Integratie van IMEC’s large area zonnecellen in dagdagelijkse producten.
Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Industrieel ontwerpen
Afstudeerrichting Industrieel Ontwerpen Academiejaar 2009-2010
Jan Leyssens
Integratie van IMEC’s large area zonnecellen in dagdagelijkse producten.
Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Industrieel ontwerpen
Afstudeerrichting Industrieel Ontwerpen Academiejaar 2009-2010
Jan Leyssens
VOORWOORD Dit is het verslag van een onderzoek omtrent integratie van zonnecellen in dagdagelijkse toepassingen. Het doel van dit onderzoek is nagaan wat er met de huidige technologie reeds mogelijk is (lees: met zo weinig mogelijk cellen (1 of 2) zo veel mogelijk aansturen). Dit in het achterhoofd houdend kan u volgende tekst met twee focussen lezen: -
-
Onderzoek naar wat er tegenwoordig mogelijk is met de nieuwste zonnecellen (alle elektrische toepassingen die minder verbruiken dan het uiteindelijk bekomen product kunnen ook aangestuurd worden m.b.v. de cellen). Productonderzoek: Uitwerking van de computer van de toekomst, welke evoluties zitten eraan te komen, welke problemen zijn er met de huidige componenten op de markt,…
Tijdens dit onderzoek werd ik intensief geholpen door Jo De Wachter en Imke Debecker (IMEC), Walter Dejonghe (Howest) en Steven Sanders (Quicksand). Ik wil hen hiervoor uitdrukkelijk bedanken, zonder jullie had dit onderzoek niet plaatsgevonden. Ook wil ik Stijn Dejonghe, Varun Ramesh Mani, Alyshia Olsen en Yiyang Li bedankt voor een erg leuke stage waar ik tijd en ruimte kreeg om de verschillende onderzoekstakken van IMEC te ontdekken. Uiteraard bedank ik iedereen die bij dit project betrokken is geweest, met in het bijzonder Koen Snoeckx en Joachim John. Als laatste wil ik mijn vrienden en familie bedanken voor de steun tijdens dit project. In het bijzonder wil ik mijn ouders bedanken voor alles wat ze hebben gedaan. En laatst maar zeker niet minst wil ik mijn vriendin bedanken voor alle steun en liefde die ik kreeg. Anke, bedankt.
Ik hoop dat ik U met dit onderzoek kan boeien, ik wil ook U bedanken voor de moeite die u neemt om deze tekst door te nemen. Veel leesplezier! Jan Leyssens
I
ABSTRACT RESEARCH QUESTION Research in a structured and methodological way the possibility for integration of IMEC large area solar cells in daily used products. The solar cells must create an added value to these products and emphasis the strength of new solar technologies. Try to power as much as possible with 1 or 2 cells.
STRUCTURED AND METHODOLOGICAL This project was handled one step at a time. The project always started from solar cells in combination with everyday products. Once these two were linked together, a scientific based choices was made. The method used for decisions is applied throughout the complete process. In order to create a fully working final prototype, the IFR-method was chosen.
INTEGRATION OF IMEC LARGE AREA SOLAR CELLS With solar cells and their capabilities as the main focus of this project, a computer is developed. Because the main focus are solar cells, the computer is rethought as an application for these cells.
CREATING ADDED VALUE By designing an autonomous laptop that combines virtualization with an enormous freedom of movement, a clear extra value is added to the average laptops. By using only 2 cells for powering the entire computer, the power of IMEC’s thechnology is clearly underlined.
II
INHOUDSOPGAVE Voorwoord ......................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................ II Research question ......................................................................................................... II Structured and methodological ...................................................................................... II Integration of IMEC large area solar cells ...................................................................... II Creating added value..................................................................................................... II Lijst van tabbellen, figuren en kaarten............................................................................. VII 1. INLEIDING .................................................................................................................... 1 1.1 BETROKKEN PARTIJEN ........................................................................................ 1 1.1.1 Howest(1) .......................................................................................................... 1 1.1.2 IMEC(2) ............................................................................................................. 1 1.1.3 RVO-Society(3) ................................................................................................. 2 1.2 Masterproject ........................................................................................................... 2 1.2.1 Aanleiding.......................................................................................................... 2 1.2.2 Situering ............................................................................................................ 2 2. Onderzoeksvraag ......................................................................................................... 3 3. Projectfiche ................................................................................................................... 3 3.1 Wie is betrokken? .................................................................................................... 3 3.1.1 Primaire stakeholders ........................................................................................ 3 3.1.2 Secundaire stakeholders ................................................................................... 3 3.1.3 Verwachtingen van de betrokkenen ................................................................... 4 3.1.4 Meetbaar maken de eisen en wensen ............................................................... 4 3.1.5 Projectfiche........................................................................................................ 4 4. Informatie en analysefase ............................................................................................. 5 4.1 Marktanalyse: producten die gebruik maken van zonnecellen ................................. 5 4.1.1 Zonnepanelen: .................................................................................................. 5 4.1.2 Laders op zonne-energie: .................................................................................. 5 4.1.3 Verlichting op zonne-energie: ............................................................................ 6 4.1.4 Tuinproducten op zonne-energie: ...................................................................... 6 4.1.5 Gadgets op zonne-energie: ............................................................................... 6 4.1.6 Conclusie........................................................................................................... 7 4.2 Doelgroepanalyse .................................................................................................... 7 4.2.1 IMEC bezoekers ................................................................................................ 7 4.2.2 IMEC werknemers: ............................................................................................ 7
III
4.2.3 Moodboards ...................................................................................................... 8 5. Ideegeneratie ................................................................................................................ 9 5.1 High Tech Camping ................................................................................................. 9 5.2 Brainstorm ............................................................................................................... 9 5.3 Wattage charts .......................................................................................................10 6 Beslissingsfase .............................................................................................................11 6.1 keuzematrix ............................................................................................................11 6.2 Tweede schifting: IMEC’s visie ...............................................................................11 6.3 Gekozen concept ....................................................................................................12 7 Exploratiefase ...............................................................................................................13 7.1 Benchmarks computers van de toekomst ...............................................................13 7.1.1 Trendonderzoek ...............................................................................................13 7.1.2 Conclusie..........................................................................................................16 7.2 Virtualisatie .............................................................................................................17 7.2.1 Wat? .................................................................................................................17 7.2.2 Wie? .................................................................................................................17 7.2.3 Remote Desktop Control ..................................................................................17 7.2.4 Chromeos .........................................................................................................18 7.2.5 Conclusie..........................................................................................................19 7.3 Zonnecellen ............................................................................................................19 8. Van idee naar concept .................................................................................................21 8.1 Inspiratie: ................................................................................................................21 8.2 Vormgeving ............................................................................................................21 8.2.1 eerste maquettes ..............................................................................................22 8.2.2 Tweede maquette .............................................................................................22 8.3 Concept ..................................................................................................................27 8.3.1 Functionaliteit ...................................................................................................27 8.3.2 Visualisatie .......................................................................................................27 9. Van concept naar product ............................................................................................29 10.Testfase ......................................................................................................................30 10.1 Basisplatform ........................................................................................................30 10.2 Geteste randapparatuur ........................................................................................31 10.2.1 Input ...............................................................................................................31 10.2.2 Output ............................................................................................................33 10.2.3 OS: Chromeos ................................................................................................36 10.2.4 Conclusie........................................................................................................36 IV
10.3 Eee Pc ..................................................................................................................36 10.3.1 Ontmanteling van de Eee Pc ..........................................................................36 10.3.2 Besluit ............................................................................................................38 10.4 Test mock-up ........................................................................................................38 10.4.1 Concept ..........................................................................................................38 10.4.2 Mock-up..........................................................................................................39 11. Technische Detailuitwerking ......................................................................................42 11.1 Zonnecellen ..........................................................................................................42 11.1.1 Type ...............................................................................................................42 11.1.2 Resultaten ......................................................................................................42 11.1.3 Conclusie........................................................................................................45 11.2 LVBoost ...............................................................................................................45 11.2.1 Wat? ...............................................................................................................45 11.2.2 Waarom? ........................................................................................................46 11.2.3 Tests ..............................................................................................................46 11.2.4 Resultaten ......................................................................................................46 11.2.5 Conclusie........................................................................................................47 11.3 Batterij ..................................................................................................................48 11.3.1 Test ................................................................................................................48 11.3.2 Conclusie........................................................................................................50 11.4 Elektrisch schema.................................................................................................51 11.4.1 Wat moet de schakeling precies doen? ..........................................................51 11.4.2 Testschakeling................................................................................................51 11.4.3 Conclusie........................................................................................................54 11.4.4 Uiteindelijke schakeling ..................................................................................55 12. Mensmaatschappelijke Aspecten ...............................................................................56 12.1 Testen mockups ...................................................................................................56 12.1.1 Uitnemen zonnemodule ..................................................................................56 12.1.2 Wegleggen zonnemodule ...............................................................................58 12.1.3 Terugsteken zonnemodule .............................................................................60 12.2 Testen prototype ...................................................................................................61 12.2.1 Dubbelblinde test ............................................................................................61 13. Vormgeving................................................................................................................62 13.1 Testmaquettes ......................................................................................................62 13.2 Renders ................................................................................................................63 14. Prototype ...................................................................................................................65 V
14.1 Rapid prototyping..................................................................................................65 14.1.1 Wat en waarom? ............................................................................................65 14.1.2 Gekozen materiaal en methode ......................................................................66 14.2 Cad-modellen .......................................................................................................66 14.2.1 Zonnemodule .................................................................................................66 14.2.2 Houder ...........................................................................................................67 14.2.3 Casing onderaan ............................................................................................67 14.3 Prototype ..............................................................................................................68 14.3.1 Verschillende onderdelen ...............................................................................68 14.3.2 Geassembleerd ..............................................................................................71 14.3.3 Gebruik ...........................................................................................................72 16. Besluit ........................................................................................................................73 Bibliografie .......................................................................................................................74
VI
LIJST VAN TABBELLEN, FIGUREN EN KAARTEN FIG. 1: Logo Howest ......................................................................................................... 1 FIG. 2: Logo IMEC ............................................................................................................ 1 FIG. 3: Logo RVO-Society ................................................................................................ 2 FIG. 4: Zonnepanelen ....................................................................................................... 5 FIG. 5: Laders ................................................................................................................... 5 FIG. 6: Verlichting ............................................................................................................. 6 FIG. 7: Tuinproducten ....................................................................................................... 6 FIG. 8: Gadgets ................................................................................................................ 6 FIG. 9: IMEC bezoekers ................................................................................................... 8 FIG. 10: IMEC werknemers............................................................................................... 8 FIG. 11: High Tech Campus - eindhoven .......................................................................... 9 FIG. 12: Brainstorm .........................................................................................................10 FIG. 13: Dell Adamo XPS ................................................................................................13 FIG. 14: Microsoft Courier concept ..................................................................................13 FIG. 15: Rolltop Concept .................................................................................................14 FIG. 16: Membrane Concept............................................................................................14 FIG. 17: Oled Concept .....................................................................................................15 FIG. 18: OlEd Macintosh (fan-art) ....................................................................................15 FIG. 19: Dell Bamboo-eco-computer................................................................................16 FIG. 20: Logo Citrix (47) ..................................................................................................17 FIG. 21: The Chromium Project (48) ................................................................................18 Fig. 22: Chromeos ...........................................................................................................19 FIG. 23: Large area silicium zonnecel ..............................................................................20 Fig. 24: Jefferson desk.....................................................................................................21 FIG. 25: Eerste maquettes ...............................................................................................22 FIG. 26: Basis tweede maquettes ....................................................................................23 FIG. 27: Toetsenbord uit glas...........................................................................................23 FIG. 28: Uitschuifbaar toetsenbord ..................................................................................24 FIG. 29: Los Toetsenbord ................................................................................................24 FIG. 30: Oprolbaar scherm ..............................................................................................25 FIG. 31: Openklapbaar scherm ........................................................................................25 FIG. 32: Miniprojector 3M ................................................................................................26 FIG. 33: Computer compact .............................................................................................27 FIG. 34: Computer laptop-mode ......................................................................................28 FIG. 35: Computer desktop-mode ....................................................................................28 FIG. 36: Eee PC 1005P (Seashell) (51) ...........................................................................30 FIG. 37: diNovo Edge™ van Logitech ..............................................................................32 FIG. 38: O-led technologie van Holst Centre (54) ............................................................33 FIG. 39: E-paper ..............................................................................................................34 FIG. 40: LCD-scherm .......................................................................................................34 FIG. 41: Optomo Pico PK102...........................................................................................35 FIG. 42: Eee Pc ontmanteld: Scherm-scharnier ...............................................................37 FIG. 43: De eee Pc ontmanteld ........................................................................................37 FIG. 44: Concept .............................................................................................................38 FIG. 45: Functionaliteit computer: Laptop- en Desktop-mode ..........................................39 FIG. 46: Testmaquette: gesloten ......................................................................................39 VII
FIG. 47: Testmaquette: geopend .....................................................................................40 FIG. 48: Tesmaquette batterijtest .....................................................................................40 FIG. 49: Testmaquette: positionering ...............................................................................41 FIG. 50: Principeschets positioneringsrails ......................................................................41 FIG. 51: Voorbereiding testopstelling ...............................................................................43 FIG. 52: Meting: Indoor Sun .............................................................................................43 FIG. 53: Meting: Indoor cloudy (serie) ..............................................................................44 FIG. 54: Soltech module met 2 Photovoltech MAXIS cellen in serie.................................44 FIG. 55: MAXIS-cellen: meting outdoor sunny .................................................................45 FIG. 56: LVBoost .............................................................................................................45 FIG. 57: LVBoost modules parallel-geschakeld................................................................47 FIG. 58: Batterij opengewerkt ..........................................................................................48 FIG. 59: Batterij zonder casing .........................................................................................49 FIG. 60: Batterij: contacten verlengd ................................................................................49 FIG. 61: Batterij geïntegreerd...........................................................................................50 FIG. 62: Steven Sanders (Quicksand) .............................................................................51 FIG. 63: Testcircuit (meten van de spanning) ..................................................................52 FIG. 64: Testcircuit ..........................................................................................................53 FIG. 65: Testcircuit aan de batterij gekoppeld ..................................................................53 FIG. 66: Nabootsing van de MAXIS-module ....................................................................54 FIG. 67: Uiteindelijke schakeling en conversies ...............................................................55 FIG. 68: Geleidingsbanen zonnemodule ..........................................................................56 FIG. 69: Magneten voor positionering ..............................................................................57 FIG. 70: Hefboom-principe ...............................................................................................57 FIG. 71: Uitnemen zonnemodule: principeschets .............................................................58 FIG. 72: testopstelling wegleggen ....................................................................................59 FIG. 73: Testopstelling wegleggen ...................................................................................59 FIG. 74: Geleidingsbanen om module gemakkelijk terug te steken ..................................60 FIG. 75: Testmaquette .....................................................................................................62 FIG. 76: Render eindconcept ...........................................................................................63 FIG. 77: Render eindconcept ...........................................................................................63 FIG. 78: Render eindconcept ...........................................................................................64 FIG. 79: 3D printer van Desktop factory ...........................................................................65 FIG. 80: FDM Proces .......................................................................................................66 FIG. 81: zonnemodule CAD-model ..................................................................................66 FIG. 82: Houder CAD-model ............................................................................................67 FIG. 83: Casing onderaan CAD-model ............................................................................67 FIG. 84: Verschillende onderdelen eindmaquette ............................................................68 FIG. 85: 3D-print onderste deel casing ............................................................................68 FIG. 86: 3D-print scherm-cover ........................................................................................69 FIG. 87: 3D-print houder ..................................................................................................69 FIG. 88: 3D-print zonnemodule ........................................................................................70 FIG. 89: 3D-print schuifpaneel .........................................................................................70 FIG. 90: Electronica .........................................................................................................71 FIG. 91: Prototype (gesloten) ...........................................................................................71 FIG. 92: Prototype (open) ................................................................................................72 FIG. 93: Prototype: gebruik ..............................................................................................72
VIII
Tabel 1: Primaire stakeholders ......................................................................................... 3 Tabel 2: Secundaire stakeholders ..................................................................................... 3 Tabel 3: Keuzematrix .......................................................................................................11 Tabel 4: Afweging tweede maquette ................................................................................26 Tabel 5: Samenvattende tabel input.................................................................................32 Tabel 6: Samenvattende tabel output ..............................................................................35 Tabel 7: Metingen IMEC cellen ........................................................................................43 Tabel 8: Batterij: Samenvattende tabel ............................................................................50
IX
1. INLEIDING 1.1 BETROKKEN PARTIJEN Bij dit masterproject zijn er 3 instellingen betrokken. In volgende punten worden deze instellingen kort aangehaald. In de daarna vermelde bijlagen kan u een uitgebreidere uitleg over deze instellingen terugvinden.
1.1.1 HOWEST(1) Onderwijsinstelling en opdrachtgever van de masterstudent Leyssens Jan. -
Promotor Howest: Dejonghe Walter
FIG. 1: LOGO HOWEST
Bijlage 1: Howest
1.1.2 IMEC(2) IMEC is het bedrijf voor wie het uiteindelijke project uitgevoerd zal worden. -
Promotors IMEC: De Wachter Jo & Debecker Imke
FIG. 2: LOGO IMEC
Bijlage 2: IMEC
1
1.1.3 RVO-SOCIETY(3) RVO-Society is IMEC’s communicatiepoort naar de buitenwereld toe. Het gehele masterproject zal gefinancierd worden met een budget geleverd door RVO-Society. -
Promotor RVO-Society: De Jonge Stijn
FIG. 3: LOGO RVO-SOCIETY
Bijlage 3: RVO-Society
1.2 MASTERPROJECT 1.2.1 AANLEIDING Het masterproject is een voortzetting van de stageopdracht van de masterstudent. Tijdens deze stage lag de focus op het toepassen van zonnecellen in nieuwe omgevingen die nog niet ten volle geëxploreerd waren. Tijdens de stage werd een demonstrator ontwikkeld die de werking van zonnecellen duidelijk maakte. Het hierbij aansluitende project zal de combinatie van zonnecellen en dagdagelijkse producten onderzoeken. Bijlage 4, 5 en 6: Stageverslag
1.2.2 SITUERING De exporuimte van IMEC dient om toekomstige klanten en geïnteresseerden in te leiden in de wereld van state-of-the-art technologie. Het grote probleem echter is dat de huidige expo-demonstrators verouderd, lelijk en oninteressant zijn. Het is de bedoeling om een demonstrator te ontwerpen die bezoekers de kracht van IMEC’s technologie laat zien.
2
2. ONDERZOEKSVRAAG Onderzoek op een gestructureerde en methodologische manier de mogelijkheid tot integratie van IMEC’s large area zonnecellen in dagdagelijkse producten. De zonnecellen moeten een duidelijke meerwaarde bieden bij deze producten en de kracht van de bestaande technologieën benadrukken.
3. PROJECTFICHE 3.1 WIE IS BETROKKEN? 3.1.1 PRIMAIRE STAKEHOLDERS Naam Jan Leyssens Dejonghe Walter De Wachter Jo Debecker Imke De Jonge Stijn Snoeckx Koen
Functie/rol Projectleider Promotor PIH Promotor IMEC Promotor IMEC Promotor RVO-Society Communication manager Holst Center
Tel.: +32 493 11 61 07 +32 486 32 30 13 +32 476 96 99 10 +32 497 36 45 07 +32 477 82 35 32
e-mail adres
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]
+31 402 77 40 91
[email protected]
TABEL 1: PRIMAIRE STAKEHOLDERS
3.1.2 SECUNDAIRE STAKEHOLDERS Naam Werknemers IMEC Bezoekers IMEC/RVO-Society Anke Herremans Docenten PIH Leerlingen PIH Steven Sanders
Functie/rol Doelgroep (stimuleren) Doelgroep (interesseren) Eerste feedback Feedback Feedback Ontwerp Hardware
Tel.: /
e-mail adres /
/
/
+32 472 59 60 02 / / +32 476 58 26 12
[email protected] / /
[email protected]
TABEL 2: SECUNDAIRE STAKEHOLDERS
3
3.1.3 VERWACHTINGEN VAN DE BETROKKENEN 3.1.3.1 Eisen -
Ontwerp van een product met large-area siliciumzonnecellen geïntegreerd Het gebruik van zonnecellen geeft het product een duidelijke meerwaarde Volledig werkend prototype Creatie van een demonstrator in IMEC Innovatief ontwerp (Video)blog(4) Scriptie Howest Publicatie Howest
3.1.3.2 Wensen -
Esthetisch aantrekkelijk product Duurzaam product Extra prototype voor portfolio masterstudent
3.1.4 MEETBAAR MAKEN DE EISEN EN WENSEN De verschillende eisen werden vertaald naar objectief meetbare waarden. Hieronder kan u de verschillende onderzoeksvragen die uit de eisen en wensen van de projectfiche voortkwamen terugvinden. -
Worden de zonnecellen toegepast? Laat het ontwerp zien waar IMEC reeds toe in staat is? Is het voorgestelde concept realistisch? Zorgt het gebruik van de zonnecel voor een nieuwe of verbeterde werking/functie? Is het ontwerp ecologisch correct? Blijft het ontwerp uit de gadgetsfeer? (Is er een breed doelpubliek?) Bijlage 7: Meetmethoden verschillende eisen
3.1.5 PROJECTFICHE Voorgaande punten werden samen met de planning en mijlpalen gelijst in een projectfiche die door al de primaire belanghebbenden ondertekend werd. Bijlage 8: Projectfiches
4
4. INFORMATIE EN ANALYSEFASE 4.1 MARKTANALYSE: PRODUCTEN DIE GEBRUIK MAKEN VAN ZONNECELLEN In de markt van producten die gebruik maken van zonnecellen kunnen we 5 grote groepen onderscheiden. In de volgende punten kan u deze groepen terugvinden. In de conclusie krijgt u een globaal overzicht met daarop de focus van dit project (op welke zwakke punten van de markt wordt er ingespeeld?). Bijlage 9: SWOT-analyses markt Bibliografie:(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15).
4.1.1 ZONNEPANELEN:
FIG. 4: ZONNEPANELEN
4.1.2 LADERS OP ZONNE-ENERGIE:
FIG. 5: LADERS
5
4.1.3 VERLICHTING OP ZONNE-ENERGIE:
FIG. 6: VERLICHTING
4.1.4 TUINPRODUCTEN OP ZONNE-ENERGIE:
FIG. 7: TUINPRODUCTEN
4.1.5 GADGETS OP ZONNE-ENERGIE:
FIG. 8: GADGETS
6
4.1.6 CONCLUSIE Uit voorgaand marktonderzoek zijn 5 hoofdpijlers voor dit project afgeleid: -
Nut Functionaliteit Technologie Doelgroep Dynamisch/mobiel
4.2 DOELGROEPANALYSE Het voornaamste doelpubliek voor de demonstrator zijn de bezoekers van IMEC. Omdat de expohal een centraal punt is in het bedrijf worden ook de werknemers van IMEC als secundaire doelgroep beschouwd.
4.2.1 IMEC BEZOEKERS Mede door RVO-Society lopen er bezoekers van alle leeftijden bij IMEC rond. Voor deze opdracht ligt de focus op volwassen zakenmensen die met IMEC samen (willen) werken. Het zijn deze mensen die door de expo overtuigd moeten worden van IMEC’s technologie. -
Leeftijd: Kernwoorden: Geslacht:
30 – 45 jaar Kalm, serieus, trendgevoelig, welvarend Voornamelijk mannelijk
4.2.2 IMEC WERKNEMERS: (16) IMEC stelt erg veel verschillende opleidingen en nationaliteiten te werk. Via de expo worden ze op de hoogte gehouden van andere onderzoeken. -
Leeftijd: Kernwoorden: Geslacht: Nationaliteit:
20 – 60 jaar Kalm, serieus, ingenieur, gefocust Zowel vrouwen als mannen In 2008 had IMEC 60 verschillende nationaliteiten in dienst Bijlage 10: IMEC’s personeel
7
4.2.3 MOODBOARDS
FIG. 9: IMEC BEZOEKERS
FIG. 10: IMEC WERKNEMERS
8
5. IDEEGENERATIE 5.1 HIGH TECH CAMPING -
Wat?
-
Wanneer? Waar? Wie?
-
Dit project?
Onderzoekers, ontwerpers en kunstenaars samenbrengen voor open dialoog en brainstormsessies 23 oktober 2009 Dutch Design Week (DDW) – High Tech Campus Anne Nigten (The patchingzone), Rob Van Kranenburg (The Internet of Things) en Jan Leyssens (Solar Project IMEC) Korte inleiding gevolgd door een groepsbrainstorm met alle aanwezigen
Deze brainstorm sessie is integraal terug te vinden op de blog van dit project. (http://imec-howest.blogspot.com/2009/10/jan-leyssens-dutch-design-week.html) Bijlage 11: Flyer Dutch Design Week – High Tech Camping
FIG. 11: HIGH TECH CAMPUS - EINDHOVEN
5.2 BRAINSTORM Grote brainstorm waarbij dagdagelijkse producten gelinkt werden aan zonnecellen. Deze ideeën zijn uitgebreid terug te vinden in bijlage 12. -
Dryer, Umbrella, Light Sunshading Ice-cream cart Coolbox Free standing cooker Hydro-pump Multi Parasol Garbage can
-
Air Purifier Bike Lights Wind Turbine Solar Airconditioning Solar City map Solar greenhouse Drilling platform High Tech busstop 9
FIG. 12: BRAINSTORM
5.3 WATTAGE CHARTS Wattage charts zijn lijsten die het gemiddelde verbruik van huishoudelijke toestellen weergeven. In Bijlage 13 kan u de samengestelde lijst die werd gebruikt voor deze studie terugvinden. Met deze lijst is er onderzocht welke elektrische producten door IMEC’s zonnecellen aanstuurbaar zijn. Bibliografie: (17)(18)(19)(20)(21)(22)(23)(24)(25)(26)
Na deze studie kwamen er nog twee nieuwe concepten bij (Bijlage 14) die mee in de keuzematrix gestoken konden worden.
10
6 BESLISSINGSFASE 6.1 KEUZEMATRIX Gebruikmakend van vooropgestelde beslissingscriteria (zie meetbaar maken van de eisen), krijgt elk idee een waarde toegekend. We voeren deze waarden in in de keuzematrix: Concept
Dryer, Umbrella, Light Sunshading Ice-cream cart Coolbox Free standing cooker Hydro-pump Multi Parasol Garbage can Air Purifier Bike Lights Wind Turbine Solar Airconditioning Solar City map Solar greenhouse Drilling platform High Tech busstop Solar Headphone Solar Computer
Zonnecellen toegepast?
Laat het concept zien waartoe IMEC in staat is?
Realistisch?
Nieuwe/verbeterde werking/functie?
Ecologisch correct?
Geen gadget?
Totaal Score (max. 6)
0,5
0,5
1
0,5
0
0
2.5
0,5 0,5 1 1
0,5 0,5 0,5 0,5
1 1 1 1
1 1 1 0
1 1 1 0
1 1 0 0
5 5 5.5 2.5
0,5 0,5 1 1 1 0,5 0,5
1 0,5 0 0,5 0 1 0,5
0 1 1 0,5 1 0 0,5
1 0,5 0,5 0 0 0,5 1
1 0 0 0 1 1 0,5
0 0 1 0 1 1 1
3,5 2,5 3,5 2,5 4 4 3
0,5 0,5
0 0,5
1 0
0,5 0,5
0 0
1 0
3 1,5
1
1
0
1
0,5
1
4,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0
0
2
1
0,5
1
1
1
1
5,5
1
0,5
1
1
1
1
5.5
TABEL 3: KEUZEMATRIX
De ideeën die meer dan 4 punten halen: -
Coolbox Solar headphone Solar computer Sunshading Ice-cream cart Drilling platform
5,5 5,5 5,5 5 5 4,5
6.2 TWEEDE SCHIFTING: IMEC’S VISIE Uit de ideeën die realistisch waren en boven de 4 punten scoorden werd door IMEC bekeken wat het dichts aansloot bij IMEC’s visie: “Creating the future, today.” Er werd besloten om verder te werken met het idee Solar computer.
11
6.3 GEKOZEN CONCEPT Het uiteindelijke idee waarvoor gekozen werd is een computer die zijn energie haalt uit het omgevingslicht. Deze computer zou moeten kunnen dienen als prototype voor de nieuwe generatie computers. Omdat de computer erg energiezuinig moet opereren, kunnen we handig inspelen op de huidige virtualisatietrend die heerst in de ICT wereld. In bijlage 15 vindt u een beknopte tijdlijn terug waarin duidelijk de trend van virtualisatie naar voren komt.
Wat betekent dit: -
-
Ultramobiel en inzetbaar in elke situatie: Zowel onderweg (trein, tram, bus,…) als op het werk (schrijven van verslagen, mails nazien,…) als thuis (gamen, films zien, mails bekijken, chatten,…). Doorgedreven virtualisatie: Chromeos of remote desktop control (Citrix). Light-powered: Door het reduceren van energieverbruikende componenten zoals een harde schijf en veel hardware, zal het verbruik van de computer zo dalen dat de computer: Buiten altijd oplaadt (zowel uit- als ingeschakeld) Binnen oplaadt in stand-by of uitgeschakelde modus, slechts erg traag leegloopt in aangeschakelde modus.
Enkele aannamen: Dit project is gebaseerd op de visie van IMEC. IMEC's onderzoek loopt 3 tot 10 jaar voor op de noden van de industrie. Daarmee vormt IMEC een brug tussen fundamenteel onderzoek aan universiteiten en technologische ontwikkelingen in de industrie. Zijn unieke chipproductie- en systeemkennis, intellectuele eigendommen, ultramoderne infrastructuur en een sterk netwerk van partners van over heel de wereld, maken van IMEC een ideale partner om mee samen te werken aan technologie voor de toekomst.
Dit betekent concreet dat er een aantal aannames zijn: -
Binnen afzienbare tijd (3-10 jaar) zal er een globaal (of toch zeker in de westerse wereld) internetdeken zijn dat ervoor zorgt dat iedereen overal toegang kan hebben tot het internet (geoptimaliseerd 3G netwerk).
-
Oude gebruiken zoals datalimieten behoren tot het verleden.
-
De virtualisatie van computers zal binnen afzienbare tijd (3-10 jaar) geoptimaliseerd zijn. Besturingssystemen als Chromeos zullen aan belangrijkheid winnen, wat ervoor zal zorgen dat de grote programmagiganten (Adobe, Microsoft…) ook online versies van hun programma’s zullen leveren.
12
7 EXPLORATIEFASE 7.1 BENCHMARKS COMPUTERS VAN DE TOEKOMST 7.1.1 TRENDONDERZOEK Huidige trends bij nieuwe computerconcepten: -
Ultradun/lightweight computers
FIG. 13: DELL ADAMO XPS
-
Tablet/touchscreens
FIG. 14: MICROSOFT COURIER CONCEPT
13
-
Futuristisch design met veel ronde vormen en afrondingen
FIG. 15: ROLLTOP CONCEPT
FIG. 16: MEMBRANE CONCEPT
14
-
OLED’s
FIG. 17: OLED CONCEPT
FIG. 18: OLED MACINTOSH (FAN-ART)
15
-
Low power, solid state disks (SSD) en flash drives
FIG. 19: DELL BAMBOO-ECO-COMPUTER
7.1.2 CONCLUSIE Een abstractie van voorgaande trends kan vertaald worden naar volgende concrete zaken: -
Low power Langere batterijtijden hogere autonomie Kleinere componenten mobielere modules Strakke, cleane vormgeving invloed Apple
Qua vormgeving en gebruik zal gefocust worden op een ultramobiel ontwerp dat door gebruik van de zonnecellen volledig autonoom wordt. Bibliografie: (27)(28)(29)(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38)
16
7.2 VIRTUALISATIE Bibliografie: (39)(40)(41)(42)(43)(44)(45)(46)
7.2.1 W AT? Outsourcen van rekentaken op het internet: servers gebruiken gemiddeld 20% capaciteit maar wel 100% van hun energie. meer en meer systemen op 1 server PC dient enkel nog om input te sturen naar, en output te ontvangen van die server De huidige virtualisatie-systemen werken nagenoeg synchroon met de servers (d.w.z. dat de input die verstuurd wordt bijna simultaan een output geeft op het scherm).
7.2.2 W IE? Remote Desktop Control: het besturen van een desktop (computer) via een extern internetplatform (server) (Citrix, VMware en RealVNC) Chromeos (Google): OS in de vorm van een browser
7.2.3 REMOTE DESKTOP CONTROL Remote desktop control wordt reeds door een aantal bedrijven aangeboden. De grootste spelers op de markt zijn VMware, RealVNC en Citrix Xendesktop. De softwarespecificaties van deze drie werden vergeleken op: -
Snelheid:
-
Platform:
-
Resolutie: Verbruik:
- Synchronisatie tussen guest en host - Regelbaarheid bandbreedte verbruik - Linux - Windows CE/ Windows Mobile - Macintosh/ Iphone OS 3.0 Instelbaarheid resolutie van de desktop via de software Bandbreedte vs. prestatie
Uit deze vergelijking kwam XenDesktop van Citrix als beste systeem. Dit systeem draait niet enkel op laptops, maar ook op smartphones en zelfs op de nieuwste Ipods. Concreet betekent dit dat we met de hardware configuratie en het verbruik van een Ipod, een computer kunnen maken die even performant (tot zelfs beter) is als de huidige desktop computer.
FIG. 20: LOGO CITRIX (47)
17
7.2.4 CHROMEOS OS van Google (release datum: najaar 2010).
7.2.4.1 Wat? -
OS dat volledig op het internet gericht is (geen desktop meer, enkel browser) Geen opstartprogramma’s en procedures door eenvoudige interface Opstarttijd van max. 7 sec.
7.2.4.2 Hoe? Om het net klaar te stomen voor deze virtuele revolutie kwam Google reeds met een aantal (gratis) virtualisatie toepassingen: -
Google Docs Google Wave Google Talk (chat) …
Er zijn ondertussen ook een hoop andere bedrijven op deze trend gesprongen, en zo zijn er dit jaar meerdere online web-editors bijgekomen, online presentatiesoftware en zelfs tekenprogramma’s. Hierbij moeten we wel steeds indachtig zijn dat grote programma’s zoals CAD-software, Photoshop, rekenprogramma’s,… nog steeds ver weg staan van een virtuele versie. Korte inleiding tot Google Chromeos: http://www.youtube.com/watch?v=0QRO3gKj3qw.
FIG. 21: THE CHROMIUM PROJECT (48)
18
7.2.5 CONCLUSIE Chromeos biedt een volledig nieuwe manier van omgaan met internet en laptops aan. Dit in combinatie met zijn ontwikkelingsfase en goedkope prijs (gratis), maken het een erg geschikt platform om het uiteindelijke concept op te laten werken.
FIG. 22: CHROMEOS
7.3 ZONNECELLEN IMEC is een gerenommeerde waarde in het onderzoek naar zowel silicium als organische zonnecellen. Tijdens dit project wordt er gebruik gemaakt van de door IMEC ontwikkelde large-area silicium cellen. Dit zijn polykristallijne cellen met een piekvermogen van 0,6V (8A) en hebben een afmeting van 15,5x15,5cm. Deze cellen zijn polykristallijne zonnecellen met een piek vermogen van 0.6V (8A). Bijlage 16: Si-based photovoltaics
19
FIG. 23: LARGE AREA SILICIUM ZONNECEL
20
8. VAN IDEE NAAR CONCEPT 8.1 INSPIRATIE: Het idee vertrekt vanuit de trend alles ultramobiel en autonoom te maken. Als inspiratiebron verwijzen we naar de Jefferson desk. Dit middeleeuwse product kan gezien worden als de oervader de huidige laptop. Net als bij de Jefferson desk is het de bedoeling een allesomvattende computer te bekomen die in elke situatie inzetbaar is.
FIG. 24: JEFFERSON DESK
8.2 VORMGEVING Wat vormgeving betreft zijn er een aantal zaken die vaststaan: -
-
Er is een beeld als output nodig. Hoewel de muis en keyboard een verouderde inputmanier zijn, staat spraaktechnologie nog niet op punt. De muis kan mogelijks vervangen worden door een touch screen. Per zonnecel is er een vrije, naar het licht georiënteerde plaats van 15,5x15,5 cm nodig.
21
8.2.1 EERSTE MAQUETTES Snelle mockups uit papier die een eerste vormgeving op een snelle manier visualiseerden.
FIG. 25: EERSTE MAQUETTES
Deze mockups werden gebruikt om na te gaan hoe gebruikers met de vorm omgingen, wat ze het mooiste en wat het meest praktische model vonden.
8.2.1.1 Conclusies -
Zonnecel in het scherm: de gebruiker houdt zijn hand op de zonnecel Grootte van het toetsenbord: een toetsenbord van 15 cm breed is te klein Scherm: voor een zeker comfort is 10” (grens notebook en laptop) aangewezen.
Besluit: nieuwe vormen testen waarbij de zonnecellen in of bij het toetsenbord geïntegreerd zijn. Voordelen:
- optimale ligging van een toetsenbord om licht op te vangen - een toetsenbord wordt niet non-stop aangeraakt - er zijn nog geen computerconcepten waar zonnecellen in het toetsenbord geïntegreerd zijn - nieuwe mogelijkheden voor de vormgeving.
8.2.2 TWEEDE MAQUETTE Zonnecellen geplaatst in een toetsenbordoriëntatie. Vertrekkende van deze basis werd er gezien hoe het toetsenbord en het scherm kan geïntegreerd worden met verschillende modellen. Later kan er gemakkelijk a.d.h.v. de voor- en nadelen van de verschillende modellen de beste keuze gemaakt worden. Op volgende afbeelding kan u de basis van de maquette terugvinden.
22
FIG. 26: BASIS TWEEDE MAQUETTES
8.2.2.1 Verschillende toetsenborden -
Toetsenbord uit glas rechtstreeks op de zonnecel • Voordelen: compact, strak • Nadeel: als je typt leg je erg veel schaduw op de zonnecel
FIG. 27: TOETSENBORD UIT GLAS
23
-
Toetsenbord uitschuifbaar vanonder de zonnecel • Voordelen: Ingeschoven even compact als vorige, uitgeschoven zit je niet in het licht van de cel • Nadeel: Uitgeschoven neemt de computer dubbel zoveel plaats in
FIG. 28: UITSCHUIFBAAR TOETSENBORD
-
Toetsenbord als los onderdeel (al dan niet draadloos) • Voordeel: flexibiliteit • Nadeel: verschillende onderdelen meenemen is niet praktisch.
FIG. 29: LOS TOETSENBORD
24
8.2.2.2 Verschillende Schermen -
Oprolbaar scherm: opgerold vlak achter de zonnecel (Oled) • Voordeel: compact • Nadelen: moeilijk qua hardware, de kans dat het scherm in het licht van de zonnecel staat is reëel
FIG. 30: OPROLBAAR SCHERM
-
Apart openklapbaar scherm • Voordelen: flexibiliteit, kan uit de zon gezet worden (cel alle zon/duidelijk beeld) • Nadelen: draadloos scherm is moeilijk te regelen (en met een draad waarschijnlijk lelijk), extra component meenemen (minder mobiel)
FIG. 31: OPENKLAPBAAR SCHERM
25
-
Mini-beamer: verschillende groottes scherm afhankelijk van plaatsing scherm t.o.v. beamer. • Voordelen: grootte scherm aanpasbaar, als presentatie: scherm weghalen en projecteren op de muur, compact • Nadeel: regelen beamer en scherm op mooie manier is moeilijk, een beamer werkt het best als het donker is, hoog verbruik
FIG. 32: MINIPROJECTOR 3M
8.2.2.3 Conclusies Oprolbaar scherm Toetsenbord uit glas
Uitschuifbaar toetsenbord
Los toetsenbord
Voordeel: Ultracompact Nadelen: Laag rendement, moeilijk realiseerbaar Voordeel: Ultracompact als gesloten, relatief compact als niet in gebruik Nadeel: Moeilijk realiseerbaar Voordeel: flexibiliteit Nadeel: Niet meer compact, draden, moeilijk realiseerbaar
Openklapbaar scherm Voordeel: Hightech, flexibel Nadelen: Moeilijk realiseerbaar, laag rendement
Miniprojector
Voordeel: flexibel Nadeel: Moeilijk realiseerbaar
Voordeel: Relatief compact Nadeel: Hoog verbruik
Voordeel: Ultraflexibel Nadeel: niet compact, erg veel draden
Voordeel: Ultracompact, flexibel Nadeel: Draden, Hoog verbruik
Voordeel: Ultracompact Nadelen: Laag rendement vs. hoog verbruik
TABEL 4: AFWEGING TWEEDE MAQUETTE
26
8.3 CONCEPT 8.3.1 FUNCTIONALITEIT -
Zonnemodule met alle hardware als centraal deel Toetsenbord kan worden uitgeschoven (laptop) of losgenomen (wireless, desktop). Scherm kan uitgerold (laptop) en losgenomen (kabel, desktop) worden. Zonnemodule zelf kan in desktopformatie ook in het licht gelegd worden voor optimaal rendement.
8.3.2 VISUALISATIE
FIG. 33: COMPUTER COMPACT
27
FIG. 34: COMPUTER LAPTOP-MODE
FIG. 35: COMPUTER DESKTOP-MODE
28
9. VAN CONCEPT NAAR PRODUCT Om van het concept naar een werkend prototype te geraken, wordt er gebruik gemaakt van de Ideal Final Result-methode. Deze methode houdt in dat er gestart wordt van een optimaal resultaat dat vereenvoudigd wordt tot een uiteindelijk realiseerbaar product, afgeleid van het concept waarvan vertrokken werd. Bijlage 17: Ideal Final Result: Tutorial
29
10.TESTFASE 10.1 BASISPLATFORM Als basisplatform wordt de Eee PC 1005P gebruikt. Dit is één van de energiezuinigste notebooks (49) die momenteel op de markt is. Aan dit platform worden verschillende randapparaten getest om na te gaan hoe het energieverbruik evolueert. Bijlage 18: Eee PC 1005P: Technische specificaties(50)
FIG. 36: EEE PC 1005P (SEASHELL) (51)
30
10.2 GETESTE RANDAPPARATUUR 10.2.1 INPUT 10.2.1.1 Windows zonder muis Onderzoeksvraag: Is een muis essentieel bij het gebruik van Windows 7? Ervaring: -
Windows besturen zonder muis is mogelijk Met hulpprogramma’s (bv. Colibri – Type Ahead (52)) zelfs sneller via keyboard Keyboardbesturing in een browser of programma is omslachtig
10.2.1.2 Chromeos zonder muis Onderzoeksvraag: Is een muis essentieel bij het gebruik van Chromeos? Ervaring: -
In principe is het mogelijk om door het web te browsen met behulp van enkel een keyboard Sociale netwerksites zijn ontworpen voor gebruik van een muis Google heeft hulpprogramma’s in ontwikkeling, maar nog niet vrijgelaten. (voor Windows gebruikers bestaan er programma’s als Gleebox (53) om deze problemen te verhelpen).
10.2.1.3 Toetsenbord Vereisten: -
Draadloos Ontworpen met het oog op laptop gebruikers Mousepad Snelle manier van opladen Energiezuinig
31
Getest toetsenbord:
FIG. 37: DINOVO EDGE™ VAN LOGITECH
Bijlage 19: Technische specificaties diNovo Edge™
10.2.1.4 Samenvattende tabel Getest Muis weglaten
Voordelen Minder draden, shortcuts
Wireless keyboard met geïntegreerde touchpad Standaard laptopkeyboard met touchpad
Strak, plug-and-play, handig oplaadsysteem, comfortabel Geïntegreerd in de hardware, geen extra energieverbruik, compact, goedkoop
Nadelen Omslachtig, veel tijdsverlies, OS zijn hier nog niet op ontworpen Groot, zwaar, extra batterijen/energieverbruik Niet losstaand
TABEL 5: SAMENVATTENDE TABEL INPUT
32
10.2.2 OUTPUT Voor de output van de computer zal er een scherm gebruikt worden waarop de inhoud visueel zal verschijnen.
10.2.2.1 Oled-scherm Onderzoekscentrum: Holst Centre Locatie:
High Tech Campus - Eindhoven
Contactpersoon:
Koen Snoeckx
Voordelen:
- Energie zuinig - Flexibel - Dun - Licht
Nadelen:
- Nog geen actieve matrixsturing mogelijk (aansturing per pixel) - Moeilijk verkrijgbaar
FIG. 38: O-LED TECHNOLOGIE VAN HOLST CENTRE (54)
10.2.2.2 E-paper Onderzoekscentrum: IMEC Locatie:
Leuven
Contactpersoon:
Stijn De Jonge
Voordelen:
- Erg energie zuinig - Erg goede beeldkwaliteit en kijkhoek (vergelijkbaar met papier) - flexibel - Dun - Kunnen kleuren aan
Nadeel :
- Erg lage verversingssnelheid
33
FIG. 39: E-PAPER
10.2.2.3 Externe LCD- en LED-schermen Voordelen:
- Goedkoop - Relatief dun - Makkelijk aansluitbaar op standaard moederborden
Nadelen:
- Niet energiezuinig - Weinig keuze voor groottes tussen 9 en 12 inch
FIG. 40: LCD-SCHERM
34
10.2.2.4 Mini-beamer Marktspelers:
- 3M - Samsung - Optomo
Gekozen type:
- Optomo Pico PK102
Voordelen:
- Compact - Licht - USB plug-and-play - Projectafstand van 0,2 – 2,63 m
Nadeel:
- Korte batterijduur (2 uur)
FIG. 41: OPTOMO PICO PK102
Bijlage 20: Technische specificaties Optomo Pico PK102
10.2.2.5 Samenvattende tabel Getest Oled-scherm
Voordelen Energie zuinig, flexibel, dun, licht, state of the art
E-paper
Erg energiezuinig, flexibel, dun, licht, goede kijkhoek en resolutie Goedkoop, relatief dun, makkelijk aansluitbaar Compact, licht, plug-andplay, verschillende groottes beeldscherm mogelijk Goedkoop, relatief dun, geïntegreerd in de hardware, geen extra energieverbruik
Externe LCD- en LEDschermen Mini-beamer
Standaard laptopscherm
Nadelen Matrixbesturing pixels lukt nog niet, moeilijk verkrijgbaar Erg lage verversingssnelheid Niet energiezuinig, weinig aanbieders Erg energieverbruikend
Niet losstaand
TABEL 6: SAMENVATTENDE TABEL OUTPUT
35
10.2.3 OS: CHROMEOS Voordelen:
- Erg korte opstarttijd (7sec) - Meteen verbonden met het internet - Erg stabiel (image na updates maart) - Energiezuinig
Nadelen
- Huidige platformen zijn gebouwd op performance, er wordt meer energie gebruikt om alle hardware te laten draaien dan nodig is - Image moet via een Boot sequence ingesteld worden (kan nog niet via harde schijf) - Bèta fase (bugs en errors) - Ook Asus heeft ondertussen een gelijkend OS op zijn Eee PC’s
10.2.4 CONCLUSIE 1. Input: Standaard laptopkeyboard met touchpad: De gebruikte zonnecellen kunnen slechts voldoende energie leveren om de laptop draaiende te houden. Extra energievreters kunnen niet aangekoppeld worden 2. Output: Standaard laptopscherm: Daar de nieuwe, energiezuinige technologieën niet op punt staan kunnen we deze niet gebruiken. Een mini-beamer, LCD- of LEDscherm zal te veel verbruiken (zie bovenstaande reden). 3. OS: Chromeos: Verantwoording terug te vinden in punt 7. Exploratiefase
10.3 EEE PC 10.3.1 ONTMANTELING VAN DE EEE PC Onderzoeksvraag: Kan de Eee PC volledig ontmanteld worden, zodat de hardware te herschikken valt en een nieuwe interface bekomen wordt?
36
Test:
FIG. 42: EEE PC ONTMANTELD: SCHERM-SCHARNIER
FIG. 43: DE EEE PC ONTMANTELD
37
Ervaring: De casing van de Eee PC is zo ontworpen dat de hardware geborgen zit. Het verwijderen van de casing heeft tot rechtstreeks gevolg dat de hardware stuk gaat.
10.3.2 BESLUIT -
De Eee PC moet in zijn huidige configuratie blijven Er wordt een extra casing ontworpen die zowel de zonnecellen en hun circuit als de laptop vasthoudt Er wordt verder gewerkt rond een nieuwe manier om de huidige laptops op te laden.
10.4 TEST MOCK-UP 10.4.1 CONCEPT Wat? -
Laptop met geïntegreerde zonnemodule Zonnemodule omgeeft zonnepanelen, circuit en batterijen Zonnemodule kan ook losgemaakt en op een lichtere plaats gelegd worden
FIG. 44: CONCEPT
38
FIG. 45: FUNCTIONALITEIT COMPUTER: LAPTOP- EN DESKTOP-MODE
10.4.2 MOCK-UP
FIG. 46: TESTMAQUETTE: GESLOTEN
39
FIG. 47: TESTMAQUETTE: GEOPEND
FIG. 48: TESMAQUETTE BATTERIJTEST
40
FIG. 49: TESTMAQUETTE: POSITIONERING
FIG. 50: PRINCIPESCHETS POSITIONERINGSRAILS
41
11. TECHNISCHE DETAILUITWERKING 11.1 ZONNECELLEN 11.1.1 TYPE -
Technologie: Producent zonnecellen:
IMEC Photovoltech
-
Type cel:
MAXIS-cel
-
Afmeting cel: 12,5 x 12,5 cm Producent laminaat: Soltech Aantal cellen en configuratie: 2 in serie geschakelde cellen Afmeting laminaat: 20 x 38 cm
Bijlage 21: Photovoltech: Spin-off van IMEC (55) Bijlage 22: Data sheet MAXIS (56)
11.1.2 RESULTATEN 11.1.2.1 IMEC zonnecellen -
Meettoestel: Fluke 179 EGFID Meetsituaties: Binnen: - TL-verlichting - In het licht (achter glas) - In de zon (achter glas) Buiten:
- Zon - Bewolkt
Opmerking: De cellen zoals deze bij IMEC geproduceerd worden zijn nog niet gebruiksklaar. Om de metingen uit te voeren werden de cellen op een stuk karton geprepareerd. Op de foto’s kan u de testopstelling bekijken.
Resultaten: # cellen 1
Locatie Indoor TL
Spanning (V) 0.242
Stroom (mA) 4.7
1
Outdoor Cloudy
0.5
145
1
Outdoor Sun
0.52
412
1
Indoor Window
0.47
118
1
Indoor Sun
0.5
195
2 (serie)
Outdoor cloudy
0.95
115
2 (serie)
Indoor Cloudy
0.95
100 42
TABEL 7: METINGEN IMEC CELLEN
Conclusie: Algemeen kunnen we stellen dat er een rendementsverlies van ongeveer 80% optreedt wanneer we binnen en buiten vergelijken (binnen kan de cel dus gemiddeld niet meer dan 0.1V (1.5A) meer opwekken).
Foto’s:
FIG. 51: VOORBEREIDING TESTOPSTELLING
FIG. 52: METING: INDOOR SUN
43
FIG. 53: METING: INDOOR CLOUDY (SERIE)
11.1.2.2 Soltech MAXIS-cellen
FIG. 54: SOLTECH MODULE MET 2 PHOTOVOLTECH MAXIS CELLEN IN SERIE
44
FIG. 55: MAXIS-CELLEN: METING OUTDOOR SUNNY
11.1.3 CONCLUSIE -
De cellen halen (in serie) vlot 5V Er zullen nog omvormers nodig zijn om de benodigde stroom te boosten tot het gewenste niveau
11.2 LVBOOST 11.2.1 W AT? -
spanningsomvormer die voltages vanaf 0,5V kan omvormen naar hogere, meer gebruikte voltages (3,3 of 5V). Bijlage 23: Technische specificaties LVBoost (57)
FIG. 56: LVBOOST
45
11.2.2 W AAROM? De reden dat voor LVBoost gekozen is, is zijn erg lage opstartstroom van 0,4mA. Door deze lage stroom wordt de omvormer vaak gebruikt voor solar-toepassingen.
11.2.3 TESTS Het merendeel van de tests werd door Steven Sanders van Quicksand uitgevoerd. Volgende zaken werden getest: a) Werken de LVBoosts beter als ze parallel geplaatst worden? b) Kunnen we via een schakeling met de LVBoosts de batterijen van de Eee Pc rechtstreeks opladen?
11.2.4 RESULTATEN a) Parallel geschakelde LVBoost: 1 LVboost: - 1V input, 1.32A - 5 V output in 32R belasting dus 156mA out - efficiëntie: (156mA*5V)/(1.32A*1V) = 59% 2 LVboost modules in parallel: - de schakeling blijft werken - 1V input, 1.27A - 5 V output in 32R belasting dus 156mA out - efficiëntie: (156mA*5V)/(1.27A*1V) = 61% 3 LVboost modules in parallel: - de schakeling blijft werken - 1V input, 1.22A - 5 V output in 32R belasting dus 156mA out - efficiëntie: (156mA*5V)/(1.22A*1V) = 64% Conclusie: - LVboosts kunnen parallel gezet worden - de efficiëntie is hoger bij meerdere modules in parallel (omdat de modules op een beter werkingspunt opereren i.p.v. op de limiet) Voor de solar panels: Als de 2 panelen in serie 1V/1Ampere zouden leveren, is er in principe genoeg aan 1 LVboost. Het parallel schakelen van de modules verhoogt in deze toepassing alleen de efficiëntie.
46
b) Rechtstreeks opladen: Via 2 draden en een diode wordt ingetapt op de batterijen. Technisch: - vereiste laadspanning over 3 batterijen: 3*4.2V = 12.6V - diode als terugstroom beveiliging: 0.7V verlies - labovoeding levert 13.3V aan 150mA (hetgeen we verwachten uit de solar cells bij maximale belichting, na de LVboost en 2de upconverter) Bemerk: - het laden zie je niet in de Windows balk, dit omdat de laadchip gepasseerd wordt - laden is het meest duidelijk na een stand-by cyclus, bv: * Start: 74% capaciteit, daarna 3uur stand-by + laden aan 150mA, en terug opstarten. Capaciteit is gestegen tot 90% dus laden werkt. Dit indachtig zal het dus ongeveer 19uur zou duren om de volledige batterij op te laden.
11.2.5 CONCLUSIE Hoewel de schakeling waarschijnlijk complexer zal zijn dan oorspronkelijk verwacht, zal het mogelijk blijven om met 2 cellen een laptop draaiende te houden.
FIG. 57: LVBOOST MODULES PARALLEL-GESCHAKELD
47
11.3 BATTERIJ Om steeds een buffer te hebben op de zonnecellen zal er gewerkt worden op de LiPo batterij van de Eee Pc. Voordelen:
- energiezuinig - reeds aangepast aan de laptop
Test:
-kan de batterij uit de laptop gehaald worden en in de zonnemodule gestoken?
Nut:
- Als de batterij in de module zit hebben we een onafhankelijk product dat nu als toepassing de Eee Pc heeft, maar evengoed aan een GSM, grasmaaier, rolstoel,… gehangen kan worden.
11.3.1 TEST 11.3.1.1 Ontmanteling van de batterij De eerste stap naar de integratie van de batterij is de ontmanteling ervan: kan de batterij uiteen gehaald worden zonder de interne schakeling te kwetsen? Op volgende fotoreeks ziet u hoe de batterij gestript werd en verplaatst naar de module.
FIG. 58: BATTERIJ OPENGEWERKT
48
FIG. 59: BATTERIJ ZONDER CASING
FIG. 60: BATTERIJ: CONTACTEN VERLENGD
49
FIG. 61: BATTERIJ GEÏNTEGREERD
11.3.1.3 Samenvattende tabel Voordelen:
Nadelen:
Geïntegreerd in module - module als onafhankelijk product - opening bij laptop kan aanleiding geven tot nieuwe vormgeving - 4 kabels i.p.v. 2 - problemen met sleepcontacten - laptopdeksel wordt zwaar (tegengewichten maken het geheel enkel nog zwaarder)
Vast in laptop - Minder bekabeling (problemen met sleepcontacten) - makkelijker verwerkbaar - logischer zwaartepunt - module is geen onafhankelijk product
TABEL 8: BATTERIJ: SAMENVATTENDE TABEL
11.3.2 CONCLUSIE De batterij zal in de laptop blijven om extra hardware problemen te vermijden.
50
11.4 ELEKTRISCH SCHEMA 11.4.1 W AT MOET DE SCHAKELING PRECIES DOEN? De schakeling zorgt ervoor dat de onstabiele stroom van de zonnecel omgevormd wordt naar een stabiele stroom. Hiervoor zal gebruik gemaakt worden van de parallel geschakelde LVBoost modules met de nodige elektrische componenten.
11.4.2 TESTSCHAKELING Creatie van de testschakeling: de schakeling voor de MAXIS-module is via een trail-anderror-methode opgesteld, zodat we een voor de cellen gepersonaliseerde schakeling bekomen.
FIG. 62: STEVEN SANDERS (QUICKSAND)
51
FIG. 63: TESTCIRCUIT (METEN VAN DE SPANNING)
52
FIG. 64: TESTCIRCUIT
FIG. 65: TESTCIRCUIT AAN DE BATTERIJ GEKOPPELD
53
FIG. 66: NABOOTSING VAN DE MAXIS-MODULE
11.4.3 CONCLUSIE Welke componenten en waarom? -
Startbatterij (NiMh aa-batterij): Om de capacitor (XP Up Convertor, zie hieronder) te starten is er in eerste instantie een piekvermogen nodig. Dit piekvermogen wordt geleverd door een standaard AA NiMh batterij die rechtstreeks op de MAXIS cellen is aangesloten.
-
LVBoost array: Daar de efficiëntie van de LVBoosts stijgt naarmate er meer parallel geschakeld worden, zijn er in de schakeling 8 LVBoosts terug te vinden. Deze array heeft tot doel het omvormen van de door de zonnecel geleverde 1,2V naar de meer standaard gebruikte 5V.
-
XP Up Convertor: Deze capacitor zorgt ervoor dat de 5V van de LVBoosts verdrievoudigd wordt en met 15V naar de balast (LiPo-batterij van de laptop) kan gaan.
54
11.4.4 UITEINDELIJKE SCHAKELING
FIG. 67: UITEINDELIJKE SCHAKELING EN CONVERSIES
55
12. MENSMAATSCHAPPELIJKE ASPECTEN 12.1 TESTEN MOCKUPS 12.1.1 UITNEMEN ZONNEMODULE Daar de zonnemodule een dynamische unit is, moet deze makkelijk van de laptop genomen kunnen worden. Gegeven: module vast aan laptop -
horizontale vergrendeling: geleidingsbanen zonnemodule heeft geen uitsteeksels die gebruikt kunnen worden als aangrijppunt.
Onderzoeksvraag: Ontwerp van een verticale vergrendeling die: -
als de module aan de laptop hangt, zorgt voor een volledige fixatie als de module losgenomen moet worden mee kan helpen dit te verkrijgen
FIG. 68: GELEIDINGSBANEN ZONNEMODULE
12.1.1.1 Magneten Concept: -
twee magneten die de module op zijn plaats houden hefboom zorgt dat de module loskomt van de magneten hefboom zorgt tevens dat er tussen de module en de laptopcasing een speling komt waaraan de gebruiker de module kan vastnemen.
56
Testmaquette:
FIG. 69: MAGNETEN VOOR POSITIONERING
FIG. 70: HEFBOOM-PRINCIPE
57
Conclusie: -
zwakke fixatie (regelbaar door sterkte magneten) te veel druk uitoefenen aan de duim grijpen wordt moeilijker
12.1.1.2 Pengat verbinding Concept: -
fixatie door pen die in een gat zit pen kan door schuifpaneel omhoog getrokken worden schuifpaneel zorgt naast ontgrendeling ook voor steun om de module weg te duwen
Principe schets + testmaquette:
FIG. 71: UITNEMEN ZONNEMODULE: PRINCIPESCHETS
Conclusie: -
goede fixatie makkelijk wegduwen module
Opm.: textuur op het schuifpaneel zorgt voor herkenning!
12.1.2 W EGLEGGEN ZONNEMODULE 12.1.2.1 Opstelling gebruikerstest Testmaquette van de zonnemodule met een koord van 6m (bewegingsvrijheid garanderen) aan de laptop vastgemaakt. Het koord is opgerold in de module zodat de testpersoon niet kan zien hoeveel koord er aanwezig is (de testpersoon niet beïnvloeden). 58
De tests werden steeds bij de personen op het werk, thuis en/of in de tuin uitgevoerd. Dit zorgde voor resultaten in verschillende contexten, op verschillende werkplaatsen. Bijlage 24: Resultaten gebruikerstest: wegleggen zonnemodule
FIG. 72: TESTOPSTELLING WEGLEGGEN
FIG. 73: TESTOPSTELLING WEGLEGGEN
59
12.1.2.2 Conclusie: Zonnemodule gemiddeld 110,5 cm ver gelegd gebruikerscomfort inrekenen: snoer van 2m voorzien. Dit zorgt ervoor dat de gebruiker die de module echt bij het raam wil leggen dit ook kan doen.
12.1.3 TERUGSTEKEN ZONNEMODULE Voor het terugsteken van de zonnemodule moest vooral gefocust worden op de geleidingsbanen. Het sluitsysteem is zo ontworpen dat het automatisch vastklikt als de module op zijn plaats zit. Dit “klikken” is een auditief signaal dat de gebruiker feedback geeft over zijn handeling. Om de module snel in de geleidingsbanen te laten glijden is er gewerkt met een conische vorm. Dit maakt dat de gebruiker gemakkelijker de zonnecel terug kan steken.µ
FIG. 74: GELEIDINGSBANEN OM MODULE GEMAKKELIJK TERUG TE STEKEN
60
12.2 TESTEN PROTOTYPE 12.2.1 DUBBELBLINDE TEST Doel: Nagaan of het gedrag van de gebruiker veranderd door de aanwezigheid van de zonnecellen (zit de gebruiker meer in het licht, maakt hij/zij effectief gebruik van de losneembare zonnemodule?). Test: - uitleg over functionaliteiten ontwerp - enquête omtrent integratie zonnecellen in producten op computer invullen - pop-up met melding batterij bijna leeg Mogelijke resultaten: - de gebruiker negeert bericht - gebruiker vraagt hulp - gebruiker gaat in het licht zitten - gebruiker maakt module los en legt deze in de zon Extra feedback: Ergonomische feedback (vorm en positie schuifknop module, gewicht, afmetingen,…).
61
13. VORMGEVING 13.1 TESTMAQUETTES Nut testmaquettes:
- ergonomische testen - technische testen (past de schakeling en/of de batterij in de module?).
Deze vorm werd aan de hand van de resultaten van deze testen aangepast en in Autodesk Inventor verder uitgetekend. De CAD-files zien er dus hetzelfde uit aan de testmaquettes, met dat verschil dat de scherpe randen afgerond werden.
FIG. 75: TESTMAQUETTE
62
13.2 RENDERS
FIG. 76: RENDER EINDCONCEPT
FIG. 77: RENDER EINDCONCEPT
63
FIG. 78: RENDER EINDCONCEPT
64
14. PROTOTYPE 14.1 RAPID PROTOTYPING 14.1.1 W AT EN WAAROM? Rapid prototyping is het snel tot stand laten komen van een werkend prototype. Veelal gebeurt dit met behulp van een 3D printsysteem. De casing van de computer is ook volgens deze technologie ontstaan. Voordelen:
- snel - gedetailleerd
FIG. 79: 3D PRINTER VAN DESKTOP FACTORY
65
14.1.2 GEKOZEN MATERIAAL EN METHODE Materiaal:
ABS
Methode:
FDM-methode (Fused Deposition Moddeling): De kunststof wordt laag per laag geprint. FDM maakt hoge detaillering en afwerking ook mogelijk. (58)
FIG. 80: FDM PROCES
14.2 CAD-MODELLEN 14.2.1 ZONNEMODULE
FIG. 81: ZONNEMODULE CAD-MODEL
66
14.2.2 HOUDER
FIG. 82: HOUDER CAD-MODEL
14.2.3 CASING ONDERAAN
FIG. 83: CASING ONDERAAN CAD-MODEL
67
14.3 PROTOTYPE 14.3.1 VERSCHILLENDE ONDERDELEN
FIG. 84: VERSCHILLENDE ONDERDELEN EINDMAQUETTE
-
onderste deel
FIG. 85: 3D-PRINT ONDERSTE DEEL CASING
68
-
scherm
FIG. 86: 3D-PRINT SCHERM-COVER
-
bovenste deel
FIG. 87: 3D-PRINT HOUDER
69
-
zonnemodule
FIG. 88: 3D-PRINT ZONNEMODULE
-
schuifpaneel
FIG. 89: 3D-PRINT SCHUIFPANEEL
70
14.3.2 GEASSEMBLEERD
FIG. 90: ELECTRONICA
FIG. 91: PROTOTYPE (GESLOTEN)
71
FIG. 92: PROTOTYPE (OPEN)
14.3.3 GEBRUIK
FIG. 93: PROTOTYPE: GEBRUIK
72
16. BESLUIT Na een grondig marktonderzoek werd besloten om een product te maken dat uit de gadgetsfeer bleef. Er werden verschillende producten gelinkt aan zonnecellen om te zien waar de voordelen van de cellen de nadelen van de producten oplosten. Na een grondig onderbouwde keuze werd verder gewerkt met een light-powered computer die inspeelt op de trend van virtualisatie. Het initiële idee werd uitgewerkt tot een erg futuristisch product dat duidelijk inspeelt op de trends die binnen 5 jaar gangbaar zijn bij computers. Om het geheel realistisch en werkend te houden werd het concept teruggebracht naar zijn essentie: laten zien wat zonnecellen nu reeds kunnen. Het bekomen prototype is een volledig onderbouwde proof of concept. Dit prototype heeft niet enkel tot doel de zonnecellen op een nieuwe manier aan de bezoekers voor te stellen, maar daagt de verschillende gebruikers ook uit om anders na te denken over alternatieve energie. Welke onaangeboorde ideeën zijn er nog omtrent zonne-energie, kan dit doorgetrokken worden naar andere alternatieve energie-vormen,… Met dit project proberen we bezoekers en investeerders te triggeren verder te denken dan wat reeds kan. De ingenieurs van IMEC zien hun onderzoek toegepast in een uitgewerkt product, wat ervoor zorgt dat ze de context met de wereld niet uit het oog verliezen.
73
BIBLIOGRAFIE 1. Howest. Howest. Howest.be | Made in West-Vlaanderen. [Online] [Citaat van: 10 januari 2010.] http://www.howest.be/. 2. IMEC. Home. IMEC. [Online] IMEC. [Citaat van: 10 januari 2010.] www2.imec.be. 3. Isabelle Borremans. Home | RVO-Society. RVO-Society. [Online] [Citaat van: 10 januari 2010.] http://www.rvo-society.be/. 4. Jan Leyssens. IMEC meets Howest. IMEC meets Howest. [Online] http://imechowest.blogspot.com/. 5. Google. Solar powered products - Google Search. Google. [Online] Google. http://images.google.co.uk/images?hl=en&q=solar%20powered%20products&um=1&ie=U TF-8&sa=N&tab=wi. 6. Richard Stubbs. Solar Power Store. Solar Power Answers. [Online] Solar Power Answers, 2008. http://www.solar-power-answers.co.uk/products.php. 7. Solar Centre. Solar: Lights & Lighting, Chargers, Gadgets, Power Products & Panels. The Solar Centre. [Online] The Solar Centre. http://www.thesolarcentre.co.uk/. 8. FreshAirTimes. Environmental News, Eco-friendly Gadgets - FreshAirTimes.eu. FreshAirTimes. [Online] FreshAirTimes, 25 mei 2009. http://www.freshairtimes.eu/tag/solar-energy/. 9. The Glow Company. Solar Power Products | The Glow Company. The Glow Company. [Online] Glow Sticks. http://www.glow.co.uk/acatalog/SOLAR-POWER.html. 10. Kris De Decker. Lowtech Magazine: Zonne-energie. Lowtech Magazine. [Online] Lowtech Magazine, 24 oktober 2009. http://www.lowtechmagazine.be/zonneenergie/. 11. Google Products. solar products - Google Product Search. Google Product. [Online] Google. http://www.google.co.uk/products?hl=en&q=solar+products&um=1&ie=UTF8&ei=FVYyS65D5TKjAeAt7DYAg&sa=X&oi=product_result_group&ct=title&resnum=3&ved=0CCoQrQ QwAg. 12. Select Solar. Welcome to Select Solar :: Stockist of solar panels for business and leisure :. Select Solar. [Online] Select Solar. http://www.selectsolar.co.uk/. 13. Sun Shine Solar. Solar Panels by Sun Shine Sloar. Sunshine Solar. [Online] Sunshine Solar(tm). http://www.sunshinesolar.co.uk/. 14. Outdoor GB. Toys, Games & Gadgets. Outdoor GB. [Online] Outdoor GB. http://www.outdoorgb.com/c/solar_toys/. 15. Tango Group. Wind Up Radios, Torches, Solar and Water Powered Products, UK Tango Group -. Tango Group. [Online] Tango Group. http://www.tangogroup.net/. 16. Hanne Degans, Jan Provoost. Jaarverslag 08. Leuven : IMEC, 2009.
74
17. Jonathan Z Kremer. Wattage Chart. Megavolt. [Online] Megavolt. http://www.megavolt.co.il/Tips_and_info/appliance.html. 18. Don Rowe. Watt Used by Appliances & Tools - DonRowe.com. DonRowe.com. [Online] Don Rowe. http://www.donrowe.com/inverters/usage_chart.html. 19. Elder, Jim. Power Consumption of Some Household Appliances. web.ncf. [Online] web.ncf, oktober 2006. http://web.ncf.ca/jim/misc/killawatt/index.html. 20. Tim Carter. Common Wattage of Household Appliances. askthebuilder.com. [Online] Ask the Builder. http://www.askthebuilder.com/B178_Common_Wattage_of_Household_Appliances.shtml. 21. Alternative Heating Info. Houshold Appliance Wattage Chart. Alternative-HeatingInfo.com. [Online] Alternative Heating Info. http://www.alternative-heatinginfo.com/household_appliance_wattage_chart.html. 22. Google Search. watt chart - Google zoeken. Google. [Online] Google. http://www.google.be/search?rlz=1C1CHMB_nlBE346BE346&sourceid=chrome&ie=UTF8&q=watt+chart. 23. —. appliance wattage chart - Google zoeken. Google. [Online] Google. http://www.google.be/search?hl=nl&rlz=1C1CHMB_nlBE346BE346&q=appliance+wattage +chart&revid=711073713&ei=cSDoStSYFdjajQeVxtSsCA&sa=X&oi=revisions_inline&resn um=0&ct=broad-revision&cd=1&ved=0CDoQ1QIoAA. 24. The Eardly T. Petersen Company. Generator Wattage Chart. etpetersen. [Online] The Eardly T. Petersen Company. http://www.etpetersen.com/ope/genwat.htm. 25. Solarplexus. Load Chart. Solarplexus. [Online] Solarplexus. http://www.solarplexus1.com/load/index.php. 26. Solar KM Canada. Home Products Packages Watt Char. Solar KM Canada. [Online] Solar KM Canada. http://www.solarkmcanada.com/watt.aspx. 27. Fan.tv. Fan.tv | De Digitale Revolutie | Superdunne Dell Adamo XPS. Fan.tv. [Online] Fan.tv. http://www.fan.tv/digitaal/toontext.asp?id=27598. 28. Geuens, Jeroen. Dell lanceert Adamo XPS-laptop - news - ZDNet. ZDNet. [Online] ZDNet, 6 november 2009. http://www.zdnet.be/news/109875/dell-lanceert-adamo-xpslaptop. 29. Stern, Joanna. Dell Adamo XPS: Half As Thick As Air - Dell Adamo XPS - Gizmodo. gizmodo. [Online] gizmodo. 30. Redactie ZDNet. Intel X25-M G2 160 GB - reviews - ZDNet. ZDNet. [Online] ZDNet, 9 november 2009. http://www.zdnet.be/reviews/109894/intel-x25-m-g2-160-gb. 31. Stern, Joanna. First Look: OLPC XO-2. blog.laptopmag. [Online] LAPTOP, 20 mei 2008. http://blog.laptopmag.com/first-look-olpc-xo-generation-20.
75
32. Orkin-design. Youtube - Future Designer laptop - ROLLTOP //Diploma Thesis//. Youtube.com. [Online] Youtube, 17 september 2009. http://www.youtube.com/watch?v=7H0K1k54t6A&feature=player_embedded. 33. Google Search. computer concept - Google zoeken. Google. [Online] Google. http://images.google.be/images?rlz=1C1CHMB_nlBE346BE346&sourceid=chrome&q=co mputer%20concept&safe=on&um=1&ie=UTF-8&sa=N&hl=nl&tab=wi. 34. Ruud. compenion | The IT Factory. the IT Factory. [Online] the IT Factory, 19 januari 2009. http://www.theitfactory.net/blog/2009/01/compenion/. 35. Chris Davies. Concept - SlashGear. SlashGear. [Online] SlashGear, 18 december 2009. http://www.slashgear.com/tags/concept/. 36. Editor. "Tablet Mac Computer".. A Genius of a concept! LuxuryLaunches. [Online] LuxuryLaunches, 8 juli 2008. http://www.luxurylaunches.com/gadgets/tablet_mac_computera_genius_of_a_concept.ph p. 37. My Digital Life. Samsung Concept PCs -- Future Of Computers >> My Digital Life. My Digital Life. [Online] My Digital Life, 17 april 2007. http://www.mydigitallife.info/2007/04/19/samsung-concept-pcs-future-of-computers/. 38. Go-green. go-green-pc.co.uk offers green computer systems, eco friendly, low energy eco friendly computers. Atom N330 N230 Systems. go-green.com. [Online] go-green. http://www.go-green-pc.co.uk/. 39. Virtuele computer in de huiskamer. EOS - magazine. België : Eos / Scientific American / Psyche&Brein BELGIE, 2009. 40. VMware. VMware Virtualization Software for Desktops, Servers & Virtual Machines for a Private Cloud. VMware. [Online] VMware. http://www.vmware.com/. 41. RealVNC. RealVNC - VNC(r) remote control software. RealVNC. [Online] RealVNC. http://www.realvnc.com/. 42. Citrix XenDesktop. Citrix XenDesktop 4 - the virtual desktop revolution is here. Citrix XenDesktop. [Online] Citrix. http://www.citrix.com/lang/English/lp/lp_1858751.asp?ntref=hp_promo_1. 43. Googlechrome. Youtube - What i Google Chrome OS? Youtube. [Online] Google, 18 november 2009. http://www.youtube.com/watch?v=0QRO3gKj3qw. 44. Editor. Google Chrome OS - Is this the future? dedoimedo.com. [Online] dedoimedo.com. http://www.dedoimedo.com/computers/google-chrome-os.html. 45. MG Siegler. Live From Google's Chrome OS Event. TechCrunch. [Online] TechCrunch, 19 november 2009. http://techcrunch.com/2009/11/19/chrome-os-event/. 46. —. Google Drops A Nuclear Bomb On Microsoft. And It's Made of Chrome. TechCrunch. [Online] Techcrunch, 7 juli 2009. http://techcrunch.com/2009/07/07/googledrops-a-nuclear-bomb-on-microsoft-and-its-made-of-chrome/. 76
47. Citrix. Citrix Systems Virtualization, Network and Cloud. Simplified. Citrix. [Online] Citrix. http://citrix.com/lang/English/home.asp. 48. Google Sites. Chromium OS (The Chromium Projects). Chromium. [Online] Google, november 2009. http://www.chromium.org/chromium-os. 49. cdriver. Power consumption of the Eee PC [EeeUser Eee PC Wiki]. wiki.eeeuser.com. [Online] 25 oktober 2008. http://wiki.eeeuser.com/hardware_power_consumption. 50. Top Product. Asus Eee PC 1005P (Seashell) - Reviews, specificaties en prijzen. TopProducts.nl. [Online] TOP products, 2009. [Citaat van: 8 februari 2010.] http://www.topproduct.nl/hardware/netbooks/Asus_Eee_PC_1005P/Eee_PC_1005P_(Sea shell)/id/3991680/specificaties.html. 51. ASUS. ASUSTeK Computer Inc. Eee PC 1005P (Seashell). Asus.com. [Online] ASUS. http://www.asus.com/product.aspx?P_ID=zNIiqr35mY7CBZCp. 52. Michael Walter. Colibri - Type Ahead. colibri.leetspeak.org. [Online] Colibri, 2005. http://colibri.leetspeak.org/whatsnew/. 53. gleeBox. gleeBox: Keyboard glee for your web. thegleebox.com. [Online] gleeBox, 2010. http://thegleebox.com/. 54. Holst Centre. Holst Centre ' Open innovation by IMEC and TNO. holstcentre.com. [Online] Holst Centre. http://www.holstcentre.com/. 55. IMEC. Imec - Photovoltech. Imec.be. [Online] IMEC, 2008. [Citaat van: 2 mei 2010.] http://www.imec.be/ScientificReport/SR2008/HTML/1225189.html. 56. Photovoltech. Data sheet MAXIS - MULTICRYSTALLINE SILICON SOLAR CELL. [Data sheet] België : Photovoltech nv-sa, 2010. 57. Dimension Engineering. LVBoost. [PDF] sl : Dimension Engineering, 2010. 58. Materialise. FDM- Fused Deposition Modelling Prototyping. Materialise.com. [Online] Materialise. http://www.materialise.com/fused-deposition-modelling. 59. Olin College. Home. Franklin W. Olin College of Engineering. [Online] [Citaat van: 10 januari 2010.] http://www.olin.edu/. 60. IMEC. 2009 - IMEC. IMEC. [Online] [Citaat van: 10 januari 2010.] http://www2.imec.be/be_nl/pers/evenementen/2009/demo-avond-zonnecellen.html. 61. Logitech. diNovo Edge(tm). Logitech.com. [Online] Logitech. http://www.logitech.com/en-us/keyboards/keyboard/devices/192. 62. Henderson, Tom. Citrix XenDesktop 4 review - Techworld.com. Techworld.com. [Online] Citrix, 10 Januari 2010. [Citaat van: 7 februari 2010.] http://review.techworld.com/virtualisation/3210157/citrix-xendesktop-4-review/.
77
Bijlagen
1
INHOUDSOPGAVE Lijst met figuren, tabellen en kaarten ................................................................................ 4 Bijlage 1: Howest .............................................................................................................. 6 Bijlage 2: IMEC ................................................................................................................. 7 Bijlage 3: RVO-Society ..................................................................................................... 8 Bijlage 4: Stageverslag ..................................................................................................... 9 4.1 Planning .................................................................................................................. 9 4.2 Opdrachtstelling/doel ............................................................................................... 9 4.3 Verslag .................................................................................................................... 9 4.4 Uiteindelijk concept .................................................................................................10 4.5 uiteindelijk model: ...................................................................................................10 Bijlage 5: Franklin W. Olin College of Engineering ...........................................................11 Bijlage 6: Olin-studenten ..................................................................................................12 6.1 Varun Ramesh Mani ...............................................................................................12 6.2 Alyshia Olsen..........................................................................................................12 6.3 Yiyang Li: ................................................................................................................12 Bijlage 7: Meetmethoden verschillende eisen ..................................................................13 7.1 Worden de zonnecellen toegepast? ........................................................................13 7.2 Laat het ontwerp zien waar IMEC reeds toe in staat is?..........................................13 7.3 Is het voorgestelde concept realistisch? .................................................................13 7.4 Zorgt het gebruik van de zonnecel voor een nieuwe of verbeterde werking/functie? .....................................................................................................................................14 7.5 Is het ontwerp ecologisch correct? ..........................................................................14 7.6 Blijft het ontwerp uit de gadgetsfeer? (Is er een breed doelpubliek?) ......................14 Bijlage 8: projectfiche .......................................................................................................15 Bijlage 9: SWOT-analyses markt .....................................................................................19 9.1 Zonnepanelen.........................................................................................................19 9.2 Laders op zonne-energie ........................................................................................19 9.3 Verlichting op zonne-energie ..................................................................................20 9.4 Tuinproducten op zonne-energie ............................................................................20 9.5 Gadgets op zonne-energie .....................................................................................21 Bijlage 10: IMEC’s personeel ...........................................................................................22 Bijlage 11: Flyer Dutch Design Week – High Tech Camping ............................................23 Bijlage 12: Ideegeneratie .................................................................................................25 Bijlage 13: Wattage chart .................................................................................................33 Bijlage 14: extra ideeën na wattage charts.......................................................................34 2
Bijlage 15: Tijdslijn computerinnovaties ...........................................................................35 Bijlage 16: Si-based photovoltaics ...................................................................................36 16.1 Introduction ...........................................................................................................36 16.2 Si solar cells on very thin substrates .....................................................................36 16.3 Si-foils ...................................................................................................................39 16.4 Thin-film epitaxial Si solar cells .............................................................................40 16.5 Thin-film silicon solar cells on foreign substrate ....................................................41 16.6 Solar cells for ambient intelligence applications ....................................................42 16.7 Conclusion ............................................................................................................42 Bijlage 17: Ideal Final Result: Tutorial ..............................................................................44 Bijlage 18: Eee PC 1005P: Technische specificaties .......................................................46 Bijlage 19: Technische specificatie diNovo Edge™ ..........................................................49 Bijlage 20: Technische specificaties Optomo pico PK102 ................................................50 Bijlage 21: Photovoltech: Spin-off van IMEC ....................................................................51 Bijlage 22: Data sheet MAXIS ..........................................................................................52 Bijlage 23: Technische specificaties LVBoost ..................................................................55 Bijlage 24: Resultaten gebruikerstest: Wegleggen zonnemodule .....................................59 Bijlage 25: Productfiche ...................................................................................................60
3
LIJST MET FIGUREN, TABELLEN EN KAARTEN FIG. 1: Logo Howest ......................................................................................................... 6 FIG. 2: Logo IMEC ............................................................................................................ 7 FIG. 3: Logo RVO-Society ................................................................................................ 8 FIG. 4: Solar demonstrator ..............................................................................................10 FIG. 5: Logo Olin College ................................................................................................11 FIG. 6: Varun Ramesh Mani ............................................................................................... FIG. 7: Alyshia Olsen .......................................................................................................... FIG. 8: Yiyang Li ................................................................................................................. FIG. 9: Zonnecellen toegepast? .......................................................................................13 FIG. 10: Added value IMEC? ...........................................................................................13 FIG. 11: Uitvoerbaar? ......................................................................................................13 FIG. 12: Optimalisatie? ....................................................................................................14 FIG. 13: Ecologisch aspect ..............................................................................................14 FIG. 14: Gadget? .............................................................................................................14 FIG. 15: SWOT zonnepanelen .........................................................................................19 FIG. 16: SWOT laders .....................................................................................................19 FIG. 17: SWOT verlichting ...............................................................................................20 FIG. 18: SWOT tuinproducten..........................................................................................20 FIG. 19: SWOT gadgets ..................................................................................................21 FIG. 20: Werknemers IMEC ................................................................................................ FIG. 21: DDW - High tech camping flyer p1 .....................................................................23 FIG. 22: DDW - High tech camping flyer p2 .....................................................................24 FIG. 23: Dryer, Umbrella, Light ........................................................................................25 FIG. 24: Sunshading ........................................................................................................25 FIG. 25: Ice-cream cart ....................................................................................................26 FIG. 26: Coolbox..............................................................................................................26 FIG. 27: Free standing cooker .........................................................................................27 FIG. 28: Hydro-pump .......................................................................................................27 FIG. 29: Multi parasol.......................................................................................................28 FIG. 30: Garbage can ......................................................................................................28 FIG. 31: Air Purifier ..........................................................................................................29 FIG. 32: Bike lights ..........................................................................................................29 FIG. 33: Wind turbine .......................................................................................................30 FIG. 34: Solar airconditioning...........................................................................................30 FIG. 35: Solar city-map ....................................................................................................31 FIG. 36: Solar greenhouse ...............................................................................................31 FIG. 37: Drilling platform ..................................................................................................32 FIG. 38: High Tech busstop .............................................................................................32 FIG. 39: Solar headphone ................................................................................................34 FIG. 40: Solar computer...................................................................................................34 FIG. 41: Geschiedenis van de computer ..........................................................................35 Fig. 42: Top and side views of 80µm thick i-PERC cells with screenprinted contacts. Note that in spite of the extreme thickness of these cells, they do not show any warpage. .......38 Fig. 43: Apparent lifetime curves of 3 neighboring electromagnetically cast (EMC) Si samples. The different degree of bulk passivation can be either noticed from the different bulk lifetimes, the shifting of the onset of the artificial effects and the different .................39 4
Fig. 44: Scanning electron microscope cross-section of a chirped porous silicon reflector. Note that the period of the structure is lower close to the top surface in comparison with the bottom surface. ..........................................................................................................41 Fig. 45: Cell efficiency versus illumination (expressed in equivalent suns) for p- and n-type silicon cells. .....................................................................................................................42 FIG. 46: View on the new production line of Photovoltech ...............................................51 FIG. 47: MAXIS cel ............................................................................................................. FIG. 48: Dimensions MAXIS cel.......................................................................................53 FIG. 49: Electrical characteistics MAXIS-cel ....................................................................54 FIG. 50: Dimension Engineering ......................................................................................... FIG. 51: LVBoost: Mechanical drawing ............................................................................56 FIG. 52: LVBoost: Efficiency curve at 3.3V Out ................................................................58 FIG. 53: LVBoost: Efficiency curve at 5V Out ...................................................................58 FIG. 54: Productfiche p1 ..................................................................................................60 FIG. 55: Productfiche p2 ..................................................................................................61
Tabel 1: Projectteam ........................................................................................................16 Tabel 2: Wattage chart.....................................................................................................33 Tabel 3: Technische specificaties Eee PC 1005P (Seashell) ...........................................46 Tabel 4: Technische specificaties diNovo Edge™............................................................49 Tabel 5: Technische specificaties Optomo Pico PK102 ...................................................50 Tabel 6: Cell description Multicrystalline silicon solar cell STD156-AB .............................52 Tabel 7: Electrical data MAXIS-cel ...................................................................................53 Tabel 8: LVBoost: Characteristics ....................................................................................56 Tabel 9: LVBoost: Current handling capabilities ...............................................................57 Tabel 10: Meetresultaten wegleggen zonnemodule .........................................................59
5
BIJLAGE 1: HOWEST
FIG. 1: LOGO HOWEST
Missie van de Howest: -
Howest wil praktijkgericht en kwaliteitsvol hoger onderwijs verstrekken dat nauw aansluit bij de beroepsmatige en maatschappelijke noden.
-
In haar onderwijsopdracht engageert Howest zich om mensen op te leiden en te vormen. Daarbij wil de hogeschool ook werk maken van de vorming van sociale vaardigheden. Howest gelooft dat de internationale dimensie daarin een duidelijke meerwaarde heeft.
-
Howest wil gericht de vraag naar permanente en levenslange vorming beantwoorden.
-
Howest wil haar maatschappelijke opdracht verwezenlijken als een wisselwerking tussen onderwijs enerzijds en toegepast wetenschappelijk onderzoek en maatschappelijke dienstverlening anderzijds. De Hogeschool wil uitgroeien tot een open kennis- en leercentrum in samenwerking met regionale partners.
-
Howest wil een studentgerichte en flexibele organisatie zijn, die streeft naar voortdurende kwaliteitsverbetering. Hierbij stelt de Hogeschool de student centraal in het onderwijsproces en wordt hij/zij als partner in het bestuur betrokken.
-
Howest wil een participatief en teamgericht personeelsbeleid voeren, waarin zij het personeel verantwoordelijkheid en inspraak geeft. De Hogeschool engageert zich tot het zorgen voor het welzijn van haar personeel en het aanbieden van ontplooiingskansen binnen een lerende organisatie.
-
Howest staat actief voor pluralisme, democratie en vernieuwing, waarin waarden als toegankelijkheid, verdraagzaamheid, respect voor andere meningen, samenwerking, solidariteit en creativiteit centraal staan.
Contactpersoon Howest campus PIH: Dejonghe Walter Tel.: +32 486 32 30 13 E-mail:
[email protected]
6
BIJLAGE 2: IMEC
FIG. 2: LOGO IMEC
Korte inleiding tot IMEC: IMEC is Europa's grootste onafhankelijk onderzoekscentrum in nano-elektronica en nanotechnologie. Meer dan 1650 werknemers van over de hele wereld werken op de IMEC campus. IMEC's onderzoek wordt toegepast in betere gezondheidzorg, slimme elektronica, hernieuwbare energie en veiliger transport. Het onderzoekscentrum telt meer dan 1650 medewerkers waarvan meer dan 550 industriële residenten en gastonderzoekers. In 2008 bedroeg IMEC's budget (P&L) 270 miljoen euro. Naast nano-technologie is IMEC ook actief op heel wat andere vlakken. Hieronder krijgt u een kort overzicht van IMEC's belangrijkste onderzoeken: -
Verkleinen van chipsbouwstenen
-
Heterogene integratie op chips
-
Draadloze communicatie
-
Zonnecellen
-
Organische elektronica
-
Biomedische elektronica - HUMAN++
-
Neuroelektronica onderzoek - NERF
-
Autonome draadloze sensorsystemen.
Contactpersonen in IMEC: Debecker Imke Tel.: +32 497 36 45 07 E-mail:
[email protected] Dewachter Jo Tel.: +32 476 96 99 10 E-mail:
[email protected] 7
BIJLAGE 3: RVO-SOCIETY
FIG. 3: LOGO RVO-SOCIETY
Doel RVO-Society: "Jongeren voorbereiden op hun leven, op de wereld van morgen, dat is onze focus. Zonder last van vooroordelen, en open voor al wat op hen afkomt, zijn jonge gasten onze hoop. Onze hoop op bewuste mensen die later zelf de toekomst zijn en garanderen. RVO-Society wil alle jongeren op een positieve manier confronteren met techniek en wetenschap. Niet om zoveel mogelijk ingenieurs of wetenschappers af te leveren. Wel omdat techniek een middel is om talenten te ontdekken en belangrijk is bij de persoonlijkheidsontwikkelingen talent voor techniek leidt tot een positieve keuze en veel goesting voor het vak. Onze wereld heeft nood aan onderzoekers met een duurzame aanpak en visie. Wetenschappers die zoeken naar antwoorden en anticiperen op de toekomst. Met kennis van zaken, met een creatieve visie en openheid, met nano- en bioscience kunnen zij zorgen voor de continuïteit van de mens en het leven."
Contactpersoon bij RVO-Society: De Jonge Stijn Tel.: +32 477 82 35 32 E-mail:
[email protected] 8
BIJLAGE 4: STAGEVERSLAG 4.1 PLANNING De opdracht begon voor de studenten van het Olin college (Varun Ramesh Mani, Alyshia Olsen en Yiyang Li) in juni. Ikzelf heb met de groep kennis gemaakt op 24 juni tijdens een bezoek aan de productie van Photovoltech. De stage zelf liep van woensdag 1 juli tot en met vrijdag 31 juli. Op 22 oktober werd de uiteindelijk bekomen demonstrator voorgesteld aan het grote publiek tijden IMEC’s demoavond over zonnecellen.
4.2 OPDRACHTSTELLING/DOEL Het doel van het project dat de Olin-studenten gekregen hadden was: de grote massa bewust maken van de kracht en toepassingsmogelijkheden van zonne-energie. Een budget van €20.000,00 werd vrijgemaakt om dit project financieel te ondersteunen. Mijn persoonlijke opdrachtstelling was meehelpen bij het verder uitbouwen van een door de Olin-studenten bedacht concept, en dit in een presentabele vorm gieten.
4.3 VERSLAG Bijlage 5: Olin College Bijlage 6: Profiel Olin-studenten
Ik kwam in juli binnen bij een groep die al een maand met dit project bezig was. Ik had nog maar erg weinig kennis van de technologie achter zonnecellen, wat mij initieel de perfecte testpersoon maakte om te toetsen of de eerste concepten niet te abstract of onverstaanbaar waren voor leken. Door de verscheidenheid in afkomst en opleiding was dit project voornamelijk een oefening in werken met een multidisciplinair team en mijn rol hierin. De perceptie en gewoonten van Amerikanen (de drie Olin-studenten woonden al even in de Verenigde Staten) zijn, ondanks dat we beiden genoegzaam de westerse wereld genoemd worden, erg verschillend van de onze. Dit zorgde vooral voor veel vertaalwerk van onze gewoonten naar ideeën van de Olinstudenten. Omdat ook RVO-Society duidelijk mee in het verhaal zat, besloten we na veel en lange brainstorms om een educatieve demonstrator te bouwen. Onze uiteindelijke focus lag op een abstractie van het fotovoltaïsche effect dat aan de basis ligt van de werking van een zonnecel. Mijn taak bestond erin de abstractie om te zetten naar een visueel mooi prototype dat het midden hield tussen een wetenschappelijk model en een design piece. 9
Na verscheidene tests onder mijn leiding werd het uiteindelijk CAD model opgebouwd onder de supervisie van Varun. Hij zorgde door een combinatie van CAE en tests dat het uiteindelijke model zou reageren zoals verwacht werd. De verschillende onderdelen van het uiteindelijk model werden gecreëerd door Teblick, het grootste deel van de assemblage werd in oktober door Varun uitgevoerd.
4.4 UITEINDELIJK CONCEPT Het uiteindelijke concept is een zonnecel die de absorptie van fotonen toont. Een zon laat fotonen neervallen op de cel (in de vorm van knikkers). Deze fotonen worden ofwel opgenomen in de cel zonder effect (dit symboliseert een te kleine energiewaarde), ofwel komen ze in botsing met de elektronen die hierdoor naar een hogere energiebaan gekatapulteerd worden. Het terugvallen van de elektronen gaat gepaard met een vrijlating van energie (gesymboliseerd door een lamp). Naast het model zijn ook een aantal touchscreens aanwezig. Deze leggen op interactieve wijze het verschil uit tussen organische en silicium zonnecellen, het onderzoek dat IMEC uitvoert hieromtrent en een uitleg over het model.
4.5 UITEINDELIJK MODEL:
FIG. 4: SOLAR DEMONSTRATOR
10
BIJLAGE 5: FRANKLIN W. OLIN COLLEGE OF ENGINEERING
FIG. 5: LOGO OLIN COLLEGE
Engineering Education and SCOPE Franklin W. Olin College of Engineering is dedicated to producing the technological leaders of the future. We call our students 'can-do' engineers. We recruit talented students and faculty and provide the conditions for their best work: an innovative curriculum, modern facilities and a unique learning environment that prizes technical rigor, creativity, risk-taking, communications and teamwork. From their first day at Olin, our students learn by tackling open-ended engineering problems — the kind that go far beyond the textbook and call for a considerable amount of creativity and initiative. SCOPE is the culmination of our project-based curriculum. In SCOPE, our students must complete a year-long authentic engineering challenge sponsored by an established engineering or technology client. This project is funded through an educational grant from the sponsoring client/company. The students are expected to perform according to the best professional practices; the quality of their work is assessed according to high standards. As such, SCOPE prepares students to tackle the stringent demands of global engineering today and tomorrow. About the Program The Olin curriculum culminates in the Senior Capstone Program in Engineering (SCOPE), in which students engage in a significant engineering project under realistic constraints for an actual client. As part of the program: A corporate partner supplies a bona fide and challenging engineering problem to the program; Olin College provides a world-class student engineering team, an experienced faculty advisor, dedicated project space and access to the Olin technology base and an Olin technical expert group; The teams work on the project over two semesters (60 hours per week per team); The teams present regular progress updates and provide a bound report at the end of the project; A corporate partner agrees to provide financial support, access to corporate, technical and market expertise, and hardware and test facilities.
11
BIJLAGE 6: OLIN-STUDENTEN 6.1 VARUN RAMESH MANI Nationaliteit: Singaporees
Leeftijd: 20 jaar (10 augustus ’89)
Specialisatie: ECE (Electrical and Computer Engineering) FIG. 6: VARUN RAMESH MANI
6.2 ALYSHIA OLSEN Nationaliteit: Amerikaanse
Leeftijd: 21 jaar (6 september ’88)
Specialisatie: Engineering Design major (mechanical design)
FIG. 7: ALYSHIA OLSEN
6.3 YIYANG LI:
Nationaliteit: Chinees
Leeftijd: 19 jaar (31 januari ’89)
Specialisatie: ECE (Electrical and Computer Engineering) FIG. 8: YIYANG LI
12
BIJLAGE 7: MEETMETHODEN VERSCHILLENDE EISEN Het meten van de verschillende eisen werd uitgevoerd a.d.h.v. verschillende flowcharts.
7.1 WORDEN DE ZONNECELLEN TOEGEPAST?
FIG. 9: ZONNECELLEN TOEGEPAST?
7.2 LAAT HET ONTWERP ZIEN WAAR IMEC REEDS TOE IN STAAT IS?
FIG. 10: ADDED VALUE IMEC?
7.3 IS HET VOORGESTELDE CONCEPT REALISTISCH?
FIG. 11: UITVOERBAAR?
13
7.4 ZORGT HET GEBRUIK VAN DE ZONNECEL VOOR EEN NIEUWE OF VERBETERDE WERKING/FUNCTIE?
FIG. 12: OPTIMALISATIE?
7.5 IS HET ONTWERP ECOLOGISCH CORRECT?
FIG. 13: ECOLOGISCH ASPECT
7.6 BLIJFT HET ONTWERP UIT DE GADGETSFEER? (IS ER EEN BREED DOELPUBLIEK?)
FIG. 14: GADGET?
14
BIJLAGE 8: PROJECTFICHE Projectsheet: Ontwerp van een product op zonne-energie Jan Leyssens, 4IO Versie n°1, 5 oktober 2009 Projecttitel: Creatie van een alledaags product met een meerwaarde gecreëerd door large-area siliciumzonnecellen van IMEC. Projecttype: Prototypeontwikkeling Projecteigenaar: RVO-Society Kapeldreef 75 B-3001 Heverlee Tel.: 016 / 28 10 64 Fax.: 016 / 28 85 00 Roger Van Overstraeten Society ontwikkelt educatief materiaal rond recente ontwikkelingen in technologie en wetenschappen. Telkens gaat het om gebruiksvriendelijke producten die de laatste didactische en pedagogische inzichten volgen. In samenwerking met: IMEC Kapeldreef 75 B-3001 Leuven Tel.: +32 16 28 12 11 E-mail:
[email protected] IMEC is Europa's grootste onafhankelijk onderzoekscentrum in nano-elektronica en nanotechnologie. Meer dan 1650 werknemers van over de hele wereld werken op de IMEC campus. IMEC's onderzoek wordt toegepast in betere gezondheidzorg, slimme elektronica, hernieuwbare energie en veiliger transport. Projectleider: Jan Leyssens Reepkenslei 3 B-2550 Kontich Tel.: +32 493 11 61 07 E-mail:
[email protected]
15
Projectteam: Naam Leyssens Jan
Functie/rol Projectleider
Dejonghe Walter Promotor HOWEST De Wachter Jo Promotor IMEC Debecker Imke
Promotor IMEC
De Jonge Stijn
Promotor RVOSociety
Telefoon +32 493 11 61 07 +32 486 32 30 13 +32 476 96 99 10 +32 497 36 45 07 +32 477 82 35 32
E-mail
[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]
TABEL 1: PROJECTTEAM
Doelstellingen: 1. Een dagdagelijks product ontwerpen of redesignen. Dit product biedt een duidelijke meerwaarde tov. de bestaande markt door gebruik te maken van door IMEC gecreëerde siliciumzonnecellen. 2. Minstens 1 afgewerkt prototype dat theoretisch werkt (liefst ook een daadwerkelijk product). 3. Videoblog onderhouden waarop iedereen (werknemers van IMEC, andere studenten,...) het ontwerpproces kan volgen en opmerkingen, suggesties en ideeën kan posten. Hierdoor ontstaat er niet alleen product maar ook een dialoog omtrent het product. 4. Creatie van een demo in de bezoekersruimte: Afgewerkte product (illustratie van verschillende IMEC technologieën in dagdagelijkse toepassing), gehele ontwerptraject a.d.h.v. Video blog/documentaire (‘the making of…”). 5. Uitschrijven van een scriptie voor het HOWEST (master-thesis) met daarin een volledig uitgewerkt ontwerpdossier waarin alle fasen doorlopen zijn op methodologische wijze. 6. Hoewel de demo in de expo ruimte van RVO-Society zal staan, ligt de focus van dit project op IMEC en volwassenen. Kwaliteitsvereisten: Statutaire vereisten: neen Veiligheidsvoorschriften: ja: het eindproduct is een gebruiksvoorwerp en moet in die hoedanigheid ook ontworpen zijn Milieu vereisten: neen Ergonomische vereisten: neen Input: Gebruikte technologieën en ondersteuning: IMEC - RVO-Society Budget: € 20.000 Maximum afmeting: Het prototype heeft als maximum afmeting een kubus met een ribbe van 2m (2x2x2m) Werkruimte: Expo ruimte IMEC
16
Output: Scriptie HOWEST Publicatie HOWEST Minstens 2 prototypes Demo Video blog Technische tekeningen Renders Belangrijke prestatie-indicatoren: Eisen: - Ontwerp een product waar ultra-efficiënte large-area siliciumzonnecellen van IMEC in worden toegepast. Beschrijving van deze zonnecellen: http://www2.imec.be/imec_com/imec-presents-large-area-solar-cells-with18_4_-conversion-efficiency_-featuring-cu-plated-contacts_.php - Het product moet mensen laten inzien dat zonnecellen een duidelijke meerwaarde kunnen bieden t.o.v. de bestaande markt. Deze meerwaarde is volledig afhankelijk van het uiteindelijk gecreëerde product en kan dus nog niet nader gespecificeerd worden. - Volledig werkend prototype. Er moet tenminste 1 prototype zijn dat volledig (fysiek) alle functies vervuld die van hem verlangd worden (alle functies die er in theorie van verwacht worden moeten in praktijk ook ingelost). - Creatie demo in IMEC. Deze demo zal de werking en het ontwerpproces van het product laten zien. De demo moet niet per se in het gebouw blijven. Het product zal zowel in exploded view als in werkende versie getoond worden (werkende versie evt. buiten). Het ontwerpproces kan via het internet bekeken worden op de video-blog. - Innovatief ontwerp Het eindontwerp moet siliciumzonnecellen gebruiken als vernieuwend element. Het product moet werken op een manier die op dit moment, voor die toepassing nog niet wordt gebruikt. - 1 werkend prototype - Videoblog - Scriptie HOWEST Volledig uitgewerkt ontwerpdossier waarin alle fasen doorlopen zijn op methodologische wijze - Publicatie HOWEST Wensen: - Esthetisch aantrekkelijk product - Duurzaam product - Extra prototype om zelf bij te houden
17
Projectbeperkingen: 1. Geen productie opstellen: De bedoeling is een erg kleine serie te creëren (max. 5 stuks) (het ontwerp is eerder een eyecatcher dan een marktproduct), matrijzen ed. worden dus niet besproken. De prototyping methode wordt wel behandeld. 2. Geen educatieve demo, het eindproduct moet mensen inspireren om na te denken over zonnecellen. Educatief materiaal kan later door IMEC of RVO-Society zelf toegevoegd worden. 3. Het product moet als demonstrator dienen en zal dus niet groter zijn dan de daarvoor voorziene ruimte Documentatie: -
URL blog: http://imec-howest.blogspot.com/ De promotors en leider van het project kunnen alles volgen op een openbare agenda. Bij deze agenda zijn ook de verschillende opgestelde documenten zichten aanpasbaar. Toegang tot de agenda en documenten kan enkel gegeven worden door de projectleider
Eigendomsrechten: Zie stagecontract. Ondanks de geheimhoudingsverklaringen zijn al de presentaties wel publiek en mag het eindproduct door de HOWEST gepubliceerd en geëxposeerd worden. Budget – financiering € 20.000,00 Timing De hele planning is terug te vinden op de online agenda
18
BIJLAGE 9: SWOT-ANALYSES MARKT 9.1 ZONNEPANELEN
FIG. 15: SWOT ZONNEPANELEN
9.2 LADERS OP ZONNE-ENERGIE
FIG. 16: SWOT LADERS
19
9.3 VERLICHTING OP ZONNE-ENERGIE
FIG. 17: SWOT VERLICHTING
9.4 TUINPRODUCTEN OP ZONNE-ENERGIE
FIG. 18: SWOT TUINPRODUCTEN
20
9.5 GADGETS OP ZONNE-ENERGIE
FIG. 19: SWOT GADGETS
21
BIJLAGE 10: IMEC’S PERSONEEL
FIG. 20: WERKNEMERS IMEC
22
BIJLAGE 11: FLYER DUTCH DESIGN WEEK – HIGH TECH CAMPING
FIG. 21: DDW - HIGH TECH CAMPING FLYER P1
23
FIG. 22: DDW - HIGH TECH CAMPING FLYER P2
24
BIJLAGE 12: IDEEGENERATIE -
Dryer, Umbrella, Light Wasdraad, parasol en tuinverlichting in één. Dit idee zou erg van pas komen in kleine stadstuintjes. In de paal zou een motor verwerkt kunnen worden die ervoor zorgt dat, als het begint te regenen, de parasol over de wasdraad draait, zodat deze beschermd is.
FIG. 23: DRYER, UMBRELLA, LIGHT
-
Sunshading Zonnewering op zonne-energie kan ervoor zorgen dat de binnengelaten hoeveelheid zon optimaal geregeld wordt zonder hiervoor een externe voedingsbron te gebruiken. Kan ontworpen worden voor zowel blinderingen, parasols als intrekbare luifels.
FIG. 24: SUNSHADING
25
-
Ice-cream cart Een ijskar wordt enkel gebruikt als het warm, zonnig weer is. De integratie van een zonnepaneel bovenop het dak van de ijskar zou deze superefficiënt op elke locatie kunnen maken!
FIG. 25: ICE-CREAM CART
-
Coolbox Een koelbox die je in de zon moet zetten om af te koelen zou een ideale manier zijn om op festivals/aan zee/… je eten en drank goed te houden zonder externe energie.
FIG. 26: COOLBOX
26
-
Free standing cooker Een kookplatform in de tuin dat tijdens de zomer hetzelfde comfort kan bieden als diegene die je binnen hebt staan.
FIG. 27: FREE STANDING COOKER
-
Hydro-pump Een pomp die regenwater opvangt en via een zonnecel omzet in waterstofgas. Dit zou een revolutionaire, milieuvriendelijke oplossing zijn voor auto’s op waterstof. Mocht dit goedkoop geproduceerd kunnen worden, zou iedereen thuis een minitankstation kunnen hebben.
FIG. 28: HYDRO-PUMP
27
-
Multi Parasol Parasol met geïntegreerd stopcontact, lees- en sfeerverlichting, MP3-connectie en speakers voor een verhoogd comfort in de tuin ‘s avonds.
FIG. 29: MULTI PARASOL
-
Garbage can Een vuilbak die volautomatisch het vuil versnippert zodat je meer vuil in een vuilzak krijgt.
FIG. 30: GARBAGE CAN
28
-
Air Purifier Filtert de CO2 uit de lucht en zet deze om naar gezonde lucht.
FIG. 31: AIR PURIFIER
-
Bike Lights Fietslichtjes op zonne-energie, het zonnepaneel kan ook gebruikt worden om een hulpmotor aan te sturen.
FIG. 32: BIKE LIGHTS
29
-
Wind Turbine Windturbines hebben bovenaan een enorm ongebruikt oppervlak. Men kan gemakkelijk hierop een zonnepaneel (meerdere waarschijnlijk) installeren om zo het rendement goedkoop op te drijven.
FIG. 33: WIND TURBINE
-
Solar Airconditioning In veel zuiderse landen is een gevel vol aanzuigingen van airconditioning geen zeldzaam zicht. Deze machines werken meestal heel de dag door en verbruiken immens veel energie. Als we deze aanzuigingen zo kunnen ontwerpen dat ze op zonne-energie (al is het maar deels) werken, zou dit het energieverbruik hier drastisch terugdringen.
FIG. 34: SOLAR AIRCONDITIONING
30
-
Solar City-map Een kaart die je niet enkel vertelt waar je bent, maar, door een druk op de straatnaam, ook de kortste route naar je bestemming vertelt.
FIG. 35: SOLAR CITY-MAP
-
Solar greenhouse Een serre met een klein zonnepaneeltje dat de vochtigheidsgraad en temperatuur binnen regelt.
FIG. 36: SOLAR GREENHOUSE
31
-
Drilling platform De nieuwe generatie offshore platform waarbij al de energie wordt gewonnen uit hernieuwbare energie.
FIG. 37: DRILLING PLATFORM
-
High Tech busstop Een bushokje met real time busuren, duidelijke informatie en verlichting
FIG. 38: HIGH TECH BUSSTOP
32
BIJLAGE 13: WATTAGE CHART Toepassing Watt Batterij oplader 9 Kerstverlichting 25 Stereo 30 - 100 Dvd-speler 35 - 70 Video-speler 40 - 60 Wekkerradio 50 Laptop 50 - 75 Printer 60 - 350 Televisie 75 - 400 Game console 100 Desktop + scherm 180 - 300 Mixer 350 - 700 Elektrische grasmaaier 550 - 720 Haardroger 700 - 2500 Toaster 700 - 1800 Air Conditioner 750 - 3000 Stofzuiger 750 - 3000 Strijkijzer 1000 - 2000 Microgolfoven 1100 - 1500 Koffiezet 1200 Cappuccino machine 1250 Droogkast 1300-3000 Afwasmachines 1500 - 3000 Elektrische verwarming 1500 - 3500 Waterkoker 1700 - 2000 Elektrische oven 2000 - 3000 wasmachine 2000 - 3000 TABEL 2: WATTAGE CHART
33
BIJLAGE 14: EXTRA IDEEËN NA WATTAGE CHARTS -
Solar headphone:
FIG. 39: SOLAR HEADPHONE
-
Solar computer:
FIG. 40: SOLAR COMPUTER
34
BIJLAGE 15: TIJDSLIJN COMPUTERINNOVATIES
FIG. 41: GESCHIEDENIS VAN DE COMPUTER
35
BIJLAGE 16: SI-BASED PHOTOVOLTAICS 16.1 INTRODUCTION Like in many sectors, 2008 was a year with two faces for photovoltaics. Until September, the demand was strong and massive new investments were announced every day. The annual growth rate of PV production is expected to once again finish well above 40%. Since September however, the financial crisis has caught up with the PV sector. Shares of solar companies have plummeted. Some large installation projects have been put on hold, resulting in a sudden relaxing of the tight supply that had characterized the sector in the last few years and giving rise to fear of oversupply. However, most analysts believe that PV will continue to grow in size and importance, because of a number of fundamental factors. The energy prices, although presently going through a dip, are likely to return to high values. The extremely high oil prices in summer 2008 gave in this respect a taste of what is to come. The threat of global warming remains as compelling as before, as could be witnessed by the renewed commitment of the European Union to very ambitious targets concerning CO2 reduction and renewably energy deployment. The PV industry responded with a similarly ambitious plan to increase the share of PV electricity to 12% by 2020. Finally, the political support to photovoltaic solar energy has been confirmed and extended in 2008. Germany extended its feed-in law with rules that delivers a compromise between limiting the cost to the society as a whole, while ensuring sustained growth of installations and the industry. Maybe even more significant, the USA parliament passed a bill extending the tax rebate for several years, providing the necessary context for a strong and sustained growth. Stable support mechanisms are needed to take the PV technology to grid parity that is the point where PV generated electricity becomes cheaper than conventional electricity. This cost decrease is associated with economies of scale on one hand, and improvement of the technology in the other hand. IMEC's contribution lies in the development of cell concepts and processes to provide lowcost and highly efficient solar cells that are needed for a PV system with a low cost per Watt. Silicon solar cells have been the workhorse of the industry and have been an important R&D topic at IMEC since it was founded. In 2009, we continued and expanded these research activities towards low-cost Si solar cells.
16.2 SI SOLAR CELLS ON VERY THIN SUBSTRATES Material costs dominate the cost structure of a solar cell. Therefore, the path towards lowcost Si photovoltaics is through the reduction of the consumption of ultra-pure silicon. The main road that is presently being followed is to reduce the thickness of the wafers used to produce solar cells. Whereas in 2004, the standard thickness in the industry was still 300μm, it was 200μm in 2008, and 180μm is likely to become generally used in 2009. At IMEC, we believe that this trend towards thinner wafers will continue because of the compelling material cost arguments and in spite of the increased challenge to maintain yield. In order to enable this, progress is required both at the level of wafer handling and in the solar cell process technology. The solar cell processes should lead to high cell efficiency and involve minimal wafer handling.
36
In previous years, IMEC introduced and developed the i-PERC process, which has become well-known in the industry. The passivated emitter and rear cell (PERC) is a concept for laboratory-type high efficiency solar cells featuring passivation of the rear surface by a dielectric and point rear contacts. PERC cells however are typically produced with techniques flows that are not suited for industrial application such as photolithography and long thermal oxidations. Crucial in IMEC's cell concept is the `i', which stands for `industrial'. It refers to the fact that, in contrast to the PERC concept, this process is based on industrially applicable techniques. Efficient passivation of the rear surface in i-PERC cells is obtained with a stack of low quality, deposited oxide and plasma-enhanced chemical-vapor deposition (PECVD) silicon nitride. Thermal anneal of the stack leads to a release of hydrogen from the nitride and passivation of the interface between the Si and the oxide, which is originally electrically very poor. In 2008 we carried out systematic hydrogenation experiments to understand the hydrogenation process of a Si/SiOx interface where SiOx is a deposited oxide. It was demonstrated that hydrogenation of this interface can lead to effective surface recombination velocities below 150cm/s, and that this hydrogenation is effective both when atomic or molecular hydrogen is applied C17295. In order to assess the potential of the i-PERC rear structure, small laboratory cells were made on float zone wafers, featuring the i-PERC rear structure (deposited oxide/silicon nitride stack and locally alloyed Al contacts) and a laboratory type front side. Efficiencies up to 18.9% were obtained, and it was demonstrated that the i-PERC rear structure in such devices gives an increase in open-circuit voltage of around 8 to 10mV and an increase in short-circuit current density of approximately 1 mA/cm² as compared to the traditional Al-back-surface field (BSF), leading to a gain in energy conversion efficiency of 0.8 percent absolute C16513. The full i-PERC process was applied and fine-tuned on various types of substrates. On very thin large-area multicrystalline Si, the efficiency was increased to 16.8% (156cm2, 120μm) C17774. Experiments were also carried out on ultra-thin monocrystalline Cz Si wafers (below 100μm). The i-PERC cells still performed well, with an efficiency of 16.6% for an 80μm cell with screenprinted contacts C17282. The process was also applied and adapted to thin edge film-fed growth (EFG) ribbons. EFG ribbons are obtained by a crystal pulling technique that directly produced sheets of Si, and are considered another valuable option for solar cells with very low Si consumption. Very promising results were obtained : 15.6% (100cm²) on 140µm thick 1Ohm.cm ribbons, and 16% (100cm²) on 170µm thick, 3Ohm.cm EFG ribbons. A gain of about 1% in absolute efficiency was observed compared to the classical Al BSF cell concept C17280.
37
FIG. 42: TOP AND SIDE VIEWS OF 80µM THICK I-PERC CELLS WITH SCREENPRINTED CONTACTS. NOTE THAT IN SPITE OF THE EXTREME THICKNESS OF THESE CELLS, THEY DO NOT SHOW ANY WARPAGE.
A crucial aspect of the i-PERC concept is the need of decoupling of the surface treatments for the front and the rear. For the excellent rear surface passivation required, the surface has to be flat, whereas the front needs to be textured. IMEC has developed plasma texturing processes that enable this surface decoupling and which are applicable on any type of wafer of any thickness, including on ribbons and thin Si layers P17775, P17847. In order to further reduce solar cell costs, low-cost `solar grade' wafer materials are being developed and investigated, which feature more contaminants and defects than conventional multicrystalline silicon. It is crucial to understand the impact of such recombination centers and to study how process steps such as gettering and hydrogenation can deactivate them. For this, sensitive characterization techniques are needed. Photo-conductivity lock-in is a technique developed at IMEC for this purpose. Thanks to its high sensitivity, it enables the study of generation/recombination processes at low levels of carrier injection, allowing thus an effective evaluation of the influence of the artificial effects intrinsic in photo-conductivity based lifetime measurement. Such effects provide a source of information on the material, for which careful interpretation is needed C17293.
38
FIG. 43: APPARENT LIFETIME CURVES OF 3 NEIGHBORING ELECTROMAGNETICALLY CAST (EMC) SI SAMPLES. THE DIFFERENT DEGREE OF BULK PASSIVATION CAN BE EITHER NOTICED FROM THE DIFFERENT BULK LIFETIMES, THE SHIFTING OF THE ONSET OF THE ARTIFICIAL EFFECTS AND THE DIFFERENT
Although most industrial solar cells are made with p-type silicon, there are good arguments to consider a switch to n-type Si. Because of the much lower capture crosssection of holes compared to electrons for most impurities in Si, n-type Si is less sensitive to metallic impurities. With the trend of decreasing wafer thickness, high-efficiency backjunction solar cells become feasible even with material with moderate quality. In 2008 we further progressed on rear-junction solar cells on n-type multicrystalline Si, with Al-alloyed emitter. Both the alloy process for the formation of the emitter and the phosphorus diffusion of the front surface field were optimized. The characteristics obtained are observed to be very dependent on the wafer quality. The optimization work leads the way to efficiencies well exceeding the present best value of 15.0% for a rear-junction n-type multi-crystalline Si with screenprinted contacts C17882.
16.3 SI-FOILS In order to further reduce cost of bulk crystalline Si solar cells, one option is to bring the wafer thickness further down to a few tens of micrometers. Such thin wafers - or rather foils - cannot be produced with wire sawing because of fundamental limitations of the technology. In 2008, techniques using high energy implantation of hydrogen ions and special cleaving techniques received a lot of attention in the PV industry. IMEC presented an alternative technique that does not require very expensive implanters. This new lift-off process named stress-induced lift-off method (SLIM)-cut, requires only the use of a screen-printer and a belt furnace; no ion-implanted, porous layer or additional thickening by epitaxy is needed to obtain high quality wafers in the thickness range of 50µm without kerf loss. We deposit on a thick substrate a layer with mismatched coefficient of thermal expansion with respect to the substrate (for instance a metal layer). Upon cooling, the differential contraction induces a large stress field, which is released by the initiation and 39
the propagation of a crack parallel to the surface. The concept has already been demonstrated successfully on both single and multi-crystalline silicon. Very clean selfstanding crystalline films with an area of 25cm² have been obtained from a high quality wafer and cells produced in preliminary experiments had an efficiency of 10%. In 2008, the potential of the method was estimated by the development of a custom-made numerical model. The model uses a 2D finite element method and is able to propagate a crack in a multi-layered structure. The model proposes a concentric re-meshing in the region of the crack tip at every increment and a crack initiation and propagation based on maximum stress criteriaC17770.
16.4 THIN-FILM EPITAXIAL SI SOLAR CELLS A promising thin-film solar cell technology that IMEC has a large experience with is epitaxial solar cells. The idea is to reduce material cost by using low-cost highly doped crystalline silicon wafers (e.g. from metallurgical grade silicon or from scrap material). On these wafers, an epitaxial layer is deposited by CVD, typically 20µm thick. As the solar cell process is similar to a classical bulk Si process, epitaxial cells are expected to be easier to implement in existing production lines than any other thin-film technology. In previous years we introduced porous Si based buried reflectors in order to maximize internal reflection at the interface between a silicon substrate and the epitaxially grown layer. The stack consists of alternating porous layers of high and low porosity. The reflector is created by electrochemical etching prior to epitaxy. Thanks to the properties of porous Si, the porous silicon provides a good template for epitaxy while retaining its original layout In 2008 we performed several extensive optical simulations using an inhouse developed optical software program in order to reach a better understanding of the reflector and to aid in its continued optimization. It was used to determine the influence of the number and the sequence of the layers on the internal reflection. A study of the angle at which the light strikes the reflector showed separate regions in the physical working of the reflector which include a region where the Bragg effect is dominant as well as a region where total internal reflection plays the largest role. The existence of these regions was proved using reflection measurements P17093. In order to improve the performance of the porous Si reflector, we introduced chirped structures, i.e. varying the periodicity in depth of the alternating porous silicon sublayers. This resulted in improved internal reflection and a widened reflectance band. The use of the chirped reflector on the solar cell level resulted in an efficiency of 13.9% for a solar cell on a low-cost large-area Si substrate (highly doped multi from offspec material) using screenprinted contacts P17289, C17286. In parallel, new emitters were introduced that reduce useless absorption losses. Both shallow diffused emitters adapted to epitaxial cells, and epitaxial emitters were investigatedC16898.
40
FIG. 44: SCANNING ELECTRON MICROSCOPE CROSS-SECTION OF A CHIRPED POROUS SILICON REFLECTOR. NOTE THAT THE PERIOD OF THE STRUCTURE IS LOWER CLOSE TO THE TOP SURFACE IN COMPARISON WITH THE BOTTOM SURFACE.
16.5 THIN-FILM SILICON SOLAR CELLS ON FOREIGN SUBSTRATE Another thin-film Si solar cell approach with high cost reduction potential is the thin-film polysilicon technology. Here a thin layer (only a few μm) of crystalline Si is deposited on a low-cost foreign substrate. Among the different polysilicon techniques, fine-grained polysilicon deposited directly onto a foreign substrate is an interesting option, since no extra seed layer or crystallization step is needed. However, the fabrication of efficient fine-grained polysilicon solar cells is a real challenge due to the large number of defects and the small average grain size of only 0.2µm. In 2008, we achieved some progress on fine-grained polysilicon solar cells. Using a diffuse refracting top surface and a more efficient two-step hydrogenation, we obtained a cell efficiency of 5.0% P17308. Although such an efficiency is remarkable in such defected fine-grained polysilicon layers, it is unlikely that this can be increased much further without substantially improving the crystallographic quality of the polysilicon. In order to achieve a layer with a relatively low defect density, we produce seed layers consisting of grains with small aspect ratio using the technique of Aluminum-induced crystallization (AIC), followed by epitaxial thickening
41
by chemical vapor deposition. By using plasma texturing and optimizing the cell structure, we achieved a cell efficiency of 8.0% on alumina ceramic substrates. At present, our cell efficiency seems to be mainly limited by the presence of a high density of electronically active intragrain defects in our layers P17297. A detailed TEM study revealed that most of these defects are already present in the AIC seed layers prior to epitaxial thickening C17313. To improve the material quality of our pc-Si layers, it is necessary to improve the seed layer quality. It is believed that Si islands present on the surface of AIC seed layers have a negative effect on the epitaxy. The removal of these islands could therefore lead to an increased absorber layer quality and solar cell performance. In 2008, we investigated a selective island removal procedure based on the Al layer already present after AIC annealing. By plasma etching using SF6, the Al layer acts as a perfectly aligned etching mask for the fully developed islands P17365.
16.6 SOLAR CELLS FOR AMBIENT INTELLIGENCE APPLICATIONS Although the main application of Si solar cells is power generation for general use, IMEC is also investigating Si cells as a means to provide energy autonomy to small distributed electronic systems, in collaboration with IMEC-NL. To scavenge energy out of the environment, it is very important for solar cells to maintain the efficiency at low light intensity levels. In 2008 we showed experimentally and theoretically that n-type base cells outperform p-type base cells at such low injection levels. n-type rear junction cells were prepared using an Al-alloyed emitter, and the front surface field was optimized. In contrast with p-type solar cells, the efficiency of these cells did not collapse at low illumination. Efficiencies of up to 12.7% under 0.01 Sun and 8% under 0.001 Sun n-type cells were obtained. The behavior of these cells under low illumination conditions injection level could be explained using the Shockley-read-hall recombination theory C17251, C17250.
FIG. 45: CELL EFFICIENCY VERSUS ILLUMINATION (EXPRESSED IN EQUIVALENT SUNS) FOR P- AND N-TYPE SILICON CELLS.
16.7 CONCLUSION IMEC achieved important results in 2008, demonstrating high efficiencies on industrial type solar cells on very thin wafers, as well as improving its concepts for thin-film crystalline Si solar cells. In response to the growth of the industry, the Si PV activity at
42
IMEC is presently undergoing strong expansion. The equipment park is being renewed and expanded, while the sizes of the different teams are increased.
43
BIJLAGE 17: IDEAL FINAL RESULT: TUTORIAL by Ellen Domb, Ph.D. The PQR Group, 190 N. Mountain Ave. Upland, CA 91786 USA (909) 949-0857 FAX (909)949-2968 e-mail:
[email protected]
All the methodologies for teaching TRIZ agree that the technical problem must be welldefined before any of the technical tools of TRIZ are applied. Three primary activities for problem analysis and definition are Formulate the Ideal Final Result Functional Analysis and Trimming Finding the Zones of the Problem The Ideal Final Result (abbreviated IFR) is an implementation-free description of the situation after the problem has been solved. It focuses on customer needs or functions needed, not the current process or equipment. The goal of formulating the IFR is to eliminate rework ( solve the right problem the first time!) by addressing the root cause of the problem or customer need. The IFR helps you reach breakthrough solutions by thinking about the solution, not the intervening problems. A basic principle of TRIZ is that systems evolve towards increased ideality, where ideality is defined as Ideality =S Benefits / (S Costs + S Harm) Evolution is in the direction of Increasing benefits Decreasing costs Decreasing harm The extreme result of this evolution is the Ideal Final Result: It has all the benefits, none of the harm, and none of the costs of the original problem. The Ideal Final Result describes the solution to a technical problem, independent of the mechanism or constraints of the original problem. The ideal system occupies no space, has no weight, requires no labor, requires no maintenance. The ideal system delivers benefit without harm. The IFR has the following 4 characteristics: 1. 2. 3. 4.
Eliminates the deficencies of the original system Preserves the advantages of the original system Does not make the system more complicated (uses free or available resources.) Does not introduce new disadvantages 44
When you formulate your IFR, you can check it against all 4 characteristics, and check it against the equation for increasing ideality. Example: Consider the power lawnmower as a tool, and the lawn as the object to be cut. The lawnmower is noisy, uses fuel, requires human time and energy, produces air pollution, throws out debris that can endanger children or pets (or the legs of the person pushing it), and is difficult to maintain. If our job is "improve the lawnmower" we could immediately set up and prioritize solutions for a number of TRIZ problems to improve fuel usage, reduce noise, improve safety, etc. But, if we define the Ideal Final Result, we can get a much better perspective on the future of the lawnmower, and the lawn care industry. What does the customer want? Whenever I ask this question, I get the same answer--the customer wants nice looking grass with no problems. The machine itself is not part of the desired solution. It should come as no surprise to find out that at least 2 companies that make lawnmowers are experimenting with "smart grass seed"--grass that is genetically engineered to grow to an attractive lenghth, then stop growing. Suppose your assignment is not quite so global as planning the future of the whole lawnmower industry. Can you still benefit from the IFR? Yes! To continue with the lawnmower example, if your assignment is to reduce the noise, what is the IFR? It is a quiet lawnmower. What is the difference between "less noisy" and "quiet?" To reduce noise, most engineers add baffling, add dampers, muffle the noise, or in other ways add parts, thereby adding complexity and reducing reliability. To make the lawnmower quiet, the designer has to look at the sources of noise, and remove them. This will make the lawnmower more efficient as well as achieving the original objective of less noise, since noisy engines are inefficient, noise from vibration wastes energy, etc.
The IFR is a psychological tool that orients you to the use of the technical tools. Formulating the IFR helps you look at the constraints of the problem, and consider which constraints are required by the laws of nature, and which are self-imposed (but we've always done it that way!) You may choose to accept the constraints in solving your problem, but at least you are then conscious of the choices. For example, in the "quiet lawnmower" case, we can choose to continue using metal cutting blades, accepting the maintenance and safety problems, but we replace the gasoline engine with an electric motor to eliminate the most significant source of noise. Start your problem solving by formulating the Ideal Final Result. It will help you -
Encourage breakthrough thinking Inhibit moves to less ideal solutions (reject compromises) Lead to the discussions that will clearly establish the boundaries of the project.
The IFR will position you to use the technical tools of TRIZ effectively in solving the right problem.
45
BIJLAGE 18: EEE PC 1005P: TECHNISCHE SPECIFICATIES Processor
Geheugen
Schijf Opslagmedia Beeldscherm
Camera Netwerk
Audio Besturingssysteem/ software Kleur Verbindingsmogelijkheden
Technische details Energie Gewicht en omvang
Processor-kloksnelheid Processor model Geïnstalleerde processorcache Processorfamilie Intern geheugen Intern geheugentype Maximum intern geheugen Opslagcapaciteit harde schijf Harde schijf-interface Serial Compatibele geheugenkaarten Geïntegreerde kaartlezer Beeldschermdiagonaal Resolutie LED back light Beeldscherm Ingebouwde camera Totale cameraresolutie 3G network access module WLAN verbinding Ethernet LAN data transfer rates Bluetooth Draadloze technologie Netwerkfuncties LAN met kabels Audiosysteem Ingebouwde microfoon Inclusief besturingssysteem
1660 MHz Intel Atom Pineview-M N450 0.512 MB Intel Atom 1024 MB DDR2 2 GB 160 GB ATA MMC/ SD(SDHC) ja 10.1 " 1024 x 600 pixels ja WSVGA ja 0.3 MP nee ja 10/100 Mbit/s nee 802.11 b/g Fast Ethernet, WLAN ja HD Audio ja Windows 7 Starter
Kleur Black USB 2.0 poort(en) 3 Aantal Ethernet LAN (RJ-45)-poorten 1 Luidspreker/ koptelefoon/ line-out uitgang 1 Microfoon, line-in ingang ja Aansluiting voor netstroomadapter ja VGA (D-Sub)poort(en) 1 Aanwijsapparaat TouchPad Batterij levensduur 11 h Gewicht 1270 g Breedte 262 mm Diepte 178 mm Height (front) 25.9 mm Height (rear) 36.5 mm TABEL 3: TECHNISCHE SPECIFICATIES EEE PC 1005P (SEASHELL)
46
Extra info Asus Elegant, op zeeschelpen geïnspireerd ontwerp Ogenschijnlijk als door de natuur zelf vervaardigd, put de Eee PC™ Seashell z'n inspiratie uit zeeschelpen. De bijna doorschijnende, glanzende buitenzijde is vervaardigd via de innovatieve In-Mold Roller technologie; een matte laklaag die zo zacht aanvoelt als een baby. Hij is zo licht en compact, dat u hem overal mee naar toe kunt nemen! En met de gladde vormen en vloeiende lijnen van z'n schitterende schil, weet de Eee PC™ Seashell voorbijgangers overal eenvoudig voor zich te winnen.
Bespaar Energie en de Planeet - 11 uur batterijduur dankzij Super Hybrid Engine Dankzij de verbeterde energiezuinigheid van de exclusive ASUS Super Hybrid Engine levert de Eee PC™ een indrukwekkend lange batterijduur – zodat u zich onderweg nooit meer zorgen hoeft te maken over de resterende batterijduur. Zorgt dat gebruikers eenvoudig de hele dag verbinding houden. Dubbel Besturingssysteem: nooit meer wachten dankzij Express Gate De Eee PC™ 1005PE biedt vrijwel onmiddellijke toegang tot het Internet dankzij de aanwezigheid van Express Gate, een hulpbesturingssysteem dat binnen enkele seconden opstart. Bel via Skype, surf over het web, blader door foto’s, speel online games, doe mee aan chats en nog veel meer, met Express Gate! Overdaad aan Efficiency De Eee PC™ Seashell 1005PE is voorzien van een adembenemende vormgeving met onder andere een 10,1” LED backlit scherm en een ergonomisch chiclet toetsenbord. Wordt tevens geleverd met extra 500GB aan online ASUS WebStorage**. Dit geeft gebruikers toegang tot hun bestanden en media en laat hen deze delen en backups maken, ongeacht hun locatie, via een gebruiksvriendelijke drag-&-drop webgebaseerde interface. Multi-touch pad voor eenvoudig in- en uitzoomen Via de Multi-Touch gebareninvoer functie kunt u eenvoudig in- of uitzoomen om foto's te bekijken of documenten te lezen, door simpelweg twee vingers uit elkaar of naar elkaar toe te bewegen op de touchpad. Ook kunt u gelijktijdig twee vingertoppen omhoog of omlaag bewegen over de touchpad — wat scrollen in een venster eenvoudig maakt zonder gebruik van een muis. Naadloze Communicatie: Bluetooth V2.1 Via de ingebouwde Bluetooth-ondersteuning laat de Eee PC™ u eenvoudig gegevens overbrengen van en naar Bluetooth-geschikte apparaten. Dit zorgt voor uitstekende connectiviteit met verbeterde werk-, studie- en speelervaringen dankzij applicaties die twee of meer gebruikers eenvoudig op afstand met elkaar verbinden. Ingebouwde 0,3 megapixel camera voor directe videovergaderingen & MSN chats.
47
Eee Docking: Een Wereld vol Plezier en Productiviteit wacht op u (alleen Windows 7) Onder Windows-gebaseerde besturingssystemen draaiende Eee PC™ 1005PE netbooks zijn voorzien van Eee Docking*, een intuïtieve software suite die eenvoudige toegang biedt tot digitale content, diensten en handige software. Eee Docking bestaat uit: - ASUS Amuse: Stream of download een keur aan spannende digitale content - Eee Sharing: Deel/synchroniseer berichten en gegevens met andere Eee PC’s, notebooks, of desktop PC’s zonder het Internet op te gaan - Eee Xperience: App
48
BIJLAGE 19: TECHNISCHE SPECIFICATIE DINOVO EDGE™ Systeemvereisten
Hardware
Garantieinformatie Pakketinhoud
Specificaties
Windows® XP (SP2) of Windows Vista® of Windows® 7 (alle edities) Vrije USB-poort Cd-romstation Toetsenframe Standaardtoetsen van 18 x 18 mm (normaal formaat), 3,2 mm toetsindruk, 60 g activeringsvermogen 10 miljoen toetsaanslagen ondersteund per toets Schaarwisseltechnologie Plexiglaspaneel met handsteun van geborsteld aluminium 3 jaar fabrieksgarantie Logitech® diNovo Edge™-toetsenbord Wisselstroomdraad voor oplaadstation USB-miniontvanger Installatie-cd met Logitech® SetPoint-versie 3.30, comfortrichtlijnen en Help Handleiding Uitgebreide bediening Ronde touchpad van 38 mm met horizontaal en verticaal scrollen Versnellingsinstellingen van Geen tot 10 keer de scrollsnelheid TouchDisc kan uitgeschakeld worden met FN + linkerklik op het toetsenbord 17 sneltoetsen met onmiddellijke feedbackverlichting Drukgevoelige volumeregelaar van 57 mm met onmiddellijke feedbackverlichting Verbinding Draadloze Bluetooth®-technologie, versie 2.0 Stroom en batterij Ingebouwde oplaadbare lithiumionbatterij (950 mAh) Snel opladen: ongeveer 5 minuten voor ongeveer één dag gebruik Volledig opladen: ongeveer 2 uur voor maximaal 2 maanden gebruik Afmetingen en gewicht 11 mm (H) X 410 mm (B) X 210 mm (D) 940 g TABEL 4: TECHNISCHE SPECIFICATIES DINOVO EDGE™
49
BIJLAGE 20: TECHNISCHE SPECIFICATIES OPTOMO PICO PK102 Projectie Type
DLP ®
Lamp
LED
Lamp levensduur
20.000 uur
Resolutie
HVGA (480 x 320 pixels)
Intern Geheugen
4 Gb
Compatibiliteit
AVI, MP4, M4V, VOB, MPG, 3GP (Afbeeldingen: JPEG, BMP)
AV input
1x 2.5mm 4 polige jack plug AV input met gecombineerd stereo audio en composiet video ; PAL\NTSC(576i\480)
PC input
USB (Data en VGA)
Gewicht
118 Gram
Omvang
W51mm, D105mm, H17mm
Geluidsopbrengst
Stil
Throw Ratio
1.9
Projectie Afstand
0.2m - 2.63m
Battery type
Li-Ion 3,7V 1100 mAh
Voeding/Opladen
Opladen via USB of 220V d.m.v. USb-220V converter
Batterij Levensduur
2 uur
Overig
De PK102 beschikt over een intern menu waarin diverse instellingen kunnen worden aangepast. Het beeld kan verticaal of horizontaal worden gedraaid, de taal kan worden geselecteerd, R/G/B kwaliteit kan worden aangepast (enkel voor VGA), de Clock-Frequency kan worden aangepast (enkel voor VGA), aspect ratio (4:3 - 3:2). Tevens kan de lichtopbrengst worden geschakeld (eco mode). Het menu bied tevens plaats voor het aansturen van de content: Film: play, fast forward, rewind, stop, volume. Voor foto's kan de Slideshow functie worden ingesteld. TABEL 5: TECHNISCHE SPECIFICATIES OPTOMO PICO PK102
50
BIJLAGE 21: PHOTOVOLTECH: SPIN-OFF VAN IMEC Set up in December 2001, with an initial investment of approximately 14 million euros, Photovoltech has the backing of three major shareholders: Total (47.8%), GDFSuez Electrabel - Soltech (47.8%) and IMEC (4.4%). * Total and Electrabel were already before commercially active in the field of solar energy through their respective subsidiaries Tenesol and Soltech. Using state-of-the-art high-tech equipment and solar cell technology, developed at IMEC (see section Solar-cell pilot line), Photovoltech started production of multicrystalline Si solar cells in November 2003. As a spin-off of IMEC, Photovoltech has a variety of innovative technologies at its disposal. Its special texturization production process delivers cells (MAXIS) that combine an outstandingly uniform appearance with high efficiencies (up to 16% and more). A new development in the cell range is the MAXIS BC+ cell, a unique back contact cell which offers enhanced visual appeal because there are no bus bars on the front. The `metallization wrap through' process allows the electrodes to be passed through the cell. Due to the sustained and increasing growth of the photovoltaic market and strong demand for its products, Photovoltech made the decision to increase its photovoltaic cell production capacity, from 13MWp to 80-85MWp in 2008 and further plans towards 140MWp in 2010 and 250-260MWp in 2012. In 2008, the collaboration between Photovoltech and IMEC has been very substantial and is presently covering different subjects: the development of a solar cell technology for thin crystalline Si solar cells with thickness <150µm, the development of fully rearside crystalline Si contacted solar cells RP104, novel surface passivation layers and the analysis of new sources of poly-Si feedstock.
FIG. 46: VIEW ON THE NEW PRODUCTION LINE OF PHOTOVOLTECH
51
BIJLAGE 22: DATA SHEET MAXIS MULTICRYSTALLINE SILICON SOLAR CELL The Maxis brand name already tells it all: it results from the combination of the high efficiency that the cells offer (MAX) and the technique of Isotropic texturization (IS) that Photovoltech uses in production. The multicrystalline silicon solar cell technology of Photovoltech is characterized by several advanced high efficiency features. These include: isotropic texturing, high-quality emitter, effective bulk passivation and optimized front contacts with narrow fingers and busbars.
FIG. 47: MAXIS CEL
The Photovoltech cells are particularly suited for applications where uniform appearance, maximum efficiency and high current density of PV modules play a crucial role.
MAXIS Product Features • • •
• • • • • • •
Increased efficiency up to 16% and more due to optimal passivation in combination with highly effective back surface field Uniform surface texture offering a superior visual aspect similar to monocrystalline cells Outstanding stability and reliability thanks to an adapted silicon nitride antireflection coating and an optimized metal contacting guaranteeing extended product lifetime 100% incoming inspection on high quality wafers Solar cells made in Belgium, Europe Advanced multicrystalline silicon solar cell technology developed in collaboration with IMEC 100% inline inspection Classification into narrow classes according to very strict specifications ISO 9001: 2008 certificate Regular calibration of cells by Fraunhofer ISE
Cell Description Multicrystalline silicon solar cell STD156-AB Size Thickness Front Contact Back Contact
156 mm x 156 mm ± 0,5 mm 200 μm ± 40 μm / 180 μm ± 30 μm 2 silver busbars, distance 75.0 mm, 1.9 mm wide 2 silver busbars, distance 75.0 mm, length 126.0 mm, 3.8 mm wide TABEL 6: CELL DESCRIPTION MULTICRYSTALLINE SILICON SOLAR CELL STD156-AB
52
Dimensions
FIG. 48: DIMENSIONS MAXIS CEL
Electrical data Cell Class STD156-4060 STD156-3980 STD156-3900 STD156-3820 STD156-3740 STD156-3660 STD156-3580 STD156-3500
Pmpp* (W) 4.06 3.98 3.90 3.82 3.74 3.66 3.58 3.50
Nmpp* (%) 16.7 16.4 16.0 15.7 15.4 15.0 14.7 14.4
Vmpp** (mV) 517 516 514 509 502 496 493 492
Impp* (A) 7.85 7.72 7.59 7.51 7.45 7.39 7.27 7.12
Voc** (mV) 622 621 620 616 610 606 603 602
Isc** (A) 8.38 8.26 8.18 8.10 8.01 7.93 7.85 7.72
TABEL 7: ELECTRICAL DATA MAXIS-CEL
* Specified is the mid-value for each class, the class width is always 0.08 W in power or 0.32 % in efficiency. ** These values are typical class averages measured on previously produced solar cells. The cells are measured at intensity 1000 W/m2, spectrum AM1.5G, temperature 25°C. The error in Pmpp is < 2.5 %. Temperature coefficients: (dPmpp/dT)/Pmpp = -0.4 %/°C dVOC/dT = -2 mV/°C dlsc/dT = +5.5 mA/°C
53
Electrical characteristics
FIG. 49: ELECTRICAL CHARACTEISTICS MAXIS-CEL
54
BIJLAGE 23: TECHNISCHE SPECIFICATIES LVBOOST General description LVBoost is a boost converter that can take voltages as low as 0.5V and convert them into higher, more useful voltages like 3.3V and 5V. It has an exceptionally low quiescent draw – typically under .4mA. These Features make LVBoost a great choice for powering projects from renewable energy sources.
FIG. 50: DIMENSION ENGINEERING
From a 3V input, 500mA @ 5V out is easily achievable, allowing you to charge nearly any portable device that meets the USB spec. The output voltage is set with a small screw potentiometer on the side of the LV Boost. The input and output wires are labeled.
Features -
2.2 to 5V output voltage range .5V to 5V input voltage range 1.5A max input 20mV typical ripple No external components needed Weighs 3.5 grams Thermal protection Over current protection and short circuit protection
Applications -
1 or 2 cell Alkaline/NiMH to USB chargers Solar cell regulation Thermoelectric generators Small wind generators and other dynamos Phone chargers
Mechanical drawing All dimensions are in mm
55
FIG. 51: LVBOOST: MECHANICAL DRAWING
Characteristics Characteristic Input Voltage Output Voltage Continuous Input Current Continuous Output Current Output Ripple (Vp-p) Quiescent current draw Efficiency
Min 0.5V 2.2V
Typical 3.3 (adjustable) 1A
Max 5V 5V 1.5A 1.5A
.142mA
20mV
100mV
.357mA
1.310mA
85.6%
92% TABEL 8: LVBOOST: CHARACTERISTICS
Adjusting the output voltage With the adjustment screw facing you, turning it counter-clockwise increases the voltage
Current handling capabilities The amount of current LVBoost can deliver will depend on the input and output voltages. Since you are stepping up voltage, higher currents will be drawn on the input. You are essentially trading amps for volts. Below is a table of the absolute maximum current a LVBoost can supply while retaining accurate voltage regulation:
56
Input (v) 1.0 1.5 2.0 3.0 3.7 4.0
Max output current at 5V out (mA) 150 280 375 650 800 900
Max output current at 3.3V out (mA) 180 350 510 850 1100 1000
TABEL 9: LVBOOST: CURRENT HANDLING CAPABILITIES
Example: The output of the LVBoost in a certain project is 5V, and it is supplying a constant 300mA. What will the input current be if I am powering the LVBoost with a 1.5V supply? “Power = Volts * Amps” 5V*0.3 = 1.5W So the power output is 1.5W “Output power / efficiency = Input power” Looking at the efficiency curves of the LVBoost datasheet, efficiency is about 75% in this situation. 1.5 / 0.75 = 2W So the power going into the LVBoost is 2W “Power / Volts = Amps” 2W / 5V = 1.33A So the current at the LVBoost’s input is around 0.1.33A. This is within limits for now, but if the input voltage supply were to drop significantly below 1.5V, the over current condition would be reached.
Over Current / Over Temperature behavior If the current limit has been considerably exceeded, or if the device is over heated to beyond 85ºC the LVBoost will gradually reduce the output voltage in an attempt to reduce the load on the device. Once the extra load is removed or the temperature is brought down, the desired output voltage will be restored. It is unlikely that you will destroy an LVBoost by exceeding the current/temperature ratings but we still recommend practicing good engineering techniques and do not overload the device beyond the recommended operating parameters.
57
Additional notes LVBoost uses a 22 turn worm gear driven potentiometer and cannot wiggle loose. Do not apply glue to the voltage adjustment pot. LVBoost should be mounted at least 2 inches away from any circuitry that is sensitive to RF. For best performance, mount LVBoost in an open space with some air flowing across it to keep it cool.
Efficiency curves
FIG. 52: LVBOOST: EFFICIENCY CURVE AT 3.3V OUT
FIG. 53: LVBOOST: EFFICIENCY CURVE AT 5V OUT
58
BIJLAGE 24: RESULTATEN GEBRUIKERSTEST: WEGLEGGEN ZONNEMODULE Testpersoon 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Verplaatste afstand (cm) 145 160 194 58 107 62 74 52 166 114 233 105 73 109 5
Locatie IMEC – bureau IMEC – bureau IMEC – Expo IMEC – Expo Thuis – bureau Tuin Tuin Citadelpark Citadelpark St-Pietersplein Thuis – Woonkamer Thuis – Eettafel Thuis Veranda Tuin – Terras Trein
TABEL 10: MEETRESULTATEN WEGLEGGEN ZONNEMODULE
Verwerking: Alle afstanden worden opgeteld en gedeeld door 15. Op deze manier bekomen we de gemiddelde afstand van 110,5 cm. Om de gebruikers die moeite willen doen om een optimaal rendement te verkrijgen niet uit te sluiten, wordt er besloten om een snoer van 2m te voorzien. Dit zorgt ervoor dat de gebruiker die de module echt bij het raam wil leggen dit ook kan doen.
59
BIJLAGE 25: PRODUCTFICHE
FIG. 54: PRODUCTFICHE P1
60
FIG. 55: PRODUCTFICHE P2
61
