بخشی از مقاله
چکیده
فناوری فتوولتائیک با داشتن ویژگی های منحصر به فردی مانند کارکرد بدون صدا و لرزش، عدم تولید پسماند و انتشار آلاینده، عدم کاهش بازده در مقیاس های کوچک و تناسب با سیاست های تولید پراکنده نیرو، یکی از مناسب ترین گزینه ها برای استفاده در معماری و شهرسازی است. با این وجود، بازده کم آن در مقابل هزینه های اولیه زیاد مانع استفاده گسترده از این فناوری شده است. در این مقاله با تمرکز بر افزایش بازده، مطالعه و طراحی ترکیبی نوین از سلول های فتوولتائیک، کلکتور خورشیدی و گلخانه خورشیدی انجام شده است. هدف از این مطالعه توسعه سیستمی است که علاوه بر تولید الکتریسیته، همزمان بتواند از گرما و روشنایی خورشید به طور کنترل شده استفاده نماید.
اگرچه مدتی از توسعه فتوولتائیک حرارتی - PVT - میگذرد اما استفاده از حرارت آن در ساختمان و تامین نور و منظر موضوعات جدیدی هستند که در این رساله به آن پرداخته شده است. در سیستم پیشنهادی در این مقاله، پانل ها علاوه بر نقش اصلی شان نقش اجزایی از ساختمان مانند پوسته و نماسازی، پنجره و در مواردی سایه انداز ها را به عهده میگیرند در نتیجه چند عملکردی بودن اجزای ساختمان باعث کاهش هزینه های اولیه و اقتصادی تر شدن فناوری فتوولتائیک شده است. در پایان ارزیابی عملکردی و اقتصادی سیستم با در نظر گرفتن کارکرد موازی زیر سیستم ها، به طور مجزا و به کمک نرم افزار انجام شده است.
مقدمه و طرح مسئله
بر اساس آمارهای جهانی حداکثر مقدار مصرف انرژی در بخش ساختمان و شهر نباید از 25 درصد کل مصرف سالیانه یک کشور بیشتر باشد .[1] این درحالی است که مصرف انرژی در بخش ساختمان در ایران بیش از همه بخش های دیگر مصرف انرژی در کشور است این میزان در سال 1385 بیش از چهل درصد از کل مصرف نهایی انرژی در کشور است,2]ص.[114 این واقعیت لزوم توجه به راهکار های کاهش مصرف انرژی در بخش ساختمان را نشان می دهد.
برای توسعه راهکار هایی برای کاهش مصرف انرژی لازم است نگاهی به جزئیات مصارف در بخش ساختمان انداخت، در جدول ذیل - جدول - 1 می توان مشاهده نمود که مصرف روشنایی و مصارف گرمایش دو بخش پر مصرف در اکثر انواع ساختمان ها را تشکیل می دهد. مصرف انرژی در این دو بخش در حالی در کشور ما بالاست که ایران یکی از کشورهایی است که بیشترین مقدار تابش خورشید را در طول سال داراست.
مصرف انرژی در بخش روشنایی به معنای استفاده از گران ترین حامل انرژی یعنی برق است. با توجه به شرایط فوق استفاده از تمهیداتی که بتواند مصرف انرژی در بخش های روشنایی و گرمایش را به طور همزمان کاهش دهد یک هدف یا راهکار مهم در بخش ساختمان محسوب می شود. برای رسیدن به این منظور راهکار های متفاوتی قابل استفاده است، بهبود طرح معماری برای استفاده از انرژی های طبیعی یکی از این راهکار هاست، همینطور استفاده از انرژی های نو برای تولید انرژی پاک یکی دیگر از راهکار های مناسب در این زمینه است. در این تحقیق تلاش شده است با توجه به مسئله روشنایی، تامین انرژی الکتریکی، گرمایش و آب گرم مصرفی، اقدام به ارائه راهکاری چند جانبه شود، راهکاری که به طور همزمان امکان کاهش مصرف انرژی در بخش های اصلی مصرف - روشنایی و گرمایش - در ساختمان را میسر نماید.
2؛1 اهداف تحقیق
هدف از طرح این پژوهش دستیابی به مجموع عملکرد های ممکن در سیستم های گردآورنده - کلکتور - گرمایی، سلول های فتوولتائیک و استفاده مستقیم از نور خورشید است. یک کلکتور حرارتی متداول، انرژی تابشی را به انرژی گرمایی تبدیل نموده و در اختیار مصرف کننده قرار میدهد و در سلولهای فتوولتائیک انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی تبدیل میشود. یک ساختمان به غیر از انرژی حرارتی و الکتریکی به روشنایی مصنوعی و طبیعی نیز نیاز دارد. در شب انرژی الکتریکی میتواند روشنایی لازم برای فضا ها را تأمین کندو در طول روز استفاده از نور طبیعی از طریق جداره های شفاف و نیمه شفاف مفید و مقرون به صرفه است. اهداف نهایی از پیشنهاد سیستم چند منظوره - فتوولتائیک حرارتی یکپارچه با ساختمان - در این تحقیق به شرح ذیل است.
- ایجاد سایه بان عمودی
- ایجاد نمای نیمه شفاف عبور نور و امکان دید
- یکپارچگی فتوولتائیک با نمای ساختمان - ایجاد پوشش -
- استفاده از حرارت خورشید
-2 مبانی و طراحی سیستم فتوولتائیک پیوسته با ساختمان
1؛2 فتوولتائیک حرارتی
به دلیل اینکه بازده عملی سیستم فتوولتائیک نسبتا پایین و در حدود 20 تا 25 درصد است [3]، معمولا بخش زیادی از انرژی تابش شده به سطح سلول ها تبدیل به گرما میشود. با توجه به صورت و مقدار انرژی حاصل، استفاده از حرارت ایجاد شده بازده کلی سیستم را افزایش میدهد . با این رویکرد کلکتور های حرارتی با صفحه جاذب از جنس سلولهای فتوولتائیک قابل توسعه اند. طرح واره - شبکه جریان انرژی - کلکتور حرارتی یا صفحه جاذب از جنس سلول های فتوولتائیک در شکل ذیل - تصویر - 1 نمایش داده شده است.
