تکنولوژي هاي نو در تأمين انرژي هاي نو در ساختمان
مسلم زارع (2)
سلول هاي خورشيدي
چکيده
کليد واژه ها: انرژي هاي تجديد پذير، نيمه رساناها، سلول هاي خورشيدي، ساختمان هاي خوداتکا
مقدمه
کربن در طول زمان، آهسته و به کندي در زمين به دام افتاده است و در طول ميليون ها سال ذخيره هاي فسيلي پُر جرمي را ساخته است. مشکل اساسي اين است که اين اندوخته هاي کربني به صورت دي اکسيد کربن در جو آزاد خواهند شد. تجمع هاي اتمسفري Co2 ناشي از اقدامات اوليه ي صنعتي در حدود 270 قسمت در هر يک ميليون از واحد حجم (ppmv) بوده است. اکنون تخمين زده مي شود که اين ميزان به ppmc 380 رسيده است. هدف جامعه ي علمي اين است که ميزان co2 جوي را تا سال 2050 زير ppmv 500 نگه دارد. پيش بيني مي شود که با روند کنوني استفاده از سوخت هاي فسيلي اين ميزان در نيمه ي قرن حاضر به ppmv 800 برسد.
alt=" تکنولوژي هاي نو در تأمين انرژي هاي نو در ساختمان" src="/userfiles/Article/1390/10/15045.JPG"
بزرگ ترين پتانسيل براي کاهش اين تغيير در بستر چگونگي ساختمان سازي نهفته است. در بريتانياي کبير، بيش تر از 50 درصد Co2 توليد شده، در بخش ساختمان محاسبه شده است.نوعي فن آوري وجود دارد که اين رقم را در ساختمان هاي جديد و ساختمان هاي کنوني از بين مي برد. امروزه گونه اي از ساختمان ها طراحي شده اند که مي توانند کاهش Co2 را به 80 تا 90 درصد در برابر ميزان فعلي برساند. در ساختمان هاي مربوط به دوره ي سال هاي 1960 تا 1970 نشانه هايي از غرور انساني وجود دارد و مبارزه عليه طبيعت در هر گامي به چشم مي خورد. با شروع هزاره ي سوم، گرايش به همکاري بين فعاليت هاي انساني و نيروهاي طبيعت مشاهده شده است. امروزه، اين موضوع مي تواند به صورت بهتر از آنچه هست در طراحي ساختمان ها، مديريت شود.
انرژي تجديدپذير خورشيد
مصارف انرژي خورشيدي
اغلب قمرهاي مصنوعي و ماهواره هايي که از دهه ي 1950 ميلادي تا کنون به فضا فرستاده شده اند، قدرت مورد نياز خود را از پانل هاي متشکل از سلول هاي خورشيدي دريافت نموده اند. سيستم هاي فتوولتائيک مي توانند يکي از مهم ترين روش هايي باشند که برق مورد نياز روستاها و مناطق دور افتاده کشور را تأمين نمايند، زيرا به دليل صعب العبور بودن اغلب اين مناطق، تغذيه ي آن ها از طريق شبکه هاي سراسري برق، بسيار پُر هزينه و گاه غيرممکن مي باشد. اين فن آوري اگرچه هنوز هم نسبت به فن آوري متداول توليد برق، گران تر است، ولي يکي از بهترين روش هايي خواهد بود که براي توليد برق، از انرژي پايان ناپذير خورشيد ي بهره مي گيرد. در کشورهاي متعددي يارانه هاي منطقه اي به شکل قابل توجه، به صنايع فتو ولتائيک اختصاص داده مي شود. و به تبع آن قيمت ها مي تواند به سرعت به اقتضاي مقياس هاي اقتصادي، افت کنند. يکي از مثال هاي پيشگام در کاربردهاي خانگي، خانه ي مستقل ساخته شده به وسيله رابرت ويل (Robert Vill) واقع در لندن مي باشد. (تصوير 2)
سلول هاي فتو ولتائيک هيچ بخش متحرکي ندارند، در موقع کار هيچ صدايي توليد نمي کنند و از هر دو جنبه ي زيبايي و علمي جذاب به نظر مي رسند. نيروي توليد شده از طريق دسترسي به نور تابيده شده به سلول در آن ذخيره مي شود و اين روند حتا در مواقعي که آسمان ابري و تيره است نيز صورت مي گيرد. بين سال هاي 2001 و 2002، توسعه و پيشرفت توليد سلول هاي فتو ولتائيک تا 56 درصد براي اروپا و 41 درصد براي ژاپن افزايش يافت. مزيت ساختمان هايي که به اين نوع سيستم مجهز شده اند شامل اين موارد مي باشد:
تصوير 2: خانه ي مستقل لندن با نمايي از فضاي خورشيدي وسيستم هاي انرژي ساز نوري(فتو ولتائيک)
* توليد در محل خود در داخل محيط شهري؛ و
* عدم نياز به استفاده از محيط ديگر.
امروزه، برنامه هاي ملي و بين المللي وجود دارند که جهت حمايت از فرصت هايي براي اين پروژه ها به کار گرفته شده اند. آلمان يکي از کشورهاي پيش قدم در توسعه کاربرد فتو ولتائيک ها در ساختمان است. قانون انرژي تجديدپذير درآلمان به توليد الکتريسيته از سقف ها با سلول هاي فتو ولتائيک اهميت بيش تري بخشيده است و از هدف آغازي خود يعني ساخت 100000 سقف فتوولتائيک، پيش افتاده است. اين قانون اخيراً دوباره وضع شده است و ساخت بيش از 100000 سقف فتو ولتائيک ديگر براي آن در نظر گرفته شده است.
تصوير3: نمايي از نحوه ي کارکرد يک سلول ساده
سلول هاي خورشيدي (Photovoltaies)
شايد بهترين موقعيت و مزيت فتوولتائيک ها، قابليت توسعه و رشد مناطق روستايي و کشورهاي در حال توسعه باشد. در واقع اين حوزه، حوزه اي است که کشورهاي صنعتي بايد به فکر سرمايه گذاري و انتقال تکنولوژي خود به کشورهاي کم توسعه يافته باشند. امکانات پزشکي مناطق روستايي از طريق امواج فو ولتائيک تغذيه مي شوند. براي مثال بيمارستان روستايي Dire در مالي، در مقياس کوچک تر به وسيله ي سلول هاي متحرک و فشرده فتو ولتائيک يخچال و پمپ آب را به کار مي اندازد.
تصوير 4: چگونگي ايجاد جريان الکتريکي با اثر فوتوالکتريک دريک سلول نيمه هادي
ساختار سلول هاي فتو ولتائيک
هنگامي که نور به يک سلول فتوولتائيک تابيده مي شود، الکترون ها توسط انرژي تابشي از خورشيد آزاد مي شوند و اين توانايي را پيدا مي کنند که از يک طرف به طرف ديگر بروند. بعضي از الکترون ها به عنوان انرژي مفيد گرفته مي شوند و به يک حوزه ي اضافي هدايت مي شوند. (تصوير 3)
توانايي سلول ها براي تبديل نور به الکتريسيته توسط وات پيک (wp) (watts peak) تعريف مي شود. اين موضوع بر مبناي يک آزمايش قرار دارد و حجم قدرت توليد شده توسط يک فتو ولتائيک زير نور 1000 وات در هر مترمربع است. محدوده ي قيمت ها براي توليد فتو ولتائيک بين 2 يورو و 4 يورو در هر wp مي باشد.
تصوير 5: پروژه ي مسکوني بروگ سانن. کل انرژي مورد نياز اين ساختمان از نور خورشيد تأمين مي شود.
شايان ذکر است که هر قدر ميزان خلوص سيليکون در سلول بيش تر باشد، راندمان آن هم افزايش مي يابد. يک سلول خورشيدي با اندازه 10 سانتيمتر در 10 سانتيمتر چنانچه در معرض تابش مستقيم خورشيد قرار گيرد، قدرتي نزديک به 1/5 ولت مي تواند توليد نمايد. وضعيت ايده آل براي سقف هاي شيرواني زماني حاصل مي شود که رو به جهت جنوب طوري قرار گيرند که در برابر سايه ي ايجاد شده توسط درختان و يا ساير ساختمان ها قرار نگرفته باشد. با اين حال جهت يابي شرق و غرب نيز مي تواند مقدار قابل توجهي الکتريسيته توليد کند. جهت زاويه ي تابش لبه ها به عرض جغرافيايي بستگي دارد. در لندن اين زاويه 35 (درجه) است به عنوان يک راهنماي مهم، در لندن يک مترمربع از فتوولتائيک هاي مونوکريستالين مي تواند kwh 111 الکتريسيته در هر سال توليد کند. در شيب هاي کم و يا سقف هاي صاف پيشنهاد مي شود سلول ها بر روي ساختارهاي تيغه اي در جهت هاي مناسب قرار داده شوند. با اين حال در آب و هواي انگلستان، يک سقف صاف (بدون شيب) هنوز هم مي تواند 90 درصد خروجي تابش را دريافت کند.
يکي از ساختمان هاي موفق، پروژه ي مسکوني است که در بروگ ساتن (Borough of Sutton) قرار دارد و با سلول هاي فتو ولتائيک در نما و سقف انرژي خود را تأمين مي کند. اين پروژه توسط بيل دانستر (Bill Dunster) طراحي شده و به وسيله ي مهندسان آروپ (Arup) اجرا شده است. در واقع اين بنا بدين منظور ساخته شده است تا همه ي انرژي مورد نياز ساختماني را بدون نياز به انرژي هاي فسيلي تأمين نمايد. (تصوير 5)
تصوير 6: نحوه ي کارکرد فن جهت استفاده از گرماي ايجاد شده در فرآيند توليد انرژي الکتريکي
خاصيتي که اين سيستم را منحصر به فرد مي کند، اين است که گرماي اين روي هم گذاشتن مجموعه ي زير سلول ها، به مايعي که گرماي ساختمان را تأمين مي کند داده مي شود. يک پنکه، هوا را در بين سلول ها پخش مي کند. به محض آن که گرماي خورشيدي جمع شود پنکه به صورت اتوماتيک به کار مي افتد و گرما را از سلول هاي فتو ولتائيک دور مي کند و آن را به يک حلقه مبدل گرمايي هدايت مي کند. (تصوير 6)
اين فن آوري مي تواند هزينه اي معادل 3000 دلار در هر سال در سومندي و قيمت آب گرم رستوران صرفه جويي کند و همزمان 22680 کيلوگرم از co2 عملياتي را به دام اندازد.
در طول ماه هاي تابستاني در بسياري مواقع صفحه هاي فتوولتائيک به خنک سازي فعال نياز دارند تا بيش ترين ميزان خروجي را داشته باشند. يک پيشنهاد ديگر اين است که صفحه ها به وسيله ي طراحي مناسب وضعيت آن ها و مکاني که در آن قرار مي گيرد تهويه شوند. به اين صورت که به جريان هوا اجازه داده شود تهويه خنک به صورت طبيعي از ابتدا تا انتها صورت پذيرد. به دليل آن که بيش تر نياز به الکتريسيته با جريان متناوب مي باشد (AC)، يک مبدل مي بايد کار گذاشته شود. (مجله ي پژوهشي انرژي تجديدپذير CADDET مارس 2000)
نتيجه گيري
پينوشتها:
1- عضو هيات علمي گروه عمران دانشگاه ياسوج eskandari@mail.yu.ac.ir
2- عضو گروه فيزيک دانشگاه آزاد اسلامي واحد ياسوج www.architecta.net
-Adams, Rober W., (1981), "Adding Solar Heat to Your Home," Tab Books, Inc., PA, 280pp.
- ASE Americas, Inc., (1998), Product Literature, 4 Suburban Park Drive, Billerica, MA 01821-3980.
- AstroPower, Inc., (2002), "AstroPower Unveils New Rooftop-Integrated
-Solar Electric Power Systems", Now. 12, (301) 366-0400 xt 2025.
- Bazilian, M. D., Leenders, F., Van der Ree B. G. C. and Pras, D., (2001)
-"Photovoltaic co-generation in the built environment", Solar Energy, Vol. 71(1), pp. 57-69.
- Clearwater Australia Pty Ltd., 47 Myrtle Street, Glen Waverley, Victoria, Australia 3150, Voice: (03) 9561-6577, Fax: (03) 9561-6599.
- www.clearwater.com.au. A US distributor is Zodiac Pool Care, Inc., 5028 S. Ash Ave., Suite 108, Tempe, AZ 85282, Voice: (*800) 937-7873.
- www.zodiacpoolcare.com
- ClimateMaster, 7300 S. W. 44th St., Oklahoma City, Oklahoma, 73129, Phone: (405) 745-6000.
-L. Jiang, Q. Wang, E.A. Schif, S. Guha S, J. Yan and X. Deng, Electroabsorption measurements and builtt-in potentials in amorphous silicon p-i-n solar cells, Appl. Phys. Lett. 69 (1996), p. 3063.
- M. A. Green, K. Emery, D. L. King, Y. Hisikawa and W. Warta, Solar cell efficiency tables (version 28), Prog. Photovolt: Res. Appl. 14 (2006), p. 455.
- J. M. Pearce, J.R. Koval, A.S. Ferlauto, R. W. Collins, C.R. Wronski, J. Yang and S. Guha, Guha, dependence of open-circuit voltage in hydrogenated protocrystalline silicon solar cells on carrier recombination in p/i interface and bulk regions, Appl. Phys. Lett. 77 (2000), p. 3093
- Davis Instruments 3465 Diablo Avenue, Hayward, CA 94545-2778, Voice: (510) 732-9229 (in USA and Canada), (510) 732-7814 (outside USA or Canada), Fax: (510) 670-0589. www.davisnet.com
-Deffeyes, Kenneth S., (2001), "Hubberts Peak: The Impending World
- Oil Shortage, "Princeton University Press, 208 pp.
- Diablo Solar Services, Inc., 5021 Blum Road #2B, Martinez, CA 94553-9906, (925) 313-0600. www.diablosolar.com
-EUREC Agency, (1997), "The Future for Renewable Energy: Prospects and Directions, " James & James, London, 209 pp.
دانش نما شماره پياپي 166-165
/ج