Bio-Photovoltaic
Panel

Year:
2013

Institution:
IaaC (Institute for Advanced Architecture of Catalonia)

Location:
Valldaura

Research Book:
Download

Partners:
Pablo Marcet
Aswini Mani
Akanksha Kargwal


Εγκατεστημένο στο Valldaura campus του Institute for Advanced Architecture of Catalonia, το σύστημα Bio-Photovoltaic Panel διαθέτει αισθητήρες που εμφανίζουν την κατάστασή του, ενώ ταυτόχρονα το καθιστούν αυτόνομο. Τα βακτήρια τροφοδοτούνται μέσω παραπροϊόντων από τη φωτοσύνθεση των φυτών και εισάγοντας στο χώμα μια άνοδο και κάθοδο (μπαταρία), τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μπορούν να συγκεντρωθούν και να ενσωματωθούν στο κύκλωμα.

Κάθε ένα από τα συστατικά που αποτελούν τον BPV έχει ορισμένες παραμέτρους που μπορούν να αλλάξουν ώστε να ελέγξουν τις διαδικασίες και την αποδοτικότητα της παραγωγής - τον τύπο του φυτού που αναπτύσσεται, είτε είναι εδώδιμο, είτε καλλωπιστικό, τα χαρακτηριστικά του εδάφους που επιτρέπουν την ανάπτυξη μικροβίων ή τη μεταφορά ηλεκτρονίων, τα υλικά και η σύνθεση της μπαταρίας - συμβάλλουν στον προσδιορισμό της απόδοσης για τον τρόπο συλλογής και μεταφοράς των ηλεκτρονίων.

Η μέγιστη τάση έπρεπε να διατηρηθεί, ενώ παράλληλα να δοθεί αρκετός χώρος για να αναπτυχθούν οι ρίζες του φυτού. Για να επιτευχθούν και τα δύο, σχεδιάστηκε μια δομή βασισμένη σε διάγραμμα Voronoi, η οποία, επέτρεψε στις κυψέλες να ενσωματώσουν τις μπαταρίες διατηρώντας τριγωνικές αναλογίες, δίνοντας παράλληλα στο φυτό περισσότερο όγκο ώστε να αναπτύξει τις ρίζες του.

Τέλος, το BPV, ενσωματώνει ένα σύστημα αυτοματισμού που ελέγχει την άρδευση και ένα καταγραφικό δεδομένων για την παρακολούθηση των μεταβλητών που επηρεάζουν την ανάπτυξη του φυτού. Έχει επίσης αναπτυχθεί ένα προσαρμοσμένο σχέδιο, το οποίο ο χρήστης μπορεί να τροποποιήσει σύμφωνα με τις ανάγκες του και να το στείλει για κατασκευή. Η διαδικασία κατασκευής συνίσταται από την επεξεργασία πολυστυρένιου πάνελ σε CNC mill και την εφαρμογή επιστρώσεων από καουτσούκ και εποξειδική ρητίνη για να το σκληρύνει και να το στεγνώσει. Στη συνέχεια συναρμολογούνται η καλωδίωση και τα ηλεκτρονικά και τοποθετούνται το χώμα και τα βρύα. Τέλος, το φινίρισμα είναι κομμένο με λέιζερ και κολλημένο στις εκτεθειμένες επιφάνειες. Ένα Arduino τροφοδοτείται από τις μπαταρίες και ελέγχει τους αισθητήρες για τα δεδομένα και την αντλία νερού της άρδευσης. 



Installed at the Valldaura campus of the Institute for Advanced Architecture of Catalonia, the Bio-Photovoltaic Paneling System has sensors that display its status, whilst making it self-sufficient. The bacteria is fed through by-products from the photosynthesis of plants, and by introducing an anode and cathode (battery) into the soil, the free electrons can be extracted and put into the circuit.

Each of the components that form the BPV have certain parameters that may be changed to control the processes and efficiency of the output – the type of plant that grows, whether its edible or decorative, the soil characteristics that enable microbial growth, the type of soil that makes the electron transfer, and the battery’s materials and composition all help to determine the efficiency for the way the electrons are gathered and transferred.

The maximum voltage had to be conserved, while at the same time allowing enough space for the plant’s roots to grow. To achieve both results, a Voronoi tessellation was applied, which allowed for the cells to contain the batteries and keep the triangular proportion, while giving the plant more volume to spread it’s roots.

The final one incorporates an automation system that controls the irrigation and a data logger to monitor the variables that affect the plant’s growth. A customised design was also developed where the user can create his/her own panel design and send it to be fabricated. The fabrication procedure consists of milling the panel in polystyrene and applying coats of rubber and epoxy resin to stiffen and waterproof it. Afterwards, the wiring and electronics are assembled and the soil and moss placed. Finally, the finishing is laser cut and glued to the exposed surfaces. An Arduino is powered by the batteries and controls the sensors for the data and water pump of the irrigation.