بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به وضعیت انرژی در جهان و آسیبهای جبران ناپذیر ناشی از استفاده و وابستگی به سوختهای فسیلی ، طراحی و ساخت ساختمانهایی با مصرف انرژی صفر - ZEB - در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. حرکت به سمت استفاده از منابع انرژیهای تجدیدپذیر، نظیر انرژی خورشیدی توسط پنلهای فتوولتائیک جهت تأمین انرژی در بخش ساختمان، از الزامات جهانی در دهههای اخیر می باشد.
در ساختمان های انرژی صفر باتوجه به وجود محدودیت فضا جهت اشغال سطح پشت بام توسط پنل های فتوولتائیک، بررسی بهترین چیدمان پنلها و تکنولوژی های مختلف جهت دسترسی به بالاترین توان خروجی از یک سو و از سویی دیگر اقتصادی بودن پروژه مورد توجه قرار میگیرد.
استفاده از سیستم فتوولتائیک PV only جهت تأمین انرژی یک ساختمان و نزدیک تر شدن به ساختمان انرژی صفر نسبت به سیستم های PV-ST و سیستم PV/Tکه همزمان اقدام به تولید آّبگرم نیز دارند، مفیدتر ارزیابی شده است.
در اغلب پژوهش ها جهت تحلیل نتایج از مقایسه توصیفی استفاده میشود که ممکن است نتایج به دست آمده با واقعیت فاصله داشته باشد. در مقاله حاضر کلیه اطلاعات بهدستآمده به صورت استنباطی مورد مقایسه قرار گرفته است. هم چنین اطلاعات به دست امده از سطح حاصله و توان خروجی، باتوجه به چیدمان پنلها، به روش آمار استنباطی مورد بررسی قرار گرفته و در این نتیجه به دست آمده است که چیدمان پنلها در جهات شمالی-جنوبی و شرقی-غربی با زاویه 15درجه، بالاترین میزان توان خروجی، برای رسیدن به هدف را دارد.
.1 مقدمه
ایده و نظریه بهرهبرداری از ساختمانهایی با مصرف انرژی صفر با توجه به حذف آلآیندهها و گازهای گلخانهای، توجه بسیاری را به خود معطوف داشته است. در قرن اخیر با مطرح شدن موضوع پایانپذیری سوختهای فسیلی و پدید آمدن بحرانهای زیست محیطی در جهان، حرکت به سمت کاهش استفاده از سوختهای فسیلی در حال اجراست. سیاست کلی دولتهای جهان در سالهای اخیر به سمت کاهش تولید گازهای آلآینده میباشد، بهعنوان مثال اتحادیه اروپا اعضای خود را مجبور به ساخت و بهرهبرداری از ساختمانهایی با مصرف انرژی صفر نموده است.
قبل از بررسی ساختمانهایی با انرژی صفر، لازمست اشارهای به کمیت انرژیهای تجدیدپذیر قابل دسترسی در ایران و جهان نمود. میزان انرژیای که خورشید در مدت زمان یک ساعت به زمین ارزانی می دارد، معادل انرژی مورد نیاز تمام انسانها در طول یک سال است ؛ باور این واقعیت که انرژی مورد نیاز سالیانه 7 میلیارد انسان برای گرمایش، سرمایش، حملونقل و...، در طی یک ساعت از خورشید به زمین میرسد اندکی سخت است.
میانگین انرژی تابشی خورشیدی بر اساس آمارهای جهانی، بالاتر از 3/5 کیلووات ساعت در مترمربع در روز است، ولی این رقم در ایران به طور متوسط حدود 4/5 کیلووات ساعت بر مترمربع است
مطابق با شکل - 1 - پراکندگی میزان تابش انرژی خورشیدی در ایران در برخی از استانهای جنوب کشور به 5/7 کیلووات ساعت بر متر مربع می رسد که نشان دهندهی پتانسیل بالای انرژی موجود در این شهرها میباشد ولی متاسفانه هیچ گونه سیاستی در قبال بهرهمندی از این انرژی اتخاذ نشده است.
شکل : - 1 - پراکندگی تابش خورشیدی در شهرهای ایران.
ایران با داشتن حدود 300 روز آفتابی در سال، جزء بهترین کشورهای دنیا در زمینه پتانسیل انرژی خورشیدی در جهان میباشد.[3] مساحت ایران تقریبا 1,600,000 کیلومتر مربع یعنی حدود 1/6 × 1012مترمربع است. میزان تابش روزانه انرژی خورشید در ایران برابر است با 1/6×5/5×1012 کیلووات ساعت و میزان کل تابش خورشید در طول روز برای ایران برابر با 9×109 مگاوات ساعت میباشد. اگر تنها از %1 مساحت ایران، انرژی خورشیدی را دریافت کند و راندمان سیستم دریافت انرژی تنها % 10 باشد، می توان روزانه 9×106 مگاوات ساعت انرژی از خورشید دریافت نمود
.2چشمانداز استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در جهان
بررسی چشمانداز انرژیهای تجدیدپذیر توسط کشورهای جهان، راهکار جدیدی برای بررسی میزان نفوذ این سیستمها در دهههای آینده خواهد بود. در این راستا شرکتهای صاحب نظر در حوزه انرژی در جهان، در گزارشات متعدد، آمار و پیش بینیهایی را، جهت استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در قالب سناریوهایی ارائه نمودهاند که بررسی تعدادی از این سناریوها برای فهم بهتر موضوع در ادامه عنوان میگردد.
سناریوهای ارائه شده در سه بخش بدبینانه ، خوشبینانه و میانی مطرح گردیده است. سناریوی بدبینانه که بدترین آینده را برای انرژیهای تجدیدپذیر تصور می کند، توسط شرکتها و کمپانیهای نفتی، سازمان اطلاعات مرکزی آمریکا و آژانس بینالمللی انرژی ارائه گردیده است. در سناریوهای بدبینانه، بیشینه سهم انرژیهای تجدیدپذیر در آینده تا سال 2050 را فقط 15 تا 20 درصد بیان نمودهاند.
در سناریوهای دیگر که در قالب سناریوهای میانی مطرح میگردد و هیئت جهانی تغییر اقلیم اروپا از طرفداران این سناریو میباشد، سهم استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر 25 تا 40 درصد در نظر گرفته شدهاست.
سناریوی سوم با عنوان سناریوی خوشبینانه بیان میگردد. در گزارشات ارزیابی انرژی جهان - * - $ - سهم انرژیهای تجدیدپذیر تا سال 2050 را تا میزان %95 پیش بینی نموده است. سناریوی دیگری با عنوان توسعه پایدار که توسط آژانس جهانی انرژی و سناریوی راه نمونه که توسط انجمن ناظر بر تغییرات اقلیم آلمان مطرح گردیده است سهم انرژیهای تجدیدپذیر در جهان، به ترتیب برای سال 2050 معادل %35 و %50 پیش بینی شده است. در سناریوی رشد پایدار که در سال 2010 توسط کمپانیهای نفتی ارائه گردید، سهم انرژیهای تجدیدپذیر تا سال 2050 معادل %50 در نظر گرفته شدهاست.
باتوجه به سناریوهای یاد شده، حتی اگر از سناریوی خوشبینانه صرف نظر شود و سناریوهای میانی، به عنوان مبنا گرفته شود، وجود اهمیت جایگاه استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در آینده بیش از پیش مشخص میگردد. گزارشات یاد شده نشان دهنده گسترش استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر، در سالهای آینده میباشد. در این راستا عوامل انگیزشی زیادی وجود دارد که دولتها و مردم را به سمت استفاده از انرژیهای نو تشویق مینماید. برخی از این عوامل عبارتند از:
ایجاد اشتغال،
توسعه صنعتی،
کاهش ریسک،
نوسانات قیمتی سوختهای فسیلی،
تغییرات اقلیمی،
پایداری محیط زیست،
حوادث و زبالههای هسته ای.
عوامل ذکر شده، مخصوصا آلودگیهای زیست محیطی سوختهای فسیلی و اتمام منابع این سوختها، انگیزه بکارگیری انرژیهای نو را دو چندان نمودهاست. تا جایی که در برنامهریزی برخی کشورها، بهعنوان استقبال این کشورها، از چشم اندازهای ارائه شده سبقت گرفته است. به عنوان مثال آژانس بین المللی انرژی در سال 2000، نصب 34 گیگاوات توربین بادی در جهان تا سال 2010 را برنامه ریزی نموده بود، لیکن در سال 2010 ظرفیت توربینهای بادی در جهان به جای 34 گیگاوات به 200 گیگاوات، یعنی در حدود 6 برابر رسید.
.3 فتوولتائیک - PV photovoltaic -
شدت تابش خورشید به زمین در نقاط مختلف جهان با یکدیگر تفاوت دارد. اما به طور کلی هرچقدر منطقه مورد نظر به خط استوا نزدیک تر شود، میزان این تابش افزوده میشود. کشور ایران در عرض شمالی 25 تا 40 درجه و طول شرقی 44 تا 64 درجه واقع شده است
با داشتن حدود 300 روز آفتابی در سال و متوسط تابش 4/5 تا 5/5کیلووات ساعت بر مترمربع در روز یکی از کشورهای با پتانسیل بالا در زمینه انرژی خورشیدی معرفی شده است.
تجهیزات لازم برای تأمین برق ساختمان از سیستم فتوولتائیک شامل پنلهای فتوولتائیک، عایقهای شبکه ، باتری، عایق شبکه $& و اینورتر، مطابق با شکل شماره - 2 - میباشد.
