Domnívám se, že z technologického hlediska se mi podařilo vše dodržet tak, aby byl koncept opravdu funkční. I když plnou funkčnost by bylo třeba ověřit přímo na prototypu na ve fotovoltaické laboratoři při simulaci reálných podmínek. Doufám, že se mi podaří jednou tento projekt, ať už s tímto vizuálním řešením nebo s jiným, dostat do výroby a na trh, aby byl dostupný. V některých městech Evropy jsou již podobné koncepty používané, ne však v příliš hojném počtu. Pokud by bylo třeba dimenzovat prototyp pro podmínky jiného podnebí, není to velkou komplikací, i když by samozřejmě bylo třeba dalších hodin práce. Nesnažila jsem se o výrobu prototypu, neboť je to běh na dlouhou trať, ale budu ve snaze pokračovat i po odevzdání této práce. Také by bylo značně problematické stěhovat model nebo prototyp v měřítku 1:1 do školy a případně na instalaci výstavy do vyššího patra. Průběh výroby modelu byl značně problematický, ale dopadl nejlépe, jak bylo za daných podmínek možné.
40
ZDROJE Literární část 1 Czech RE Agency. http://www.czrea.org/cs/druhy-oze (accessed May 18, 2015). 2 Archalous, M. Nazeleno. http://www.nazeleno.cz/energie/energetika/cez-obnovitelne-zdroje-rostou-solarni-a-vetrna-energie-ne.aspx (accessed May 18, 2015). 3 Pandatron.cz. http://pandatron.cz/?4148&zelene_investicni_fondy_v_cesku_i_ve_svete (accessed May 18, 2015). 4 Czech RE Agency. http://www.czrea.org/cs/druhy-oze/fotovoltaika/ (accessed May 18, 2015). 5 Škorpík, J. Transformační technologie. http://www.transformacni-technologie.cz/fosilni-paliva-jejich-vyuziti-v-energetice-a-ekologicke-dopady.html (accessed May 18, 2015). 6 Středoškolská fyzika. http://kvinta-html.wz.cz/fyzika/elektrina_a_magnetismus/elektricky_proud_v_polovodicich/prechod_PN_polovodicova_dioda.htm (accessed May 18, 2015). 7 Kosmák, F. Profi Elektrika. http://elektrika.cz/data/clanky/princip-fotovoltaickeho-clanku (accessed May 18, 2015). 8 Profi PV. http://www.solarninovinky.cz/?zpravy/2012011703/organicke-solarni-clanky-napodobuji-fotosyntezu#.VVd6rJM_bn0 (accessed May 18, 2015). 9 Technická zařízení budov. http://www.tzb-info.cz/tabulky-a-vypocty/99-prumerne-mesicni-doby-slunecniho-svitu-ve-vybranych-lokalitach-cr (accessed May 18, 2015). 10 Liglass solar. http://www.solar-liglass.cz/fotovoltaicke-dotazy-a-odpovedi/93-off-grid-system-fotovoltaicky-panel.html (accessed May 18, 2015). 11 POWER BY PROXI. http://powerbyproxi.com/wireless-charging/ (accessed May 20, 2015). 12 Kůžel, F. Mobilmania. http://www.mobilmania.cz/clanky/qi-bezdratove-nabijeni-postupuje-na-vyssi-level/sc-3-a-1326288/default.aspx (accessed May 20, 2015). 13 EBETON. http://www.ebeton.cz/encyklopedie (accessed May 20, 2015). 14 Ing. Aleš Zeidler, Ph.D. Lexikon dřeva [online]; Fakulta lesnická a dřevařská: Česká zemědělská univerzita v Praze, fld.czu.cz/~zeidler/lexikon_dreva/lexikon_dreva.pdf (accessed May 20, 2015). 15 Parket atelier. http://www.parketatelier.cz/tabulka-tvrdosti-drevin-dle-brinella-81 (accessed May 20, 2015). 16 Prof. Ing. Karel Macek, DrSc; Prof. Ing. Petr Zuna, CSc.; et al. Strojírenské materiály; Vydavatelství ČVUT: Praha, 2003. 17 Ford, M. SCIENTIFIC AMERICAN. http://www.scientificamerican.com/article/how-is-tempered-glass-mad/ (accessed May 20, 2015). 18 Solární panely. solarni-panely.cz/e-shop/fotovoltaicke-panely/fotovoltaicky-solarni-panel-avancis-powermax-130-130-wp (accessed May 20, 2015). 19 Solární panely. http://solarni-panely.cz/e-shop/solarni-akumulatory/solarni-gelovy-akumulator-100ah (accessed May 20, 2015). 20 Štajner, J. Návrh Off-grid systému pro malé odběratelské místo. Diplomová práce, Západočeská univerzita v Plzni, 2013. Obrazová část [1] shutterstock.com [2] http://powerbyproxi.com/wireless-charging/ [3] https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/c1/93/9c/c1939c4dd88f493f2f622c08d45cbf4d.jpg [4] http://www.admagazine.ru/upload/resize_cache_imm/iblock/f40/ff92/2000x1333_Quality97_retretti_bench_small.jpg [5] http://www.escofet.com/upload/proyectos/p21_grande_proyecto_03.jpg [6] http://www.ecofriend.com/wp-content/uploads/2012/07/airtree_0_SNmN1_69.jpg [7] http://m.cdn.blog.hu/ma/manzardcafe/image/eco%20s%C3%A1mli/wifi%20s%C3%A1mli%2002.png [8] http://ekomiko.pl/wp-content/uploads/2013/12/seat-e-white-crop-400x400.jpg [9] http://www.byggfaktadocu.se/10/pdcnewsitem/00/74/37/nyhet_061003.png [10] http://i.blogs.es/8989f2/pylon/2560_3000.jpg [11] https://slice.mit.edu/wp-content/uploads/2011/05/softrocker011.jpg [12] http://www.differentdesign.it/wp-content/uploads/2012/09/panchina-gradinata.jpg [13] https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/39/dd/00/39dd00301dd304ab4c67654529188106.jpg [14] https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/06/c8/1e/06c81ecb681b60f5ed41204bfd30490f.jpg [15] http://img.designswan.com/2011/01/bench/0.jpg [16] http://i1.wp.com/www10.aeccafe.com/blogs/arch-showcase/files/2012/06/02_Aerial-View.jpg [17] http://www.empreintedutemps.fr/boutique/images_produits/dfcvgbhnj45120-z.jpg [18] http://www.origio.cz/img/db/snake.jpg [19] http://www.landscapesupply.com/products/pictures/17811-640-480.jpg [20] http://www.omcdesign.com/?design=761&type=Bench [21] http://www.chap-con.com/sites/default/files/LuminUS_590.jpg [22] http://www.sageindesign.com/wp-content/uploads/2013/01/p1f-430x286.jpg [23] http://img2.bbs.redocn.com/attachments/2013/20131029/20131029_12b693a4f81c8b642551HIIwND9B3s1o.jpg [24] https://www.vepsalainen.com/files/cache/9ccf9fae32f2d22c1bcf0ce7370de10e_f4894.jpg [25] http://www.ekobydleni.eu/i/VANCOUVER.jpg [26] http://byarumsbruk.se/files/Jujol-Bank-smal-bred.jpg [27] http://www.lessmore.it/images/Photo/Dejeuner/Dejeuner-01.jpg [28] http://www.tuotekuva.fi/tuolit/penkki/penkki-kuvat/Penkki-puinen-kuva-01-TuoteKuva.jpg [29] http://www.peltola.fi/images/Viiva1.jpg [30] http://img.archiexpo.com/images_ae/photo-g/public-bench-contemporary-engineered-stone-51516-3888171.jpg [31] http://1.bp.blogspot.com/-Ob_j1Bv9xlo/Uay8Ts4EbrI/AAAAAAAAAJU/4JREierVfso/s1600/Rock+Bench.jpg [32] https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/236x/f0/4a/7a/f04a7a3e2719659fa8215ecb0ff82d6c.jpg [33] http://cdn.homesandhues.com/images/gallery/132/0/132/47_Giddy-Up-With-Lanzavecchia-Wais-Rocking-Seat_0-f.jpg [34] http://www.piksi.kz/sites/default/files/field/image/etree_-_uyutnyy_ugolok_s_wi-fi_2.jpg [35] http://www.czechdesign.cz/files/vecnaneha-0.jpg [36] http://3.imimg.com/data3/OC/SW/MY-13497855/solar-batteries-250x250.jpg [37] http://www.rcmodelymipa.cz/files/pictures/1/d/e/2/6/c/8/1/7/d/_800x600/1de26c817d_b_0.jpg [38] http://www.robofun.ro/image/data/produse/adafruit/inductive-charging-set-5v-500ma-max_0.jpg [39] http://www.elektrosleva.cz/obrazky/whitenergy-napetovy-menic-ac-dc-z-12v-na-230v-150-w-usb-mini-106581.JPG145716 [40] http://g04.a.alicdn.com/kf/HTB1R5YkHFXXXXbrXVXXq6xXFXXX4/200435802/HTB1R5YkHFXXXXbrXVXXq6xXFXXX4.jpg
41
