فناوری صفحات خورشیدی در معماری ساختمان

در دنیای امروزی که به لحاظ مصرف انرژی از شاخص بالایی برخوردار می باشیم، استفاده از منابع انرژی پایدار و جایگزین، نه تنها توصیه می شود، بلکه ضرورتی اساسی و مهم می باشد. چرا که منابع انرژی فعلی زمین از جمله نفت و گاز و آب و فلزات و ...، سرانجام روزی به پایان می رسند. بنابراین باید از انرژی های همیشگی و دائم مانند انرژی خورشیدی، باد، و ... استفاده ی بهینه و مناسب تری داشت. یکی از این استفاده های بهینه و مناسب، تکنولوژی صفحات خورشیدی می باشد. این تکنولوژی که سال هاست از آن صحبت می شود، امروزه توانسته است به مرحله ی اجرا و تولید انبوه برسد.

صفحات خورشیدی چیست؟

در سیستم گرمایش خورشیدی ساختمان به طور طبیعی، گرمایش خانه با استفاده از عوامل طبیعی مثل خورشید انجام می گیرد. بدین معنی که چنین سیستمی این امکان را فراهم می سازد که ساختمان بدون نیاز به انرژی فسیلی و در نهایت با مصرف انرژی بسیار کمی کار کند.

صفحات خورشیدی از کنار هم قرار گرفتن تعدادی سلول خورشیدی تشکیل می شوند و وظیفه ی تبدیل انرژی نورانی خورشیدی به انرژی الکتریکی را بر عهده دارند. این صفحات دارای ورق های نیمه هادی (رساننده می باشند) که انرژی خورشیدی طی عبور از این صفحات، به انرژی حرارتی یا الکتریکی تبدیل می شود.

تاریخچه استفاده از انرژی خورشیدی

مهمترین روایت تاریخی در رابطه با استفاده از تابش خورشید، داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می باشد که ناوگان روم را با نصب تعداد زیادی آینه و با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید. از این که بگذریم در چند دهه اخیر در کشورهای پیشرفته، نمونه های زیادی از خانه های خورشیدی ساخته شده است که با استفاده از انرژی طبیعی (باد، خورشید، انرژی زمین گرمایی و ...) گرمایش و سرمایش ساختمان را تأمین می کنند. در ایران نیز قدیمی ترین استفاده از انرژی خورشیدی، در بناها و ساختمان های سنتی به کار رفته است. آنجایی که با به کارگیری شیوه ی خاص معماری و مصالح بومی، باعث ذخیره ی انرژی گرمایی خورشید در زمستان و در مناطق سرد می شدند.

کاربرد انرژی خورشیدی در ساختمان ها

یکی از کاربردهای مهم و اصلی انرژی خورشیدی، استفاده از آن در معماری می باشد. کاربرد انرژی خورشیدی در فضای داخلی ساختمان ها از راه های مختلف زیر صورت می گیرد:

تأمین آب گرم مصرفی: در سیستمهای فعال خورشیدی آب گرم مصرفی عمدتا بوسیله آبگرمکن های خورشیدی تأمین می شود.

تأمین گرمای مورد نیاز: تأمین درصدی از گرمای مورد نیاز ساختمان ها معمولا به یکی از روش های ذیل و یا ترکیبی از آن ها صورت می گیرد: دیوار ترومب (نوعی سیستم گرمایشی خورشیدی)، گلخانه، استخرهای خورشیدی و ...

تأمین سرمای مورد نیاز: با انرژی خورشیدی می توان سیستم های برودتی و سرمازایی ساختمان ها را هم تامین کرد. این سیستم با چیلرهای جذبی انجام می گیرد.

تأمین روشنایی: روشنایی ساختمان ها می تواند با استفاده از سلول های فتوولتائیک تأمین شود. یعنی با محاسبه انرژی مورد نیاز برای روشنایی ساختمان تعداد پانل های فتوولتائیک (هر پانل از کنار هم قرار گرفتن چند سلول خورشیدی تشکیل شده است) و ظرفیت باطری ذخیره مورد نیاز مشخص می شود. در نتیجه با استفاده از پانل های خورشیدی و باطری ذخیره، روشنایی مورد نیاز ساختمان تأمین خواهد گردید.

استفاده از صفحات برای معماری خورشیدی

به طور کلی در معماری خورشیدی ساختار یک ساختمان شامل یک سیستم گردآوری انرژی خورشید و یک سیستم ذخیره و توزیع انرژی است که در نتیجه برای ساکنین ساختمان آسایش حرارتی و روشنائی طبیعی تأمین می نماید. استفاده از پانل های خورشیدی در معماری و تأسیسات ساختمان باعث می شود که هم از این انرژی بتوان در سیستم های داخلی ساختمان و هم در نمای ساختمان استفاده کرد که در ادامه بر شرح آن ها می پردازیم:

نماسازی: اولین استفاده از این صفحات همین است که می توانند به عنوان نما استفاده شوند. به این صورت که خودشان با زیبایی خاصی، باعث به وجود آمدن یک نمای شیشه ای کاربردی می شوند.

مناسب برای ساختمان های خارج از شهر: صفحات خورشیدی موجود در نما با جذب انرژی های خورشید و تبدیل آن به انرژی گرمایی و انرژی الکتریکی باعث تامین نور و گرمای داخل ساختمان می شود. این تبدیل انرژی به طور مخصوص برای ساختمان های خارج از شهر که به سیستم گازرسانی و برق رسانی دسترسی ندارند، بسیار مناسب می باشد.

سایه انداز ساختمان: از طرفی از این نما می توان به عنوان سایه انداز ساختمان هم استفاده کرد.

معماری خورشیدی ساده، که صرفا بر مبنای شیشه های با راندمان بالا و عایق حرارتی خوب ساختمان می باشد، بطور تجاری توسط برخی از معماران مورد استفاده قرار می گیرد و اغلب بدان بصورت صرفه جوئی در انرژی نگریسته می شود. این اقدام بسیار مناسبی است زیرا می توان در ساختمان های موجود با چنین اقداماتی حدود 25% در انرژی صرفه جوئی نمود. اما میزان بالاتر نقش خورشید، فقط می تواند در ساختمان های جدید که به دقت طراحی شده اند حاصل گردد.

مزایای استفاده از معماری خورشیدی

صفحات خورشیدی به تنهایی دارای ویژگی ها و مزایای مثبت زیادی هستند، اما یکی از مهمترین نتایج مثبت استفاده از حرارت خورشیدی، با کمک معماران و با معماری خورشیدی اتفاق می افتد. برخی دیگر از مزایای استفاده از صفحات خورشیدی در معماری به شرح زیر می باشند:

سایه اندازی برای بنا

عایق نمودن بنا

ذخیره انرژی

استفاده از انرژی الکتریکی برای ساختمان

خود اتکا بودن ساختمان بدون نیاز به سایر انرژی ها

و ...