کاربرد انرژی خورشیدی در معماری به دلیل پیشرفت های اخیر در تکنولوژی این انرژی پاک روز به روز بیشتر می شود. در دنیای پر هیاهوی امروزی به علت افزایش جمعیت، منابع انرژی های فسیلی به شدت رو به کاهش هستند، از این رو بشر به دنبال راهکارهای جایگزین نمودن انرژی های تجدیدپذیر به جای سوخت های فسیلی می باشد.
انرژی خورشیدی یکی از پاک ترین و در دسترس ترین منابع تجدیدپذیر در دنیا به حساب می‌آید.استفاده از این انرژی در کشورهایی مانند ایران که تابش نور خورشید به طور سالانه بسیار بالاست یکی از بهترین روش های کاهش مصرف انرژی است.
با پیشرفت تکنولوژی و دسترسی هایی که در اختیار قرار داده شده است، پنل های خورشیدی به عنوان یک فناوری و تکنولوژی برای تولید انرژی مورد نیاز افراد در ساختمان ها مورد استفاده قرار گرفته است.
سیستم فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان (BIPV)
فهرست مطالب
در حال حاضر یکی از بهترین و جدیدترین راه حل‌ها، استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک به صورت سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان بی آی پی وی (BIPV) است؛ این شیوه‌ی بهره گیری از انرژی نورانی خورشید مطمئناٌ بیش از همه متوجه بخش معماری و طراحی ساختمان خواهد بود؛ بنابراین لزوم تسلط معماران و طراحان ساختمان‌های یکپارچه با فتوولتائیک بر مباحث فتوولتائیک و مسائل مربوط به طراحی این سیستم‌ها بیش از گذشته توصیه می‌شود.
سیستم های فتوولتائیک زمانی که با ساختمان یکپارچه می شوند به عنوان بخشی از طراحی ساختمان و همین طور به عنوان یک عنصر معماری آن ساختمان به حساب می آیند. بنابراین در رویکرد سیستم های یکپارچه با ساختمان، سیستم های فتوولتائیک باید در قالب بخشی یکپارچه با کل بنا طراحی شوند.
مزیت های سامانه BIPV
- حدف هزینه انتقال الکتریسیته به ساختمان
- حدف اتلاف انرژی در انتقال الکتریسیته
- عدم استفاده از فضاهای با ارزش باز برای قراردادن پنل های خورشیدی
- عدم استفاده از سازه نگهدارنده به علت استفاذه از سازه ساختمان موجود
- پتانسیل زیبایی شناختی در استفاده از نوع جدیدی از مصالح در بنا
- تولید تمام یا بخشی از انرژی مورد نیاز ساختمان به شیوه ای سازگار با محیط زیست
شیوه هاي ترکیب سیستم هاي فتوولتائیک با ساختمان
سیستم های فتوولتائیک در ساختمان های BIPV قابل ادغام با بام ها، پنجره هاي سقفی، آتریوم ها، نماها، سایبان ها و غیره می باشند.
در جداره ساختمان 4 بخش اصلی وجود دارد که سامانه PV می تواند با آن یکپارچه شود: دیوار، بام، نورگیر و سازه های کمکی نظیر پیشامدگی ها، سایبان های ورودی و پارکینگ.
سیستم هاي فتوولتائیک یکپارچه با بام
سیستم هاي فتوولتائیک در بام هاي مسطح را می توان بصورت سلول هاي فیلم نازك به صورت انعطاف پذیر و در بام هاي شیبدار به شکل سفال هاي فتوولتائیک ترکیب کرد.
همچنین آن ها را می توان به عنوان پوسته ساختمان با سیستم سازه بام شیبدار یا مسطح ترکیب و مستقیما به سازه بام متصل کرد.
در طراحی سیستم های بام، مسئله انباشت برف و رفع رطوبت حائز اهمیت است. بدین منظور باید براي رفع آب باران و انباشت برف روی پنل های فتوولتائیک، راه حل هایی مناسب و مطابق با شرایط اقلیم محل را برگزید. هم چنین باید فضایی خالی برای تهویه زیر پنل های خورشیدی در نظر بگیریم تا بازدهی آن ها کم نشود.
سیستم هاي فتوولتائیک یکپارچه با نما
بسته به نوع طرح و انتخاب طراحان و اینکه شرایط مکانی ساختمان به لحاظ اقلیمی و تراکم منطقه موجود،گزینه های مختلفی برای اجراي طرح فتوولتائیک یکپارچه با نما وجود دارد.
می توان براي این منظور پنل هاي شفاف یا مات و شیشه ای را در مجاورت هم بصورت دندانه ای یا عمودی ترکیب کرد و از این طریق علاوه بر تولید انرژی برق توسط پنل ها، نور عبوری از این پنل ها به صورت کنترل شده وار
د فضاهای داخلی گردد و از ورود ناخواسته نور خورشید در روزهای گرم به داخل ساختمان جلوگیری شود.
نه تنها نمای جنوبی بلکه نماهای شرقی و غربی را نیز می توان با سامانه PV پوشاند و باز مقادیر قابل توجهی الکتریسیته تولید کرد. باید مراقب باشیم سایه اندازها، وادارها و … روی پنل های خورشیدی سایه اندازی نکنند و بازدهی افت نکند. درست مانند بام در مورد نماهای PV هم بهتر است فاصله ای برای تهویه در پشت آن ها در نظر گرفته شود.
معمولا برای نماهای فتوولتائیک یکپارچه از پنل هاي فتوولتائیک عمودی در جبهه دیوار جنوبی استفاده می شود ولی میزان خروجی برق تولیدی از پنل های عمودی در مقایسه با پنل های شیبدار رو به خورشید کمتر است و میزان این خروجی در شرایطی که زاویه تابش پرتو های خورشید به خط عمود نزدیکتر است به کمترین میزان خود خواهد رسید. برای حل این مشکل کافی است از پنل های دندانه ای شیبدار برای یکپارچه سازی نما استفاده کرد.
در این نما هم دسترسی به دید و منطر بیرون فراهم شده است و هم پنل های خورشیدی در زاویه بهینه قرار گرفته اند.
سیستم های فتوولتائیک یکپارچه با پنجره هاي سقفی و آتریوم ها
در ساختمان های BIPV برای ترکیب فتوولتائیک ها با بام، معمار می تواند بام را به صورت نورگیرهای دندانه ای یکپارچه با فتوولتائیک طراحی کند. هم چنین پنل های خورشیدی نیمه شفاف را می توان جایگزین شیشه پنجره های سقفی و آتریوم ها کرد.
نورگیرهای روی بام از راه تامین روشنایی غیر مستقیم نیاز به نورپردازی الکتریکی را به هنگام روز یا کاهش می دهند یا کاملا رفع می کنند. در صورتی که با فتوولتائیک ها یکپارچه شوند بر عملکردشان افزوده می شود و به تامین انرژی الکتریکی برای نورپردازی مصنوعی در ساعات شب و روز کمک می کنند. طراح ساختمان می تواند فتوولتائیک ها را با آتریوم ها یکپارچه کند، به گونه ای که فتوولتائیک های مات یا نیمه شفاف در سمت رو به آفتاب و شیشه شفاف در سمت پشت به آن ها قرار گیرد و به این صورت فتوولتائیک ها از ورود نور مستقیم به فضای داخل جلوگیری و همزمان از پرتوهای خورشیدی برق نیز تولید می کنند.
سایه انداز های فتوولتائیک
سایه اندازی، کاربردی بسیار مناسب برای سامانه PV می باشد چرا که می توان این سامانه را طوری طراحی نمود تا زاویه مناسب برای دریافت بیشترین تابش خورشید را داشته باشد.
هنگامی که از سیستم های فتوولتائیک به عنوان سایبان استفاده می شود، تاثیر سایه بر سایر پنل هاي فتوولتائیک را باید در نظر گرفت. سایبان های فتوولتائیک علاوه بر اینکه مانع ورود گرما به داخل ساختمان می شوند و بار دستگاه های سرما ساز را کاهش می دهند، خود نیز نیروی برق مورد نیاز سیستم های سرمایشی را تولید می کنند.
می توان از پنل های خورشیدی برای ایجاد سایه در فضاهای باز استفاده کرد. بنابراین هم می توان از تابش شدید خورشید جلوگیری کرد و هم برق تولید کرد.
این روزها از سایه بان ها خورشیدی در سقف پارکینگ ها هم استفاده می شود و با توجه به پیشرفت روز به روز خودروهای برقی می توان از برق تولیدی پنل های خورشیدی برای شارژ اتومبیل هم استفاده کرد.
جان پناه خورشیدی
یکپارچگی صحیح فتوولتائیک با ساختمان زمانی میسر می شود که فتوولتائیک ها به عنوان عنصری از ساختمان از ابتداي طراحی در نظر گرفته شوند تا به این ترتیب بین اجزای سیستم های فتوولتائیک و سایر اجزای فتوولتائیک و سایر اجزاي ساختمان هماهنگی و یکپارچگی لازم ایجاد شود. یک همکاری و فعالیت میان رشته ای در گروه های مهندسی معماری، عمران، برق و مکانیک ضروری است و به این ترتیب می توان به نتیجه مطلوب مورد نظر دست یافت.
