نقش انرژی خورشیدی در معماری امروز

نیروگاههای خورشیدی به دلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می باشند درحالی که عمر نیروگاههای فسیلی بین 15 تا 30 سال محاسبه شده است.

عدم احتیاج به متخصص نیروگاههای خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارد ومی توان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، درصورتیکه در نیروگاههای اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.

 کاربردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی  می باشد که اهم آنها عبارتند از: آبگرم کن وحمام خورشیدی- سرمایش و گرمایش خورشیدی0آب شیرین کن خورشیدی-خشک کن خورشیدی- اجاق خورشیدی-کوره های خورشیدی و خانه های خورشیدی

الف)آبگرمکن خورشیدی –خشک کن خورشیدی-اجاق خورشیدی وخانه های خورشیدی

الف) آبگرمکن خورشیدی و حمام خورشیدی

تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادی ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است.می توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی درمنازل و امکان عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد چنانچه ظرفیت ایسن سیستم ها افزایش یابد می توان از آنها درحمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود.

تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آبگرم کن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی درنقاط مختلف کشور از جمله خراسان،سیستان وبلوچستان ویزد نصب و راه اندازی شده است.

ب) گرمایش وسرمایش ساختمان وتهویه مطبوع خورشیدی

گرمایش وسرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید ، ایده تازه ای بود که در سالهای 1930مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید.با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستمهای خورشیدی می توان علاوه برتهیه آب گرم مصرفی وگرمایش از این سیستم ها در فصول گرم برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.

پ) آب شیرین کن خورشیدی

هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شوراثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می ماند

سپس با استفاده از روشهای مختلف می توان آب تبخیر شده را تقطیر کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد.با این روش می توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارد مانند جزایر را تامین کرد.

آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی وصنعتی ساخته می شود. درنوع صنعتی با حجم بالا می توان برای استفاده شهر ها آب شیرین تولید کرد

ت- خشک کن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بوده انسانهای نخستین خشک کردن را یک هنر می دانستند.

خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود درمواد غذایی و بسیار محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتریها می باشد. در خشک کن ها ی خورشیدی به طورمستقیم و یا غیرمستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می شود وهوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته وباعث تسریع عمل خشک شدن محصول می گردد.خشک کن های خورشیدی در اندازه های مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی وساخته می شوند.

ث) اجاقهای خورشیدی

دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود. قطعات شیشه ای در پوش آنرا تشکیل   می داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه ها وارد جمع شده و بوسیله سطح سیاه جذب  می شد. سپس درجه حرارت داخل جعبه را به 88درجه افزایش می داد.اصول کار اجاق خورشیدی حمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید دریک نقطه کانونی وافزایش دما درآن نقطه می باشد. امروزه طرحهای متنوعی از این  سیستم ها وجود دارد که این طرحها درمکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده وبه نتایج خوبی نیز رسیده اند.استفاده از این اجاقها به ویژه درمناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می باشند بسیار مفید خواهند بود.

ج) کوره خورشیدی

درقرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت وبوسیله آن یک تکه چوبی را درفاصله 60 متری آتش زد.

بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تامین می کرد.متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت ودیگری کروی می باشد.نور خورشید به آینه تخت رسیده وتوسط این آینه به آینه کروی باز تاییده می شود.طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید.در محل کانون متمرکز می شوند. به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می شود که این نقطه به دماهای بالایی می رسد.امروزه پروژه های متعددی درزمینه کوره های خورشید درسراسر جهان درحال طراحی و اجرا می باشد.

چ- خانه های خورشیدی

ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه های خود درزمستان استفاده می کردند.آنان ساختمانها را به ترتیبی بنا می کردند که درزمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق درسایه قرار داشت.

در اغلب فرهنگهای دیگر دنیا نیز می توان نمونه هایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. درسالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا وایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه های خورشیدی مطرح و آزمایش شد.

از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت.حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانه های خورشیدی را آغاز کرده اند وبه دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته اند. مثلاً در ایالات متحده در سال 1890 به تنهایی حدود 10 تا 20 هزار خانه خورشیدی ساخته شده است.در این گونه خانه ها سعی می شود از انرژی خورشید برای روشنایی- تهیه آب گرم بهداشتی- سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکاربردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف  گرما وانرژی جلوگیری شود.

در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع درضلع شمالی دانشگاه علم وصنعت وبه منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدید پذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده است.

سیستمهای فتولتائیک

به پدیده ای که در اثر تابش نور بدون استفاده از مکانیزم های محرک ، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم های فتوولتائیک یکی از پر مصرف ترین کاربرد انرژی های نو می باشند و تا کنون سیستم های گوناگونی با ظرفیت های مختلف (5/0 وات تا چند مگا وات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده میشود.ازسوی وموازی کردن سلولهای آفتابی میتوان به جریان وولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک میگویند.امروزه اینگونه سلولها عموماًٌ از ماده سیلیسیوم تهیه میشود و سیلیسیوم مورد نیاز از سن و ماسه تهیه میشود که در مناطق کویری کشور ، به فراوانی یافت می گردد.

بنابراین از نظر تامین ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد.

        سیستمهای فتوولتائیک را میتوان بهطور کلی به سه بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه به توضیح آنها می پردازیم

1-  پنلهای خورشیدی:

این بخش ر واقع مبدل انرژی تابشس خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی میباشد. لازم به ذکر است ، جریان و ولتاژ خروجی از این پنلها DC (مستقیم) می باشد.

2-  تولید توان مطلوب یا بخش کنترل:

این بخش درواقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده و توان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق یا کنترل میکند. لازم بذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی ومصرف کننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر میکند.

3-   مصرف کننده یا بار الکتریکی:

با توجه به خروجی DC پنلهای فتولتائیک ، مصرف کننده میتواند دو نوع DC یا AC باشد ، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک میتوان نیاز مصرف کنندگان مختلف رابا توانهای متفاوت تامین نمود.

    با توجه به کاهش روز افزون ذخایر سوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاههای اتمی ، گمان قوی وجود دارد که در آینده ای نه چندان دور سلولهای خورشیدی با تبدیل مستقیم انرژی خورشیدی به انرژی برق بعنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوخت فسیلی و نیروگاههای اتمی توسط بشر به کار گرفته شود.

الف- مصارف فضانوردی و تامین انرژی مورد نیاز ماهواره ها جهت ارسال پیام

ب- روشنایی خورشیدی:

در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد سیستم های فتوولتائیک را در سراسر جهان دارد و سالانه دهها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می گردد ،مانند تامین برق جاده ها و تونلها بخصوص درمناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند ، تامین برق پاسگاههای مرزی که دور از شبکه برق هستند ، تامین برق مناطق شکاربانی و مناطق حفاظت شده نظیر جزیره های دورافتاده که جنبه نظامی دارند.

پ- سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی:

انرژی مورد نیاز کلیه لوازم برقی منازل (شهری و روستایی) و مراکز تجاری را می توان با استفاده از پنلهای فتوولتائیک و سیستم های ذخیره کننده و کنترل نسبتاً ساده ، تامین نمود.

ت- سیستم پمپاژ خورشیدی:

سیستم پمپاژ خورشیدی:

سیستم پمپهای فتولتائیک قابلیت استحصال آب از چاهها ، قنوات ، چشمه ها ، رود خانه ها و ...را جهت مصارف عمومی دارا می باشد.

ث- سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری:

اغلب ایستگاههای مخابراتی و یا زلزله نگاری درمکانهای فاقد شبکه سراسری و صعب العبور و یا در محلی که احداث پست فشار قوی به فشار ضعیف و تامین توان الکتریکی ایستگاه مذکور صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد نصب شده اند.

ج- ماشین حساب ،ساعت ، رادیو ، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیله ای که تاکنون با باتری خشک کار می کرده است یکی دیگر از کابردهای این سیستم می باشد.

مثلاً کشور ژاپن در سال 1983 حدود 30 میلیون ماشین حساب خورشیدی تولید کرده است که سلولهای خورشیدی بکار رفته در آنها مساحتی حدود 000/20 متر مربع و توان الکتریکی معادل 500 کیلو وات داشته اند.

چ- نیروگاههای فتوولتائیک

همزمان با استفاده از سیستم های فتولتائیک در بخش انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمانها اطلاعات وتجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگتر حاصل گردید و هم اکنون در بسیاری ازکشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک درواحدهای کوچک و بزرگ و به صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب و. راه اندازی شده است ولی این تاسیسات دارای هزینه ساخت ،راه اندازی و نگهداری می باشند که فعلاً مقرون به صرفه اقتصادی نیست.

ح- یخچالهای خورشیدی :

ازیخچالهای خورشیدی جهت سرویس دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه ای در مناطق دور افتاده وصعب العبور استفاده می گردد. عملکرد مناسب یخچالهای خورشیدی تا حدی بوده است که در طی 5 سال گذشته بیش از 10000 یخچال خورشیدی برای کاربردهای بهداشتی و درمانی در سراسر آفریقا راه اندازی شده است.

خ- سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل

قابل حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستمها می باشد. بازده توان این سیستم ها از 100 وات الی یک کیلووات تعریف شده است. از جمله کاربردهای آن می توان به تامین برق اضطراری در مواقع بروز حوادث غیر متر قبه، سیستم تغذیه کننده یک چادر عشایری و کمپ های جنگلی اشاره نمود.