خورشید همه جا هست و پوسته ساختمان در معرض آن قرار دارد. و اینجاست که انرژی خورشیدی می تواند به انرژی مفید تبدیل شود. از خورشید می‌توان برای تولید برق یا گرما استفاده کرد.
به طور کلی، 3 نوع دستگاه وجود دارد که برای ساختمان ها برای تولید فعال انرژی مناسب هستند. از سلولها و ماژول‌های فوتوولتائیک می‌توان برای تولید برق استفاده کرد.
کالکتورهای خورشیدی یا ماژول های حرارتی خورشیدی گرما تولید می‌کنند که به مایع تبدیل می شود، و ماژول های فوتولتایک گرمایی همزمان برق و گرما تولید می کنند. با این حال، کالکتورهای خورشیدی دمای بالاتری نسبت به ماژول‌های فوتولتایک گرمایی تولید می‌کنند.
استفاده از محصولات انرژی خورشیدی بر روی ساختمان ها اغلب با نصب ماژول های خورشیدی یا کلکتورها بر روی سقف ها انجام می شود. اما راه حل های ادغام شده هم به پایداری و هم به ظاهر جذاب ساختمان ها کمک می کند.
همانطور که خواهیم دید راندمان سلول های خورشیدی در دهه گذشته دو برابر شده و هزینه های تولید به سرعت کاهش یافته است. بنابراین زمان بازپرداخت در 10 سال گذشته 10 برابر کاهش یافته است. و از آنجایی که صنعت خورشیدی به سرعت به یک صنعت مادر تبدیل شده است،
ماژول های فوتولتائیک بسیار مقرون به صرفه است و بسیاری از محصولات خورشیدی مختلف در بازار هستند که بسیاری از آنها را می توان به شکل جذابی در ساختمان ها ادغام کرد. ما در اینجا 2 نمونه را مشاهده می کنیم:1- انواع مختلف کاشی های سقفی کاملاً یکپارچه فتوولتائیک و 2- ماژول های فوتولتائیک رنگی، یکپارچه شده در نما. سیستم های خورشیدی را نه تنها می توان در ساختمان ها در سقف ها و نماها، بلکه در سیستم های آفتابگیر، در بالکن ها و در پنجره ها می‌توان ادغام کرد. 3 نوع اصلی از سلول ها و ماژول های فوتولتائیک وجود دارد که در صنعت ساختمان برای تولید برق خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند که همگی دارای مزایای خاص خود هستند:
چند کریستالی‌ها: معمولاً آبی هستند و می‌توانید کریستال‌ها و هادی‌های برق نقره‌ای بالای سلولها را تشخیص دهید. اما رنگ های دیگر نیز موجود است. آنها با قیمت نسبتا پایین، حدود 17٪عملکرد دارند. برای ترکیب آنها به صورت صاف در ساختمان ها، این ظاهر معمولی ممکن است یک نقطه ضعف باشد.
مونو کریستالی: اینها معمولاً سیاه هستند و سلولها ظاهری یکنواخت دارند. ماژول ها دارای راندمان بالایی هستند، حدود 20٪ و همچنین کمی گران تر هستند. در ماژول های تمام مشکی به راحتی می توان آن ها را به شکلی جذاب در ساختمان ها ادغام کرد.
و پنل نازک: این ماژول ها از سلول های همگن بزرگی هستند که اغلب سیاه و انعطاف پذیر هستند. آنها بسیار ارزان تر هستند اما کارایی آنها حدود 12٪ است، اما با ظاهر همگن خود ممکن است بهترین گزینه برای ادغام بهینه در ساختمان ها باشند.
چند کریستالی
مونو کریستالی
پنل نازک
سیستم های فوتولتائیک از مجموعه ای از ماژول های فوتولتائیک تشکیل شده‌اند. آنها تابش خورشیدی را به جریان برق با ولتاژ پایین تبدیل می کنند که در یک تبدیل کننده به جریان متناوب تبدیل می شود، همانطور که ما در خانه‌های خود از اغلب با ولتاژ 110 یا 220 ولت استفاده می کنیم،. اکنون می‌توانیم از برق خورشیدی خود استفاده کنیم یا تولید برق اضافی را در شبکه برق قرار دهیم. امروزه سیستم های فوتولتائیک دارای راندمان معمولی 12 تا 20 درصد هستند، اما آنها در همه جا به یک اندازه برق تولید نمی کنند.
به دلیل اینکه جهت ماژول ها بر میزان تابش خورشید تأثیر می‌گذارد، مقدار تابش خورشید برای هر مکان در جهان متفاوت است، هر چه مکان استفاده از پنل‌های خورشیدی نزدیکتر به خط استوا باشد، تابش خورشیدی بیشتری وجود دارد.بیشترین تولید سالانه انرژی خورشیدی زمانی حاصل می‌شود که پنل‌های خورشیدی جهت مناسبی را به سمت خورشید داشته باشند. اغلب جهت‌های سقف های شیبدار رو به استوا است، بنابراین در نیمکره شمالی رو به جنوب و در نیمکره جنوبی رو به شمال است و یا پنل های خورشیدی روی سقف های تخت به صورت زاویه‌دار قرار میگرند تا بازده حداکثری را داشته باشند. به همین دلیل،برای گرفتن بازده بیشتر از پنل‌های خورشیدی، هر چه محل قرارگیری ساختمان از استوا دورتر باشد، ، شیب پنل‌ها باید بزرگتر باشد. در اروپای میانی، جهت گیری بهینه در حدود 40 درجه رو به جنوب است.
ما همانطور که در این نمودار آخر می‌بینیم، به راحتی می توانیم از حالت بهینه منحرف شویم تا همچنان بازدهی خوبی داشته باشیم، همچنین اگر پنل‌ها ها بیشتر رو به شرق یا غرب باشند.
اکنون می‌توانیم تخمینی سریع داشته باشیم که سالانه 1 پنل خورشیدی روی سقفی با شیب 45 درجه در جنوب شرقی در آمستردام چقدر تولید می‌کند. در نقشه تابش خورشیدی می‌بینیم که آمستردام در هر متر مربع افقی 3600 مگاژول تابش خورشیدی در یک سال دریافت می کند که برابر با 1000 کیلووات ساعت است. ما راندمان سیستم را برای نمای جنوب شرقی در مقایسه با نمای جنوبی 20% و تولید 5% کمتر فرض می‌کنیم. در مجموع این پنل 1.6 متر مربعی در مدت 1 سال 338 کیلووات ساعت برق تولید خواهد کرد.
کالکتورهای حرارتی خورشیدی که بر روی ساختمان ها اعمال می شوند عموماً کالکتورهای صفحه تخت یا کالکتورهای لوله تخلیه شده هستند. آخرین مورد قادر به تولید دماهای ، حتی بالای 100 درجه سانتیگراد است. راندمان تا حد زیادی به دمای مورد نظر بستگی دارد. هر چه دما بالاتر باشد، راندمان کمتر است. کالکتورهای خورشیدی برای مصارف خانگی دارای راندمان در حدود 25-35٪ هستند. گرما باید به صورت محلی استفاده شود و باید ذخیره شود. همانطور که در زیر می بینیم، آنها اغلب برای تامین آب گرم خانگی استفاده می‌شوند که در تمام طول سال تقاضا برای آن وجود دارد.
پنل خورشیدی تخت
پنل خورشیدی لوله ای
از گرمای حاصل از کالکتورهای خورشیدی می‌توان برای گرمایش فضا نیز استفاده کرد. در این طرح از گرمای خورشیدی به عنوان منبعی برای سیستم پمپ حرارتی استفاده می شود. در روزهای سردتر، پمپ حرارتی حرارت را افزایش می دهد تا گرمای سیستم گرمایش از کف را تامین کند و برای آب گرم خانگی مصرف شود.اما از آنجایی که بیشترین گرما در تابستان تولید می‌شود، زمانی که تقاضا برای گرمایش کمترین میزان است، یک سیستم ذخیره فصلی می‌تواند استفاده از گرمای خورشیدی را افزایش دهد. به عنوان مثال، با ذخیره آن در زیر زمین، در یک سیستم انرژی حرارتی بورهول در این مورد می‌توان گرمای تولید شده را ذخیره کرد.
در نهایت، ما ماژول‌های فوتولتائیک حرارتی را انتخاب می‌کنیم، آنها برق را با راندمان حدود ٪20 و گرمای دمای پایین را تا 50٪ راندمان تولید می کنند.
حداکثر اسفاده از فضای بام
پنل خورشیدی رنگی نما
پنل خورشیدی لوله ای نما
مثال
محاسبه‌ی انرژی تولید شده توسط پنل خورشیدی در ساختمانی در تهران
مشخصات پروژه:
1- ما از کلکتور لوله ای در نما و سقف (2.4 متر مربع) با راندمان 35 درصد استفاده می کنیم.
2- ما در آپارتمانی با 2 طبقه زندگی می کنیم، بنابراین طبقه من فقط 50 درصد از این انرژی را مصرف می کند.
3- جهت نما به سمت جنوب است تا بتوانم از 100 درصد تابش خورشیدی استفاده کنم.
4- زاویه کلکتور خورشیدی در نما 90 درجه و در سقف 40 درجه است.
5-متر مربع نما و 50 متر مربع از سقف را برای نصب پانل ها اختصاص می دهیم.
6-ما از سیستم (ذخیره انرژی حرارتی آبخوان) برای ذخیره گرمایش که توسط کلکتور خورشیدی دریافت می شود استفاده می کنیم.
مشخصات پروژه:
1-استفاده از پنل مونو کریستال به مساحت 1.6 متر مربع هر و کارآمدی 17 درصد.
2- ساختمان دو طبقه
3- جهت ساختمان رو به جنوب
4- فرض بهترین درجه‌ی پنل‌ها در شهر تهران با توجه طول و عرض جغرافیایی 40 درجه است.
5-مساحت در نظر گرفته شده برای نصب پنل‌های خورشیدی 100 متر مربع می‌باشد.
