Sztuka rzuca wyzwanie technologii, a technologia inspiruje sztukę.
John L asseter
Architekci i artyści wciąż eksperymentują z materiałami szukając nowszych, bardziej inspirujących rozwiązań. Realizowane w ostatnich latach instalacje BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaic) z użyciem szkła artystycznego są przykładem na to, jak zdumiewające rezultaty powstają w wyniku połączenia współczesnej technologii z nieograniczoną wyobraźnią i kreatywnością projektantów. Pokazują, że źródłem energii może być nie tylko zwykły panel fotowoltaiczny na dachu czy szyba w oknie, ale nawet i dzieło sztuki.
Technika
Sztuka zdobienia szkła opiera się w dużej mierze na znanych od wieków, tradycyjnych metodach. Jednak w ciągu ostatnich lat wprowadzono do niej szereg innowacyjnych technik i materiałów. Szkło artystyczne i fotowoltaika to relatywnie nowe, zaskakujące połączenie. Wykorzystanie zaawansowanej technologii solarnej w celach dekoracyjnych jest skomplikowane i kosztowne, ale pod wieloma względami interesujące i przyszłościowe. Kolorowe szkło zintegrowane z generującymi energię elektryczną ogniwami zyskuje zupełnie nową jakość estetyczną i użytkową.
Technika osadzania ogniw PV w szkle artystycznym rozwija się mniej więcej od dekady (wcześniej, na początku lat 90. XX w. po raz pierwszy zintegrowano ogniwa z konwencjonalnym szkłem budowlanym). Parametry dostępnych materiałów solarnych są stale optymalizowane a ich różnorodność coraz większa, dzięki czemu można wykorzystać ogniwa różnej wielkości, kształtu czy koloru (choć trzeba je dostosować do pracy artystycznej). Przy pomocy specjalistycznych technik i materiałów połączone ze sobą w większe struktury ogniwa laminuje się ze szkłem. Ponieważ ich rozmieszczenie może być w zasadzie dowolne, powstają różne kreatywne układy, zależnie od koncepcji mniej lub bardziej regularne. Czasami ze względów czysto wizualnych osadza się nawet dodatkowe, nieaktywne elementy.
Materiał z przodu ogniw musi charakteryzować się bardzo dobrą przepuszczalnością światła, najczęściej jest to szkło białe o niskiej zawartości tlenku żelaza [10]. Od tylnej strony ogniw znajduje się przygotowane wcześniej szkło artystyczne. Możliwości kompozycyjne są tu nieograniczone, tym bardziej, że zazwyczaj łączy się różne techniki zdobienia. Wybór opcji jest duży: piaskowanie, szlifowanie, grawerowanie, emaliowanie, złocenie, aerografia, sitodruk, stapianie, itd. Po zintegrowaniu wszystkich elementów powstaje hermetyczny panel o wielowarstwowej strukturze. W przypadku zastosowań budowlanych ze szkłem izolacyjnym, bezpiecznym, konieczne jest bowiem spełnienie odpowiednich wymogów technicznych w tym bezpieczeństwa czy termoizolacyjności.
Fot. 1. O Canada, Solar Decathlon House, Waszyngton – Szkło artystyczne z ogniwami PV, widok od zewnątrz i od wewnątrz (fot. http://www.sarahhallstudio.com)
Estetyka i energia
10 lat temu w Niemczech inżynier Christof Erban, pionier osadzania ogniw fotowoltaicznych w szkle, szukał chętnych do współpracy. Gdy zademonstrował innowacyjną technikę w jednej z pracowni szkła, wszyscy – poza kanadyjską artystką Sarą Hall – uznali ją za zbyt skomplikowaną. Ona sama, jak mówi, zainteresowała się ogniwami natychmiast. Przez następne dwa lata wspólnie udoskonalali technikę osadzania ogniw w szkle artystycznym. Innowacyjny materiał Hall pokazała po raz pierwszy w 2005 r. podczas konkursu Solar Decathlon w Waszyngtonie (fot. 1 a-b). We współpracy z Erbanem zrealizowała jak dotąd sześć szklanych instalacji solarnych zintegrowanych z budynkiem i wciąż podejmuje kolejne wyzwania artystyczne.
Scalając tradycyjną sztukę barwienia szkła z najnowszymi osiągnięciami technologii solarnej artystka pokazuje estetyczny potencjał fotowoltaiki. Jej prace mają szczególny wymiar symboliczny. Hall chce inspirować ludzi z różnych branż, zachęcać ich do myślenia o energii w nowy sposób. Uważa, że sama w sobie technologia PV nie wzbudza w przeciętnym człowieku specjalnej ekscytacji, natomiast wprowadzenie elementu piękna całkowicie zmienia sposób jej postrzegania. Można na to popatrzeć też z drugiej strony: sprowadzenie zaawansowanej technologii do formy sztuki pokazuje nam jej nowe oblicze. Często zaskakujące i dalekie od tego, co uznawaliśmy za tradycyjne i niezmienne.
W 2007 Hall zrealizowała pierwszą w Ameryce Północnej instalację BIPV ze szkłem barwionym. Lux Nova pokrywa południową ścianę szklanej konstrukcji usytuowanej przy głównym wejściu do Uniwersytetu British Columbia w Vancouver (fot. 2-3). Trójkątna w planie wieża zapewnia naturalną wentylację podziemnej biblioteki. Jest jednocześnie ważnym elementem sztuki w przestrzeni publicznej i symbolem zaangażowania szkoły w ochronę środowiska. Instalację BIPV tworzy 12 paneli o wymiarach 0,6x1,8 m ze szkła izolacyjnego, zdobionego, zintegrowanego z ogniwami PV. Ważące około tony hermetyczne panele spełniają wszelkie wymagania techniczne dotyczące bezpieczeństwa, są nawet wandaloodporne.
Technologię solarną opracował Christof Erban (Schüco International). Ogniwa z krzemu polikrystalicznego zostały osadzone pomiędzy taflami szkła o wyjątkowo dużej przepuszczalności światła, przy pomocy opatentowanej techniki ze specjalnie dobraną żywicą. Szklana ściana z ciemnoniebieskimi ogniwami wplecionymi w kompozycję ze szkła artystycznego zapewnia wspaniały przepływ światła i kolorów. Zdobienia wykonane we współpracy z Glasmalerei Peters z Paderborn łączą różne techniki: stapianie, aerografię, piaskowanie, laminowanie, hartowanie. Elementy ze szkła dichroicznego tworzą dodatkowe kolorystyczne efekty wizualne (fot. 2).
Koncepcja artystyczna Hall jest wielowarstwowa i pełna znaczeń. Zorientowanie wieży ku niebu zainspirowało ją do wykorzystania w dekoracji
słów modlitwy zapisanych w języku aramejskim.
Symboliczna liczba dwanaście, która pojawia się w instalacji (12 metrowej wysokości wieża, 12 szklanych paneli i krzyży z dichroicznego szkła) ma pobudzać do różnej interpretacji: dwanaście miesięcy w ciągu roku, dwanaście zadań Herkulesa, dwunastu uczniów, itd. Wg zamierzeń artystki szkło BIPV z jednej strony skłania do refleksji duchowej, z drugiej spełnia zdecydowanie bardziej przyziemną funkcję: generuje energię. Ogniwa o całkowitej mocy 400 W przekształcają światło słoneczne w elektryczność, która zasila system oświetlenia LED. Wraz z akompaniamentem (specjalnie dobranej) muzyki diody powoli zmieniają kolory oświetlając wieżę oraz otaczający ją park (fot. 3).
Lux Nova stanowi ważny krok w kierunku estetycznej integracji fotowoltaiki ze współczesną architekturą.
Fizyk Ursula M. Franklin napisała: nowe okna Sary Hall oświetlają, ale też tworzą światło. Wykorzystując ogniwa fotowoltaiczne jej instalacja obdarza nas podwójnie: pięknem i przydatnością. Cóż więcej można chcieć? [6].
Artystyczne instalacje fotowoltaiczne z barwionego szkła wykorzystują o wiele mniejszą ilość materiałów solarnych niż konwencjonalne PV/BIPV, dlatego w aspekcie energetycznym są od nich znacznie mniej efektywne. Ilość wygenerowanej energii nie jest tu jednak na pierwszym planie. Niecodzienne, zwracające uwagę rozwiązania mogą mieć też znaczący walor edukacyjny.
Przykładem jest budynek szkoły Grass Valley w Camas (USA). Architekci wprowadzili tam różne rozwiązania proekologiczne, które są wykorzystywane jako narzędzia nauczania (m.in. zielony dach, turbina wiatrowa, odpowiednia orientacja budynku).
Szukali pomysłu na energię solarną, uznali bowiem, że dachowa instalacja fotowoltaiczna, niewidoczna przez większą część dnia, nie miałaby wystarczającej wartości edukacyjnej. Sara Hall stworzyła artystyczne szyby fotowoltaiczne, które umieszczone zostały w oknie głównej klatki schodowej. The science of Light (2009) jest wspaniałą lekcją na temat energii odnawialnej (fot. 4-5).
Każdego dnia prezentuje technologię i możliwości jej wykorzystania w prosty i jednocześnie widowiskowy sposób. Światło słoneczne przechodząc przez kolorowe okno nadaje wnętrzu przytulną i radosną atmosferę.
Fot. 2. True North/Lux Nova, Regent College, Vancouver – Szklana ściana wieży nad podziemną biblioteką.
3 warstwy dekoracji: ogniwa PV, napisy w języku aramejskim i krzyże ze szkła dichroicznego (fot. http://www.sarahhallstudio.com)
Fot. 3. True North/Lux Nova, Regent College, Vancouver – Nocą diody Z-Power LED (prod. Seoul Semiconductor) tworzą na szklanej wieży wodospad kolorowego światła w specjalnie dobranych odcieniach niebieskiego, fioletu i białego.(fot. http://www.dailyartfixx.com)
Fot. 4. The Science of Light, Grass Valley Elementary School, Camas – Artystyczna instalacja BIPV i podłączona do niej lampa z kolorowego szkła. Widok z klatki schodowej (fot. broszura Glasmalerei Peters Studios)
Fot. 5. The Science of Light, Grass Valley Elementary School, Camas – Płytki dichroiczne osadzone w szklanym panelu za ogniwami PV (fot. http://www.sarahhallstudio.com)
Wzory i kolory zmieniają się dynamicznie wraz z warunkami oświetlenia oraz pozycją obserwatora. Jednocześnie użytkownicy budynku wręcz widzą przepływ energii – elektryczność wygenerowana przez ogniwa PV odprowadzana jest bezpośrednio do lampy umieszczonej na ścianie.
Gdy świeci słońce, świeci się też lampa. Cytując Hall: bez baterii, bez inwertera, tylko czysta i prosta demonstracja energii solarnej. Na instalację BIPV o wymiarach 3,7x7,9 m składa się 12 prostokątnych paneli w aluminiowych ramach. Zintegrowane z kolorowym szkłem kwadratowe ogniwa tworzą różne prostoliniowe wzory. Dodatkowe efekty estetyczne uzyskano dzięki płytkom z opalowego szkła dichroicznego umieszczonym z tyłu ogniw PV (fot. 5).
Integracja fotowoltaiki ze szkłem artystycznym jest dużym wyzwaniem dla projektantów i wykonawców. Innowacyjne rozwiązania czasami sięgają granic możliwości technicznych. Przekonano się o tym w katedrze w Saskatoon realizując pierwsze na świecie witraże generujące energię (fot. 6-8). Ta kolejna instalacja Sary Hall, Lux Gloria (2011-13), powstała w wyniku inspiracji niebem nad kanadyjską prerią. We współpracy z Christofem Erbanem i Glasmalerei Peters w 54 panelach ręcznie malowanego szkła osadzono 1000 kolorowych ogniw z krzemu krystalicznego (fot. 8).
Szklane moduły
mają kształt rombu i różne rozmiary, co dodatkowo utrudniało pracę (fot. 7-8). Aby osiągnąć efekt transparentności i odblasku z tyłu nieprzeźroczystych ogniw dodano szkło dichroiczne. Wg słów artystki po raz pierwszy udało się uzyskać tak mocne nasycenie kolorów, które są doskonale widoczne na zewnątrz budynku niezależnie od pory dnia i pogody. W trakcie realizacji z powodu wadliwej inżynierii połowa innowacyjnych witraży pękła i spadła do wnętrza kościoła. Po 14 miesiącach specjaliści z Niemiec ponownie zainstalowali rozbite okna.
Koszty naprawy (180 000 $) pokryło ubezpieczenie oraz producent. Podłączona do sieci instalacja BIPV według podawanych informacji ma zapewnić 2500 kW/h zielonej elektryczności rocznie, co stanowi ekwiwalent około 1/3 rocznego zużycia energii dla typowego domu w Saskatoon.
Sztuka publiczna
Sztuka prezentowana w przestrzeni publicznej jest dostępna dla wszystkich. Docierając do szerokiego grona odbiorców angażuje ich, inspiruje, czasami prowokuje. Wchodzi też w dialog z miejscem, nadaje mu tożsamość i ożywia. W ten sposób pełni jednocześnie różne funkcje: estetyzuje przestrzeń, edukuje, wpływa na ukształtowanie opinii społecznej.
San José było pierwszym miastem w USA, które w ramach programu sztuki publicznej zleciło wykonanie artystycznej instalacji BIPV. W 2008 w jednej z miejskich bibliotek zrealizowano dzieło artystki Lynn Goodpasture – Solarne oświetlenie I: Ewolucja języka. Okna z kolorowym szkłem fotowoltaicznym znajdują się w części budynku przeznaczonej dla dzieci (fot. 9). 4 szklane panele o wymiarach 248x88 cm każdy są potrójnie szklone dla zapewnienia odpowiedniej izolacji termicznej i akustycznej. 144 ogniwa fotowoltaiczne zalaminowano w szkle bezpiecznym o wysokiej przepuszczalności. Wewnętrzną stronę szklenia tworzy szkło artystyczne, ręcznie malowane i częściowo piaskowane. Za pomocą aerografu naniesiono na nim warstwy kolorów oraz liter i znaków w różnych alfabetach (łacina, wietnamski, rosyjski, języki indiańskie), które stanowią bazę dla słowa pisanego.
Przenikające przez kolorowe szkło światło słoneczne kształtuje nastrój pomieszczenia. Rozmieszczone w różnych geometrycznych układach kwadratowe ogniwa PV jednocześnie pełnią rolę dekoracyjną, generują energię i chronią wnętrze od nadmiernego nasłonecznienia. Instalacja BIPV jest powiązana z systemem oświetlenia – lampą zawieszoną w strefie wejściowej, na której w sumeryjskim piśmie klinowym zapisano powtarzający się tekst: „wszyscy jesteśmy jednością”.
Fot. 6. Lux Gloria, Cathedral of the Holy Family, Saskatoon – Trzy sekcje kolorystyczne fotowoltaicznych witraży – czerwony, złoty, niebiesko-zielony (fot. Grant Kerna, http://s1314.photobucket.com)
Fot. 7. Lux Gloria, Cathedral of the Holy Family, Saskatoon – Panele ze szkła artystycznego z kolorowymi ogniwami PV (fot. http://www.sarahhallstudio.com)
Fot. 8. Lux Gloria, Cathedral of the Holy Family, Saskatoon – Szkło ręcznie malowane techniką aerografii z polikrystalicznym ogniwem krzemowym (fot. http://www.sarahhallstudio.com)
Fot. 9. Pearl Avenue Branch Bibliothek, San Jose – Instalacja artystyczna Lynn Goodpasture, widok z wnętrza biblioteki (fot. broszura Glasmalerei Peters Studios)
Zaprogramowane diody LED w 30-minutowych odstępach powoli zmieniają kolory (przechodząc przez całe widmo barw). Prezentacja sztuki publicznej przybiera różne ciekawe formy. Egon Vaupel, burmistrz niemieckiego miasta Marburg, zafascynowany ideą połączenia tradycyjnej sztuki malowania szkła z ogniwami PV zainicjował w 2008 konkurs na projekt fasady parkingu wielopoziomowego Pilgrimstein.
Zorganizowana przez miasto wystawa artystyczna SolarGlasKunst pokazała, jaki potencjał leży w połączeniu fotowoltaiki ze sztuką i jak różne formy może on przybierać. W konkursie wzięło udział 7 artystów.
Każdy z nich zrealizował panel szkła artystycznego o wymiarach 1x1 m, który wyeksponowano publicznie w szklanym pasażu. W 2010 r. na ścianach szybu windowego wykonano zwycięski projekt Jochema Poensgena, znanego z minimalistycznej sztuki szkła (fot. 10-11). Jego koncepcję doceniono za walory wizualne a także za to, że nie przesłania nadmiernie widoku na miasto. Artysta pracował z ogniwami PV pierwszy raz. Wykorzystał ich dwa rodzaje: nieprzeźroczyste oraz częściowo transparentne (perforowane). Powiązał je kompozycyjnie z malowanym na szkle i częściowo piaskowanym wzorem z kwadratów i horyzontalnych pasów (fot. 10).
Całość jest utrzymana w trzech kolorach: żółtym, niebieskim i białym. Na niebieskich kwadratach znajdują się ogniwa nieprzeźroczyste, na żółtych perforowane.
Geometryczny wzór zagęszcza się ku górze szklanej ściany. Wygenerowana przez instalację fotowoltaiczną energia zasila system oświetlenia windy oraz kolorową tęczową wstęgę światła umieszczoną na szczycie szybu windowego. Jury Europejskiego Stowarzyszenia Energii Odnawialnej nagrodziło artystyczną instalację solarną w parkingu Pilgrimstein jako doskonały przykład połączenia sztuki szkła i elementów fotowoltaicznych w budynku publicznym [5].
W ubiegłym roku w Toronto elegancka szklana skóra owinęła z trzech stron odnowiony budynek Teatru Enwave (fot. 12). Centralnym punktem modernizacji obiektu była inicjatywa artystyczna, w wyniku której zlecono Hall stworzenie szklanej powłoki BIPV. Instalacja nazwana Waterglass symbolicznie związała tradycję z przyszłością, nowoczesną technologię z historią. Jezioro Ontario stanowiło główne źródło inspiracji artystycznej – woda wskakuje do budynku i łączy się z ogniwami solarnymi tworząc wzór światła i energii na wodzie.
Każdy z ponad 100 szklanych paneli jest inny. Zdobienia wykonano ręcznie, nakładając mineralne pigmenty i emalie techniką aerografii. Trwale wypalone w szkle nie odbarwią się ani nie wyblakną. Seria 10 paneli na elewacji wschodniej posiada wyjątkową dekorację: metodą sitodruku naniesiono 360 historycznych fotografii dokumentujących historię Jeziora Ontario, pierwszych osadników i znaczących wydarzeń w rejonie (fot. 13). Tylna strona obrazu jest piaskowana i zalaminowana ze szkłem dichroicznym. Rezultatem jest wyraźny czysty obraz na tle, które zmienia kolor w zależności od kąta padania promieniowania słonecznego i pozycji obserwatora. Na ścianie zachodniej 10 paneli szkła artystycznego zintegrowano z ogniwami (fot. 14).
Fot. 10. SolarGlasKunst, Marburg – Szkło artystyczne z ogniwami PV - zwycięski projekt Jochema Poensgena (fot. Jochem Poensgen, http://www.marburg.de)
Fot. 11. SolarGlasKunst, Marburg – Elewacja szybu windowego w parkingu wielopoziomowym Pilgrimstein zintegrowana z artystyczną instalacją Jochema Poensgena. Widok z wnętrza. (fot. broszura Glasmalerei Peters Studios)
Fot. 12. Waterglass, Harbourfront Centre Enwave Theatre, Toronto – Panele z ręcznie malowanego szkła tworzą wzór światła na wodzie. Nocą zasilana energią PV sieć kolorowych diod LED oświetla okna i lobby teatru (http://www.sarahhallstudio.com)
Fot. 13. Waterglass, Harbourfront Centre Enwave Theatre, Toronto – Panele ręcznie malowanego szkła z nadrukiem historycznych fotografii. Widok z lobby teatru. (http://www.sarahhallstudio.com)
W każdym module o wymiarach 1549x1260 mm osadzono 42 standardowe ogniwa z krzemu monokrystalicznego, regularnie rozstawiając je co 10 mm. Szklana skóra nie tylko wygląda dobrze, ale też generuje energię i poprawia komfort wewnątrz obiektu. Jako pierwsza na świecie integruje szkło artystyczne, fotowoltaikę i technologię Heat Mirror, która zapewnia najwyższą wartość izolacyjności cieplnej. Potrójnie szklone jednostki tworzą następujące warstwy: 2,6 mm białe szkło / PVB – folia solarna / 3 mm szkło artystyczne Glasmalerei Peters / 6 mm pustka powietrzna / folia Heat Mirror / 6 mm pustka powietrzna / 6 mm szkło bezpieczne [4].
W projekcie brali udział specjaliści z kilku krajów. Ręcznie zdobione szkło artystyczne wykonano w 3 miesiące w niemieckim studio Glasmalerei Peters. Następnie panele przetransportowano do Austriackiej MGT-esys gdzie dodano warstwę Heat Mirror i zintegrowano ogniwa fotowoltaiczne. Na miejscu w Kanadzie okna zainstalowała ECO Insulating Glass.
Podsumowanie
Ogniwa fotowoltaiczne to nie tylko czysta technologia i funkcja, to także nowa estetyka. Twórcze zmagania artystów z ich wykorzystaniem mogą prowadzić do estetyzacji dotychczas używanych materiałów BIPV, jak również tworzenia nowych impulsów dla ich rozwoju. Możliwość użycia ogniw jako nowego środka wyrazu otwiera nowe, obiecujące drogi dla rozwoju zarówno współczesnej sztuki, jak i architektury oraz technologii solarnej. Uważa się, że w najbliższej przyszłości to właśnie estetyka będzie priorytetową kwestią w dalszym rozwoju technologii BIPV. Artyści tworzą piękno. Ich prace przyciągają uwagę, wzbudzają emocje, inspirują. Dlaczego by więc nie wykorzystać ich potencjału do tworzenia piękna także w branży solarnej?
Fot. 14. Waterglass, Harbourfront Centre Enwave Theatre, Toronto - 119 paneli szkła artystycznego na 3 ścianach, w tym 10 elementów zintegrowanych z ogniwami PV (http://www.sarahhallstudio.com)
Bibliografia:
[1] http://www.architectureweek.com
[2] http://www.glasmalerei.de/
[3] http://www.marburg.de/
[4] http://www.mgt-esys.at/
[5] http://www.op-marburg.de
[6] http://www.sarahhallstudio.com/
[7] http://www.solaripedia.com
[8] Muszyńska-Łanowy M., Ekologia dla oczu. Estetyka powłoki BIPV. Cz. 1, „Świat Szkła” 7-8/2011
[9] Muszyńska-Łanowy M., Ekologia dla oczu. Estetyka powłoki BIPV. Cz. 2, „Świat Szkła” 9/2011.
[10] Muszyńska-Łanowy M., Szkło fotowoltaiczne, „Świat Szkła” 6/2010
(...)
Magdalena Muszyńska-Łanowy
Całość artykułu w wydaniu drukowanym I elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacj: Świat Szkła 04/2014