产品描述
简要概念说明
Lumiduct是一种创新的建筑物集成聚光PV（BICPV）立面系统，该系统使用位于双层皮立面空腔中的可移动面板阵列来引导入射的阳光，从而为玻璃建筑立面提供遮阳控制并收集太阳能。
Lumiduct面板由特殊的光学模块组成，这些光学模块可重定向直接的阳光，并将其聚集在超小型高效III-V太阳能电池上。由于Lumiduct组件的集中系数大于600，因此每平方米立面的发电潜力类似于垂直安装的常规晶体PV组件的输出。为了跟踪一天中的太阳，该技术包括一个双轴跟踪系统。图76（左）显示了一个包含太阳跟踪结构的单个模块的示例。
该解决方案由Wellsun公司与埃因霍温科技大学和Radboud大学奈梅亨大学密切合作开发。当前处于技术就绪级别7，该级别对应于在商用前的操作环境中运行的演示系统。
建筑和技术融入信封
Lumiduct设计为幕墙集成解决方案，而不是作为要添加到现有幕墙的单独模块。这些模块安装在多个垂直支柱中，这些支柱又集成在双层皮肤立面的空腔中。图76（右）给出了将模块安装到立柱中的示例。
Lumiduct立面系统可以连接到建筑物的HVAC系统。这样，空腔中的暖空气可用于预处理通风空气，从而减少加热所需的能量。另一种可能性是使用空气-水热交换器在双层玻璃幕墙的腔室中收集热量，这样提取出来的热能既可以用于空间供暖，又可以满足家用热水的需求。
图76.左侧的发光模块，右侧的多个模块集成为支柱。
融入建筑物：系统与舒适度
由于Lumiduct在一天的过程中跟踪太阳（双轴跟踪），因此阳光的直接部分始终被吸收，而漫反射的日光则自由通过。这样，Lumiduct可以作为选择性的遮阳设备，同时满足多种需求。除了发电以外，Lumiduct还大大减少了太阳能的获取，从而减少了建筑物的空间制冷负荷。它也可以作为防眩光系统来阻止直接的太阳辐射，而漫反射的日光仍然进入房间并减少了对人工照明的需求。与常规的遮阳系统相比，Lumiduct的一个重要的附带好处是，始终保证可以看到室外，并能充分利用日光的许多健康和福祉。图77通过Lumiduct的全面建筑融合，展现了艺术家对室内环境的印象。图78展示了一个40平方米的示范建筑立面的底视图，该立面结合了Lumiduct。
图77.艺术家的印象，Lumiduct的完整建筑集成。
图78. Lumiduct BICPV系统的演示器立面的底视图。
SWOT分析
长处
- 外观引人注目，适合高端建筑应用•Lumiduct提供防眩光，但允许漫射辐射，从而减少了人工照明的使用
- 可以有效地管理太阳热能，从而减少空间制冷需求和/或降低过热风险
- 在半透明配置中以高效率（29％的模块效率）产生绿色电力
- 由于封闭的空腔起到了热缓冲作用，冬季的热量损失减少了
- 与其他遮阳系统相比，由于外墙具有半透明的特性，因此改善了外部视野
- 该系统适用于多层建筑中的安装，因为动态组件不会暴露在外界条件下（例如风荷载），而是在双层外壳中得到保护
- 与其他自动化立面系统相比，运动更顺畅，操作更安静
- 不需要多种附加技术，因为该产品可以同时提供防眩光，采光和发电
- 外立面是模块化的，因为模块被集成到多个支柱中
弱点
- 活动部件→存在技术风险，可能会阻碍投资。然而，考虑到自动防晒系统，这已经是一种普遍的风险。此外，Lumiduct每天仅在一个有条件的房间内进行一次循环
- 空腔的宽度取决于模块和太阳跟踪系统的大小，但相对较大。这减少了相同建筑体积的可用建筑面积（对价值主张的影响）
- Lumiduct外墙的前期投资很高。这可以通过创新的业务模型（例如租赁）或总拥有成本方法来解决。
- 模块的自遮蔽减少了发电量，但必须确保防眩光
- 与常规窗户相比，由于光学原因，外部视野受到损害
- 城市环境中的外部阴影会影响系统的性能。
- 由于玻璃模块的原因，增加了立面上的重量，这在高层建筑和翻新中可能会成为问题。
- 外部玻璃减少了到达太阳能电池的辐射，但是这对于安全性和减少模块维护是必不可少的
- 如果天空乌云密布，并且希望最大程度地利用日光，则需要实施新的控制功能以打开立面。这导致控制的复杂性增加
机会
- 由法律义务支持的向净零能耗建筑（NZEB）的强劲运动正在上升，这可能会推动该解决方案的采用
- 在建筑物级别与本地DC网络的集成是可能的
- 将立面模块升级为更高效率的模块很容易
- 可以将LED集成在模块上，以在夜间进行特殊的灯光效果和宣传。
- 立面的新商业模式正在传播，例如能源服务公司（ESCO）
- 集成在双层玻璃幕墙中→潜在的热量收集和在HVAC系统中的使用。
- 有预制的潜力。
- 也可以安装在对外部视线不是主要要求的建筑物中（游泳池等）
- 该系统有助于匹配能源供需，因为与常规光伏系统相比，双轴跟踪可延长发电时间
威胁
- MorganSolar对模块供应的依赖性，因为当前的商业替代方案较差
- 建筑行业具有风险意识，并且会慢慢适应新技术，而优先选择具有可靠记录的现有解决方案
- 对电价的依赖→电价降低会使商业案例变弱
- 光伏一体化的发电窗膜，百叶窗和百叶窗代表了现有市场的竞争
- 业务案例部分基于“无形”价值，例如视图和日光
- 价值主张是多元的→单功能系统（例如PV或百叶窗系统）在单方面可能胜过铝塑板
- 降低光伏成本降低了竞争优势
- 那些受益于更好的室内环境和更低的电费账单（租户）的人并非总是同一个人来制定资本投资决策
- 用户交互和接受程度仍待测试
得到教训
总结的教训如下：
- 跟踪系统所需的精度是一个重大挑战。允许倾斜和旋转运动的最大偏差为0.9度，以便捕获直接辐射并发电。此外，需要对各个支柱相对于彼此进行精确的调整。总体而言，需要使用适合批量生产的低成本硬件来实现这种高精度。
- 集成模块的支柱应作为一个整体进行控制，以便可以将系统集成在立面上。需要开发一种双向通信协议，以在控件和支柱之间交换信息。
- 有必要在模块内以及模块与功率优化器（最大功率点跟踪器）之间的太阳能电池的电路中实施优化措施，以最大程度地减少由模块自遮蔽和周围遮蔽引起的损耗。
- Lumiduct立面内部发生的动态特性和物理现象与建筑性能模拟软件提供的可能性范围不兼容。因此，Lumiduct的性能预测需要在源代码级别修改仿真模型。这是一项耗时的任务，需要由专家来执行。
进一步阅读
网站公司Wellsun：http : //www.wellsun.nl/lumiduct-design-and-sustainability.html
