نقش انرژی خورشیدی در بهینه سازی مصرف انرژی  و طراحی ساختمانها

مقدمه

رشد روز افزون جمعیت و نیاز بشر به انرژی برق، لزوم بهره برداری بهینه از سامانه مولدهای الکتریکی مانند نیروگاه های برقابی، هسته ای و فسیلی را اثبات می کند.

همچنین با توجه به رویکرد ساخت ساختمانها به سمت ساختمانهای سبز( استفاده از منابع طبیعی قابل بازیافت) و محدودیت منابع سوخت های فسیلی ، استفاده از انرژی های نو از قبیل انرژی هسته‌ای و خورشیدی می‌تواند انتخاب مناسبی به عنوان جایگزین در نظر گرفته شود. بطوریکه امروزه شاهد ساخت اتومبیل های تمام الکتریکی و یا تمام سولار هستیم.

مولد خورشیدی(PV)

انرژی خورشید به عنوان یکی از انرژی های طبیعی و در دسترس بشر، منبعی تمام نشدنی بشمار میرود که علاوه بر اینکه از گرمای آن در گرم کردن محیط و یا تامین آب گرم مصرفی ساختمانها  بکمک آبگرمکن‌های خورشیدی استفاده می شود، با استفاده از تکنولوژی تبدیل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریسیته، می‌توان نقش بسزایی درصرفه جویی و کاهش میزان مصرف برق در ساختمانها نمود.

الکتریسیته فتوولتائیک (Photo voltaic) توسط بهره گیری از انرژی خورشیدی و تابش به کمک صفحات جاذب پرتوی سولار پدید آمده که امروزه با پیشرفت تکنولوژی به یکی از بهترین مولدهای انرژی الکتریکی مبدل گشته است.

از مزایای این مولدها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • انرژی خورشید یک منبع سرشار از انرژی رایگان است.
  • هیچ هزینه سوخت و مشکل زیست محیطی ایجاد نمی کند.
  • حالت غیر متمرکز دارد و نسبتاً از تکنولوژی ساده ای برخوردار است.
  • هزینه کاربری، نگهداری و مراقبت از آن کم است.
  • از نظر اندازه طرح (ظرفیت نصب) قابلیت انعطاف دارد.
  • بکارگیری PV تا 25% در هزینه ها صرفه جویی می‌کند.
  • در بیشتر موارد نیاز به باتریهای پرهزینه و سیستم کنترل بار وجود ندارد.

اما مولدهای الکتریکی خورشیدی با وجود مزایایی که دارند نقاط ضعفی را نیز دارا می باشند که برخی از آنها قابل رفع هستند. از جمله این معایب می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

  • هزینه های بالای سرمایه گذاری اولیه و تجهیزات : این موضوع با رسیدن این مولدها به تولید انبوه قابل کنترل است. با جا افتادن این سیستم در طراحی های معماری ساختمان تقاضا به مراتب افزایش پیدا کرده و می‌توان با افزایش میزان تولید هزینه تجهیزات اولیه را تا حدی کم کرد.
  • وابستگی مولد به تششع خورشید: با توجه به وجود  اختلاف بین اقلیم ها و شرایط جوی آب و هوایی، بخصوص زمانهای مختلف در ساعات روزانه، عملکرد این مولد وابستگی شدیدی به میزان تابش خورشید دارد که این موضوع در مناطق مختلف در حال تغییر است.
  • جهت انتقال جریان یک طرفه نیاز به معکوس کننده ها وجود دارد.
نیروگاه خورشیدی

نصب مولد خورشیدی بعنوان بخشی از نمای ساختمان

 

اثر اجرای سیستم فتوولتائیک بر طراحی ساختمانها

 

استفاده از  مولدهای فتوولتائیک محدودیاتی را در طرح معماری ساختمانها بوجود می آورد. همانطور که ذکر شده مولدهای خورشیدی وابسته به تششع خورشید هستند که در صورت عدم قرارگیری مناسب صفحات جاذب اشعه، بازده سیستم کم شده و طرح از نظر اقتصادی شکست می‌خورد.

با توجه به شکل ظاهری پیلهای خورشیدی که تاثیر زیادی در نمای ساختمان دارد، نیاز به انطباق دقیقی با معماری ساختمان حس می‌شود. پیل های خورشیدی در چارچوب ساختمان یکی از اجزای بسیار مرئی در طرح بشمار می‌روند که بنا بر موضع بیننده، چشمگیری آن متفاوت خواهد بود. بنابراین می‌توان با ایجاد رنگها، ابعاد و دیگر خصوصیات ظاهری صفحات این مولد ها، تنوع زیادی در طرح ساختمان ایجاد نمود.

جانمایی مولدهای خورشیدی در طرح ساختمانی نیز از اهمیت بسیاری برخوردار است بطوریکه ایجاد سایه های طبیعی مانند سایه درختان، ساختمانهای مجاور و … میتواند عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. چراکه در شرایط سایه، پیلهای خورشیدی از حالت مولد انرژی به مصرف کننده نیرو تبدیل خواهند شد که همین عمل موجب از دست رفتن میزان انرژی ذخیره شده در ساعات آفتابی خواهد بود. ایجاد سایه حتی برای اندکی از صفحات پیل ها نیز می‌تواند اثر مخربی بر کل سیستم وارد کند. در صورتی که ایجاد سایه اجتناب ناپذیر باشد، تاثیر نقطه گرم را می‌توان با استفاده از دیودهای بای‌پس کنترل نمود.

میزان ظرفیت قابل نصب نیز متاثر از فضای فراهم شده در محل قرارگیری سیستم مولد است. بطوریکه به ازای تولید ظرفیت 1 کیلووات، فضایی بین 5/8 تا 10 مترمربع نیاز است. بعلاوه تاثیر سیستم بر میزان آفتاب گیری ساختمان نیز قبل از اجرای طرح باید مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد.

در بخش ساختمان حرکت سریع به سمت استفاده از قطعات پیش ساخته ساختمانی، باعث تغییرات عمده ای در بکار گیری PV می‌شود. پیش ساخته بودن باعث کاهش تنوع در گزینه های طراحی شده ولی در عین حال باعث کاهش هزینه ها و بالابردن کیفیت نصب می‌شود که در نتیجه آن، سیستم های PV بطور مطلوب در ساخت و ساز بکار گرفته شده و به مباحث مهمی نظیر تاثیر آنها بر قابلیت عایق( فلوئورپلیمر شفاف)، روشنایی روز و کنترل آب باران توجه به عمل می آید. بعلاوه باید در مورد طراحی های سایت، امکان بکارگیری وسایل ایجاد سایه در مواضع بکارگیری  PV  را نیز مد نظر قرار داد.

 

 

نوشته شده توسط مهندس علی فرخنده‌کیش

Photovoltaic-cells psh_1

Solar_cell

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.