فوتوولتائیک

یکی از تکنولوژی های پیشرو در حوزه انرژی تجدیدپذیر سیستم فوتوولتائیک است. فوتوولتائیک ها یکی از بهینه ترین روش های تولید برق در محل به طور مستقیم از تابش خورشید بدون نگرانی از صدمه زدن به محیط زیست به شمار می رود. این نوع تجهیزات به صورت ساده انرژی را تابش خورشید دریافت و بدون نیاز به نگهداری، بدون ایجاد آلودگی محیط زیست و بدون استفاده از مواد سوختی به برق تبدیل می کند.

اجماع روافزون مبنی بر تجاری شدن این نوع سیستم بدلیل پیشرفتهای شگرفی که در مورد کارایی و مقرون به صرفه بودن برای تأمین برق وجود دارد. از برجسته ترین کاربردهای سیستم های فوتوولتائیک، مناسب بودن آن برای استفاده در ساختمان های تکی می باشد.

علاقه به یکپارچه سازی پانل ها و المانهای فوتوولتائیک ها که به صورت بخشی از مجموعه ساختمان  به شکل المان بیرونی بدنه ساختمان باشد به صورت چشمگیری رو به رشد است. متخصصین و  مهندسین نوآور شرکت بلند پایه آذر، روش های نوآورانه در زمینه بکارگیری برق خورشیدی در پروژه های خود را  شناسایی و مورد توجه قرار داده است. یک فن آوری کاملا جدید از معماری انرژی خورشیدی در حال ظهور است.

فن آوری‌های فوتوولتائیک

دو نوع فن آوری مدول فوتوولتائیک  به صورت تجاری در بازار این صنعت موجود است:

  1. محصولات کریستالی صخیم که شامل سلولهای خورشیدی ساخته شده از سیلیکون کریستالی به صورت ویفرهای تکی یا چند-کریستالی با ظرفیت تولید بین ۱۰۰ تا ۱۳۰ وات بر مترمربع از مساحت پانل های تحت تابش کامل و مسقیم خورشید
  2. محصولات نازک لایه که از لایه های خیلی نازک مواد فوتوولتائیکی فعالِ تعبیه شده بین یک لایه رویی شیشه ای و لایه زیری فلزی با استفاده از روش های تولید از طریق خلاء سازی شبیه آنچه که در تولید رویه شیشه معماری بکار می رود  در حال حاضر، مصالح نازک-لایه تجاری در حدود ۴۴ تا ۵۵ وات بر مترمربع، از مساحت پانل های تحت تابش کامل و متسقیم خورشید، برق تولید می کند. فن آوری های لایه-نازک بدلیل نیاز های خیلی پایینتر به موادِ فعال و انرژی در تولید آنها در مقایسه با محصولا کریستالی ضخیم مقرون به صرفه هستند

یک سیستم فوتوولتائیک از قرارگیری تعدادی از کلکتورها که مدول نامیده می شوند و به صورت مکانیکی و الکتریکی بهم متصل می شوند ساخته می شود.

مدول های PV یکپارچه شده با ساختمان (BIPV)

مدول های یکپارجه شده با ساختمان، مدول هایی هستند که بخشی از پوشش بیرونی ساختمان را تشکیل می دهند. مدول های PV با کارکرد دوگانه هم نقش پوشش نمای ساختمان را ایفا میکنند و هم نقش تولید برق را دارند. که با این کار هزینه لازم برای تأمین مصالح نمای ساختمان صرفه جویی می شود. بنابراین سیستم های PV یکپارچه شده با ساختمانی از هزینه های پایینتری نسبت به سیستم های PV یک به صورت مجزا بکار می روند برخوردار هستند.

یک سیستم کامل BIPV شامل اجزاء زیر می باشد:

الف. مدول های PV  ( از نوع لایه-نازک یا کریستالی، شفاف، نیمه شفاف یا غیر شفاف)

ب. یک کنترل کننده شارژ، برای تنظیم توان ورودی به و خروی از بانک ذخیره باتری (در سیستم های مجزا)

ج. یک سیستم ذخیره برق، معمولا شامل شبکه  در سیستم های متصل به شبکه برق سراسری یا تعدادی باتری در سیستم های مجزا از شبکه برق سراسری

د. تجهیزات تبدیل کننده برق، شامل یک اینورتر برای تبدیل برق جریان مستقیم خروجی از پانل ها به جریان متناوب سازگار به شبکه

ه. سیستم تأمین برق پشتیبان نظیر ژنراتور های دیزلی (اختیاری- معمولا در سیستم های مجزاء از شبکه سراسری)

و. تجهیزات نصب و نگهدارنده پانل، کابل کشی و ایمنی

دیاگرام سیستم BIPV

سیستم های BIPV می توانند یا در ترکیب با شبکه موجود طراحی شوند و یا با صورت کمک به شبکه سراسری با صرفه جویی در افت های انتقال برق از طریق شبکه سراسری و صرفه جویی برای مصرف کننده از طریق کاهش مبلغ قبض در شرایط مصرف اوج طراحی شوند. ساختمان هایی که انرژی تجدید پذیر تولید می کنند باعث کاهش میزان تقاضا از شبکه برق سراسری می شوند که در نهایت منجر به کاهش آلاینده های گازهای گلخانه ای می گردند.

کاربردها

فوتوولتائیک ها به روش ها مختلفی در پوشش ساختمان قابل یکپارجه شدن می باشند.

  • سلول های خورشیدی با قرار گیری بر نمای ساختمان جایگزین مصالح متداول مورد استفاده در نمای ساختمان می شوند. این سلولها اغلب به شکل عمودی قرار می گیرند که اغلب با میزان پایین دسترسی به تابش خورشید مواجه هستند ولی سطوح بزرگتر موجود در ساختمان این نقش را می تواند جبران کند
  • فوتوولتائیک های می توانند به شکل سایه بان و طرح های پیش آمدگی (به شکل دندانه دار) در نمای ساختمان یکپارچه سازی شوند. که منجر به افزایش دسترسی مستقیم به تابش خورشید همراه با تأمین مزایای معماری نظیر سایه ساز غیر فعال (passive shading) می شوند
  • بکارگیری مدول های PV در سقف می تواند جایگزینی در سقف های شیروانی فلزی، سقف های با پوشش آسفالتی و سقف های رایح شود

استفاده از PV برای سیستم های نورگیر (skylight) می تواند هم به لحاظ اقتصادی و هم به لحاظ طراحی مزیت به حساب می آید.

فوتوولتائیک یکپارچه شده با ساختمان (BIPV)

طراحی یک سیستم فوتوولتائیک یکپارچه شده با ساختمان (BIPV)

سیستم های BIPV با علم بر روش های طراحی انرژی، سیستم ها و تجهیزات مربوطه به صورت دقیق انتخاب و تعیین می شوند. این سیستم در هزینه چرخه حیات ساختمان مورد توجه قرار گیرند بدلیل اینکه هزینه کلی بدلیل کاهش مصالح ساختمان و حذف هزینه های نصب مصالح کاهش می یاید. فرضیات طراحی برای سیستم BIPV باید شامل بهره برداری ساختمان و بارهای الکتریکی، موقعیت و جهت ساختمان، مقرارت مناسب ساختمان و ایمنی و مسائل و هزینه های تاسیسات برقی مربوطه باشد.

گامهای طراحی سیستم BIPV عبارتند از:

الف. لحاظ نمودن تجربه طراحی و اقدامات بهره وری انرژی برای کاهش نیازهای انرژی ساختمان. این موضوع افزایش آسایش و صرفه جویی اقتصادی و همچنین فراهم نمودن بخش عمده از بار انرژی از طریق BIPV در بر خواهد داشت.

ب. انتخاب بین سیستم PV مجزا و سیستم متصل به شبکه سراسری

بخش عمده ای از سیستم های BIPV به شبکه سراسری متصل خواهند شد تا از آن بعنون پشتیبان و منبع ذخیره برق استفاده کنند. سیستم ها برای تأمین اهداف مالک مطابق با شرایط بودجه و میران فضای موجود طراحی می شوند اینورتر با علم به الزامات شبکه باید انتخاب شود.