کاربرد انرژی خورشیدی در ساختمان

بازدیدها: 219

انرژی خورشید

کشور ایران از قابلیت بالای بهره گیری از انرژی خورشیدی برخوردار می باشد که امروزه به دلایل اقتصادی و زیست محیطیی استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی مورد توجه قرار گرفته است.

انرژی خورشیدی یکی از بهترین انرژی های طبیعی می باشد که براحتی در دسترس بوده و در عین حال راندمان بسیار بالایی دارد. انرژی خورشیدی که با تابش خورشد به زمین می رسد فاقد آلودگی های جانبی بوده و می تواند در مدت زمان کوتاهی انرژی بسیار بالایی را تولید کند بطوری که انرژی حاصل از تابش خورشید به سطح زمین، طی مدت زمان ۱ ساعت، معادل انرژی مورد نیاز زمین و انسان ها در طول ۱ سال است.

این انرژی یکی از منابع رایگان تامین انرژی پاک بدون هیچ آسیب زیست محیطی است که امروزه به دلیل بحران انرژی و به حدالقل رساندن آلودگی ها مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه به علت عدم استفاده از مصالح مرغوب و عایق بندی مناسب در ساختمان سازی میزان مصرف انرژی و هدررفت آن در ساختمان بسیار بالا رفته است. هزینه سوخت های فسیلی و سایر انرژی ها بسیار بالاست و ساکنین ساختمان مجبور به پرداخت هزینه های گزاف برای پرداخت قبوض می باشند. اما انرژی خورشید یک منبع در دسترس و رایگان است که می توان برای مصارف گوناگون در ساختمان از آن استفاده نمود. به عنوان مثال از این نوع انرژی برای گرم نمودن آب مورد نیاز شوفاژها برای تامین گرمایش در ساختمان و یا تولید برق مصرفی استفاده می شود. سیستم های سرمایشی و گرمایشی و آب گرمکن های خورشیدی به میزان قابل توجهی میزان مصرف انرژی در ساختمان را کاهش می دهند و نقش موثری در طول عمر ساختمان ایفا می نمایند. اصولاً سیستم های خورشیدی مجهز به یک سیستم کمکی نیز هستند تا در مواقع لزوم که میزان انرژی خورشیدی برای تامین انرژی های مورد نیاز ساختمان کافی نیست بتوان از آنها استفاده نمود.

 

نحوه عملکرد سلول های خورشیدی

از سلول های خورشیدی با استفاده از روش جذب ترمیک و روش فتوولتاییک می توان انرژی مورد نیاز ساختمان را فراهم نمود. در روش جذب ترمیک تامین گرمایش و آب گرم مصرفی ساختمان از طریق دریافت، ذخیره، توزیع و تبدیل انرژی به حرارت استفاده می شود. در این روش بیشترین میزان دریافت انرژی خورشیدی به واسطه انعکاس نور از سطوح سلول های خورشیدی است اما در روش فتوولتاییک انرژی خورشیدی به انرژی الکتریکی تبدیل می شود و برق مورد نیاز برای سیستم گرمایشی -سیستم سرمایشی و دستگاه های الکتریکی تامین می گردد.

کاربرد پنل های خورشیدی

گرم کردن خانه

یکی از موارد استفاده از سلول های خورشیدی تامین آب گرم برای سیستم های گرمایشی در ساختمان است. لوله های آبی که بر روی سقف نصب شده اند آب را پس از گرم کردن به داخل ساختمان پمپاژ می کنند.

تامین انرژی برق برای ساختمان

هر ساختمان برای گردش آب به یک پمپ نیاز دارد. این پمپ را می توان به برق خانه متصل نمود اما استفاده از انرژی خورشیدی برای راه اندازی آن بسیار مقرون بصرفه تر است. انرژی برقی که توسط سلول های خورشیدی تامین می شود می تواند یک پمپ را برای به جریان انداختن آب در ساختمان به کار بیندازد.

علاوه بر آن با استفاده از پانل های خورشیدی می توان برق روشنایی ساختمان را فراهم نمود. پس از آنکه انرژی خورشیدی تبدیل به انرژی برق شد، این جریان برق با استفاده از اینورتر به برق AC تبدیل می شود. انرژی برق تولید شده توسط پانل های خورشیدی با استفاده از وسایل ایمنی و ترانسفر سوئیچ ها قادر به روشن نمودن ساختمان می باشد.

گرم کردن آب استخر

استخر از جمله تفریحات بسیار عالی به شمار می آید که آب گرم آن در روزهای زمستانی شما را به وجد می آورد و حسی آرامش بخش به شما منتقل می کند. با استفاده از روکش خورشیدی به آسانی می توان آب استخر را گرم نمود و از حضور در آن لذت برد. سیستم گرمایش آب گرم از صفحات گرمایشی که بر روی پشت بام نصب شده تشکیل شده و پس از جذب گرمای خورشید آن را به سمت استخر هدایت می کند.

تامین آب گرم مصرفی

به جای استفاده از آب گرمکن های گازی یا برقی می توان از انرژی خورشیدی برای گرم کردن آب ساختمان استفاده نمود. استفاده از پانل های خورشیدی مقرون بصرفه ترین روش برای تامین آب گرم است و نقش موثری در کاهش مصرف انرژی گاز و برق ایفا می کند.

سیستم های تهویه مطبوع

با استفاده از فن ها و سیستم های تهویه خورشیدی می توان به میزان قابل توجه مصرف انرژی را بهینه سازی نمود و هزینه های جاری را کاهش داد. دستگاه های تهویه نظیر فن سرویس بهداشتی، آشپزخانه، حمام و دستگاه های تهویه مطبوع که در طول روز کار می کنند مصرف انرژی بالایی دارند، از این رو به منظور کاهش هزینه قبوض و استفاده از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی از پانل های خورشیدی برای تامین انرژی مورد نیاز سیستم های تهویه استفاده می گردد.

تامین روشنایی فضای باز

با استفاده از صفحات خورشیدی می توان در طول روز باتری ها را شارژ نمود و در شب برای روشن کردن لامپ هایی که در محوطه ساختمان و باغچه ها تعبیه شده اند استفاده کرد. با استفاده از این روش مسیر تردد در شب روشن می شود و ساکنین دچار سردرگمی نخواهند شد.

خشک کن خورشیدی

در خشک کن های خورشیدی با استفاده از انرژی خورشیدی به راحتی می توان فرآیند خشک کردن مواد غذایی و البسه را انجام داد.

آب شیرین کن خورشیدی

وقتی آب شور توسط حرارت کم خورشید تبخیر شود املاح باقی می ماند و با استفاده از روش های شیرین سازی آب می توان آب تبخیر شده را مجدداً استفاده نمود. از این روش می توان در مناطقی که آب آنها شور بوده و دسترسی به آب شیرین ندارند استفاده کرد.

 

راههای بهره‌گیری بیشتر از انرژی خورشیدی

محل قرار گیری ساختمان

آفتابگیری مناسب، منظره اطراف و سایت در محل قرارگیری بنا بسیار موثر است. بنا باید در زمستان قادر باشد نور خورشید را از ساعت ۹ صبح تا ۳ بعد از ظهر دریافت کند. این میزان طی ساعات فوق ۹۰ درصد از انرژی خورشیدی است ساختمان باید در شمال زمین بوده و از موانعی که باعث جلوگیری از آفتاب و تابش آن شده پرهیز شود.

فرم و جهت گیری بنا

حجم بنا باید قادر به جذب و نفوذپذیری آفتاب باشد. در طراحی بنا باید به فکر تسهیل تشعشعات خورشیدی به داخل بنا بوده و بهتر است حجم وکشیدگی بنا شرقی غربی باشد. این فرم عاملی کلی بوده و در هر اقلیم بهترین نتیجه را دارد، ولی برای بعضی دیگر از اقلیم‌ها بدین شکل مطلوبتر است.

• تاثیر انرژی خورشیدی بر ساختمان  اقلیم‌های سرد یا گرم یا خشک: فرم‌های فشرده بهتر است چون سطح تماس با محیط خشن را کم می‌کند.
• اقلیم‌های معتدل آزادی عمل بیشتری دارد.
• اقلیم‌های گرم و مرطوب، همان فرم کشیده شرقی غربی بهتر است.

طرح بندی فضاها برای بهره‌گیری از حرارت خورشید

در این گزینه حرارت از راههای متفاوتی می‌تواند بدست آمده و ذخیره گردد. برای مثال استفاده از مصالحی با ظرفیت حرارتی بالا برای جذب و نگهداری حرارت در پوشش دیوارها یا استفاده از سطوح بزرگ در ضلع جنوبی، برای دریافت بیشترین حرارت خورشید موثر است. همچنین زمان‌های مطلوب کسب حرارت توسط استراتژهای مصرفی و جانمایی‌ها قابل کنترل است. به عنوان مثال نماهای شرقی با پنجره‌های بزرگ باعث بالا رفتن حرارت اکتسابی ساختمان در طول ساعات صبح می‌گردد و سایه اندازی و پنجره‌های کم در جبهه‌های غربی مانع می‌شود که حرارت مازاد در ساعات بعد از ظهر بدست آید.

طرح بندی فضاها برای بهره‌گیری از بیشترین نور طبیعی

استفاده از یک نور طبیعی به جای استفاده از نورهای الکتریکی موجب کاهش انرژی الکتریکی مصرفی ساختمان می‌گردد. پنجره‌های سقفی و کفی و روزنه‌ها و پنجره‌های دیواری می‌توانند ابزاری در جهت هدایت نور طبیعی به صورت مستقیم یا غیرمستقیم به داخل ساختمان باشند که بستگی به کیفیت مطلوب نور و همچنین عملکرد فضای مورد نظر دارد برای مثال نور شمال و جنوب دارای بهترین کیفیت‌ها بوده و نورگیری از سمت غرب خسته کننده می‌باشد.

ترکیب فضاهای داخلی

ترکیب فضاهای طراحی داخلی باید به نحوی باشد که فضاها برحسب اهمیت، بیشترین انرژی خورشیدی را کسب کنند. بدین لحاظ با قرار دادن فضاهای اصلی در جبهه جنوب می‌توان بدین نیاز پاسخ گفت. جهت جنوب شرقی و جنوب غربی می‌تواندطراحی داخلی منزل جواب گوی نیاز فضاهای لازم بنا باشد. در طول نمای شمالی فضاهائی که احتیاج کمتری به نور دارند باید قرار گیرند مانند راهرو گاراژ و غیره. نماهای شرقی و غربی بایستی به یک اندازه نور دریافت شد. در صورت عدم امکان استفاده از نور جنوب و یا بعلت فرم نا مطلوب بنا می‌توان از پنجره روی بام استفاده کرد.

رنگ ساختمان

رنگ سطوح خارجی بر حرارت اکتسابی از خورشید موثر است. رنگهای روشن و مواد منعکس کننده برای اقلیم‌های گرم و رنگهای تیره و مواد جذب کننده برای اقلیم‌های سرد ترجیح داده می‌شوند.

جرم حرارتی مصالح ساختمان

جرم حرارتی بالاتر در مورد دیوارها و سقف‌ها باعث بالا رفتن زمان انتقال حرارت بین فضای داخلی و خارج می‌شود. استفاده از پوشش‌های دوجداره، سه جداره، می‌تواند باعث شود که بیشترین حرارت خورشید در روز بدست آمده و در شب مصرف شود.

پنجره‌های مناسب

به عنوان یکی از تأثیرگذارترین فاکتورها در طراحی اقلیمی است. نوع جنس و ابعاد و مکانیابی پنجره‌ها تأثیر بسزایی در حرارت اکتسابی خورشید خواهد داشت. همچنین نوع شیشه و پروفیل انتخابی که امروزه دارای تکنولوژی پیشرفته‌ای هم هست هر چند نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه بیشتر است اما در دراز مدت باعث کاهش هزینه‌های انرژی مصرفی ساختمان می‌گرد.

 

 

روش های مختلف بهره گیری از انرژی خورشیدی

–یک نیروگاه خورشیدی شامل تاسیساتی است که انرژی تابشی خورشید را جمع کرده و با متمرکز کردن آن، درجه حرارت های بالا ایجاد میکند. انرژی جمع آوری شده از طریق مبدلهای حرارتی، توربین ژنراتورها و یا موتورهای بخار به انرژی الکتریکی تبدیل خواهد شد.

–نیروگاه های خورشیدی بر اساس نوع متمرکز کننده ها به سه دسته تقسیم می شوند:

• نیروگاه سهموی خطی (Parabolic Trough Concentrator)
• نیروگاه دریافت کننده مرکزی(Power Tower)
• نیروگاه دیش استرلینگ(Dish Stirling)

–کشور ایران هم به دلیل برخورداری از مناطق آفتاب خیز فراوان، از قابلیت بالایی در جهت استفاده از انرژی خورشیدی برخوردار است. مناسب ترین مناطق جهت احداث نیروگاه حرارتی خورشیدی واقع در جنوب و مرکز کشور شامل استان های یزد، فارس، اصفهان و کرمان است.

–از انرژی حرارتی خورشید علاوه بر استفاده نیروگاهی، می توان در زمینه های زیر بصورت صنعتی، تجاری و خانگی استفاده کرد. کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آنها عبارت‌اند از:

• آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی
• آب شیرین کن خورشیدی
• خشک کن خورشیدی
• اجاقهای خورشیدی
• کوره خورشیدی
• خانه‌های خورشیدی

–به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده ‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند.

-بخش اصلي يك سيستم فتوولتائيك، پنل فتوولتائيك مي باشد. پنل هاي فتوولتائيك كه در معرض خورشيد قرار مي گيرند، متشكل از سلولهاي فتوولتائيك هستند. اين سلول ها از مواد نيمه هادي سيليكوني ساخته شده اند. سيستم فتوولتائيك شامل تجهيزات ديگري از جمله مبدل هايي براي تبديل جريان مستقيم به جریان متناوب نيز مي باشد.

-یک طرح ملی بزرگ برای توسعه نیروگاه های خورشیدی کوچک در پشت بام منازل در حال اجرا می باشد . در این  طرح مالکین با هزینه شخصی اقدام به نصب پنل خورشیدی در پشت بام منازل خود میکنند و شرکت برق به طور تضمینی با قراردادی ۲۰ساله ، برق تولیدی را از مالکین خریداری میکند . حدودا بعد از گذشت ۴ سال هزینه اولیه راه اندازی پنل های خورشیدی ، برگشت شده و در سال های بعدی یک درامد ماهیانه ثابت و پایدار برای مالکین ایجاد میشود.

 

 

 

• گروه تخصصی رویال هوم آماده همکاری باسازنده های گرامی در زمینه طراحی نما، طراحی داخلی،بازسازی خانه های قدیمی، آزمایشگاه مکانیک خاک، بتن، جوش،سیستم برق هوشمند، شیشه هوشمند ، پتینه کاری و همچنین متریال چوب ترموود و بتن شفاف می باشد