چکیده

استفاده از صفحات فتوولتاییک میتواند جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی جهت تولید انرژی الکتریکی در ساختمان باشد. از این رو بهبود کارایی این صفحات بهمنظور تولید بهینهی انرژی اهمیت قابل توجهی دارد. در این مقاله سعی شده است که به بررسی ویژگیهای صفحات فتوولتاییک، کاربرد این صفحات و عوامل موثر بر بهبود کارآیی صفحات فتوولتاییک یکپارچه با نما پرداخته شود. در پایان با ذکر دو نمونه به بیان مزایا و کاربردهای مفید این صفحات پرداخته شده است.

واژههای کلیدی: صفحات فتوولتاییک، کارایی.

-۱ استادیار گروه معماری دانشگاه تبریز.

-۲ دانشجوی کارشناسی معماری دانشگاه تبریز.

* نویسندهی مسئول مقاله: sbrsabouri@gmail.com

.۱ مقدمه

نخستین بار در سال ۱۹۵۳ صفحاتی وارد بازار شـد کـه تحـت عنـوان صفحات فتوولتاییک ( ( PV شناخته شـدند در ایـن تکنولـوژی انـرژی نورانی خورشید به الکتریسیته تبدیل می شـود و تحـت عنـوان پدیـده فتوولتاییک شناخته شده است. اسـاس کـار ایـن صـفحات هـم وجـود سیلیکون در یک سلول خورشیدی است. سیلیکون مـاده ای اسـت کـه توان نگهداری الکترون را ندارد و به سبب این خاصیت می توان از یـک لایه دارای مقادیر زیادی الکترون و یک لایـه بـدون الکتـرون اسـتفاده کرد. بدین ترتیب بر اثر تابش نور خورشید بر این صفحات، لایه ای کـه دارای مقادیر زیادی الکترون است به سادگی الکتـرون هـای خـود را از دست می دهد و در حین انتقال به لایـه بـدون الکتـرون از یـک مـدار الکتریکی عبور می کنند و بدین ترتیب انـرژی الکتریکـی توسـط ایـن صفحات تولید می شود.[۱]

بر اساس تحقیقاتی که در سال ۲۰۰۶ در زمینه بهبود کارایی صـفحات فتوولتاییک در بستر اقلیمی لندن انجام شد.[۲] نمای فتوولتاییـک بـه عنوان یک وسیله کمـک کننـده بـه گرمـای مـورد نیـاز سـاختمان در زمستان و تهویه طبیعی ساختمان و کاهنده دمـای سـطح صـفحات در تابستان معرفی گردید. این نوشتار با استفاده از نتـایج مقالـه مـذکور و بررسی مطالعات انجام گرفته در ایران سعی دارد به ارائه چشـم انـدازی در مورد کاربرد نماهای فتوولتاییک یکپارچه با ساختمان بپردازد تا یک مطالعه مقدماتی برای تحقیقات آتی باشد.

-۱ کاربرد صفحات فتوولتاییک

از یک صفحه فتوولتاییک می توان استفاده های زیادی کرد. در نواحی دور دست که امکان برق رسانی وجود ندارند، در چراغ های راهنمایی که شبانه روزی کار می کنند، تولید الکتریسیته مورد نیاز یک کشتی در وسط دریا، تولید روشنایی مورد نیاز برای منازل و بسیاری از موارد دیگر کاربرد دارد. با این وجود دو مشکل اساسی پیرامون استفاده گسترده از این صفحات وجود دارد که نخست می توان به هزینه بالای خرید و نصب این صفحات

اشاره کرد و مشکل دوم، بازدهی کم این صفحات است، به طوری که بنا بر تحقیقات انجام شده حداکثر بازدهی این صفحات تا %۲۵ در شرایط آزمایشگاهی محاسبه شده است.

-۲ عوامل موثر بر کارآیی صفحات فتوولتاییک

طبق مرجع [۲] عوامل موثر بر کارایی صفحات فتوولتاییک در یک نمای فتوولتاییک با قابلیت تهویه می تواند شامل نسبت مساحت پنجره

به مساحت دیوار نما، اقلیم، عمق فضای ساختمان، نوع شیشه و ابزارهای سایه اندازی باشد.

۱-۳ نسبت مساحت پنجـره بـه مسـاحت کـل نمـای
ساختمان

مطابق شکل ۱، که نشانگر نسـبت مسـاحت پنجـره بـه کـل نمـای ساختمان است می توان به میزان انرژی سرمایشـی و گرمایشـی مـورد نیاز ساختمان با توجه به نسبت های مختلف پنجره پی بـرد. همچنـین میزان کارآیی صفحات فتوولتاییک با توجه به نسبت پنجره ها متفـاوت خواهد بود. پس می توان نتیجه گرفت که نسبت پنجره بـه نمـا رابطـه معکوسی با نیاز انـرژی گرمایشـی و تولیـد انـرژی الکتریکـی صـفحات فتوولتاییک دارد و به هر میزان این نسبت بیشتر باشد کارآیی صفحات فتوولتاییک کاهش پیدا می کند. دلیل این کاهش هـم افـزایش سـطح پنجره ها در نما است.

شکل:۱ کارآیی یک صفحه فتوولتاییک برای یک ساختمان با نسبت های پنجره متفاوت[۲]

۲-۳ اقلیم

در بررسی اقلیم به طور کلی می توان گفت که موقعیت جغرافیایی ساختمان تاثیر زیادی روی کارآیی صفحات فتوولتاییک و انرژی گرمایشی و سرمایشی مورد نیاز ساختمان دارد. در یک اقلیم سرد مثل استکهلم، کارآیی این صفحات کمتر از یک اقلیم گرم مثل مادرید خواهد بود. دلیل این تفاوت هم تفاوت زاویه تابش خورشید است. در ناحیه گرم، خورشید به صورت عمود تری نسبت به ناحیه سرد می تابد و بدین ترتیب میزان انرژی تابشی خورشید متفاوت خواهد بود. از طرفی نیز اقلیم موجب تفاوت نسبت پنجره نیز می شود، به طوری که در اقلیم سرد نسبت پنجره به نما متفاوت با این نسبت در اقلیمی گرم است