بر اساس آمار منتشره در حوزه انرژی، امروزه ساختمان ها به عنوان بزرگترین منبع مصرف انرژی شناخته می شوند. به این دلیل پیشرفت های فناوری در حوزه ساخت و ساز بیش از پیش به سمت راهکارهای نوین در جهت کاهش مصرف انرژی در این بخش تمرکز یافته اند. دستیابی به راه حل هایی همسو با محیط زیست در راستای حرکت به سمت توسعه پایدار در بخش معماری، مورد نظر معماران و طراحان قرار گرفته است. فناوری های تطبیق پذیر در پوسته های ساختمانی به منظور استفاده از انرژی های تجدید پذیر بخش مهمی از این دست تلاش ها را در بر می گیرد. پوسته های متشکل از صفحات فتوولتاییکی که از نور خورشید انرژی الکتریکی تولید می کنند، به عنوان بخشی حایز اهمیت در کاهش وابستگی ساختمان ها به انرژی های فسیلی شناخته می شوند. استفاده از تکنیک های کم هزینه و اثر بخش در زمینه ی معماری کمک شایانی به بهبود فرآیند ساخت نموده است. این تحقیق بر آنست تا تاثیر بهره گیری از تکنیک کاغذ و تا را در صفحات فتوولتایک به کار رفته در نمای ساختمان ها به منظور افزایش دریافت تابش خورشیدی بررسی کند. این امر با استفاده از نرم افزارهای شبیه ساز پارامتریک(گرسهاپر) و انرژی(لیدی باگ) انجام گرفته است. پس از تحلیل و بررسی کلی انواع مختلف روش های اوریگامی و نمونه های به کار گرفته شده در صنعت ساختمان و همچنین موارد موجود در طبیعت، 4 مورد به عنوان مدول های پایه برای بررسی بیشتر و مدلسازی در افزونه ی لیدی باگ نرم افزار گرسهاپر انتخاب شدند. مدول های شبیه سازی شده با استفاده از افزونه ی گالاپاگوس بر اساس الگوریتم ژنتیک بهینه سازی شدند تا بهینه ترین حالت آنها برای دریافت حداکثر میزان تابش خورشیدی به دست آید. نتایج این پژوهش نشان می دهد تغییر چینش وجوه مختلف صفحات فتوولتاییک با استفاده از تکنیک اوریگامی نسبت به مدول پایه ی یک متر مربعی عمودی در نمای جنوبی ساختمان، می تواند بین 3. 44 تا 11. 39 درصد میزان تابش دریافتی از خورشید را افزایش دهد.

در سالیان اخیر ترکیب های جدیدی از سامانه های غیرفعال به منظور افزایش کارایی آن ها معرفی شده اند. هدف از تحقیق حاضر بررسی عملکرد دیوار ترومب فتوولتاییک در ساختمان های مسکونی مشهد است که با استفاده از شبیه سازی انرژی، توسط نرم افزار انرژی پلاس صورت گرفت. دیوار ترومب آجری و بتنی با سطح پوشش فتوولتاییک در سه جایگاه متفاوت، فاصلۀ هوایی و دریچه های متفاوت برای کل سال بررسی شد. متغیرها به صورت یکپارچه شبیه سازی شدند. نتایج نشان داد که برای اتاقی به حجم 120 مترمکعب با دیوار ترومب شش مترمربعی آجری و بتنی و سطح دریچۀ 18 درصد، فاصلۀ هوایی 0/05 متر و سطح پوشش چهار مترمربع از صفحات فتوولتاییک (حدود 66 درصد از دیوار ترومب)، گرمای دریافتی، تولید برق و آسایش حرارتی افزایش یافت و مقدار آن به ترتیب، 257652/3، 307963/6، 1975482 کیلوژول و در ماه اکتبر، شرایط آسایش حرارتی، سرد ارزیابی شد. دمای سطح داخلی صفحات فتوولتاییک و گرمای دریافتی ناشی از همرفت داخلی از پایین به بالای دیوار ترومب افزایش یافت. بهترین محل استقرار صفحات فتوولتاییک روی دیوار خازن در مقایسه با قرارگیری در روی شیشه و در فاصلۀ هوایی در اوقات سرد سال پیشنهاد شد، درحالی که برای اوقات گرم، این موضوع برعکس است.

ساختمان ها بیشترین سهم مصرف سبد انرژی کشورها را به خود اختصاص می دهند، بنابراین مقایسۀ راهکارهای مختلف کاهش دهندۀ مصرف انرژی در ساختمان ها بسیار راهبردی است. از راهکارهای تولید انرژی در ساختمان، استفاده از سیستم فتوولتاییک پشت بام و پنجره های فتوولتاییک است و استفاده از مواد تغییرفازدهنده در دیوارهای جانبی ساختمان جزء راهکارهای کاهش دهندۀ مصرف انرژی است. در این مقاله تولید برق با استفاده از سیستم فتوولتاییک پشت بام، پنجره های فتوولتاییک و کاهش مصرف انرژی از طریق مواد تغییرفازدهنده برای تأمین انرژی، مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج بررسی ها نشان می دهد کاهش مصرف برق برای پنل‎های پشت بام، پنجره های فتوولتاییک و مواد تغییرفازدهنده به ترتیب 5/11، 4/1 و 1/2 درصد است. همچنین، احداث نیروگاه پشت بام و مصرف انرژی الکتریکی تولیدی نیروگاه، در مقایسه با فروش انرژی به وزارت نیرو بر اساس وضعیت اقتصادی کنونی ایران و نرخ تعرفه های سال 1400 این وزارتخانه مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد در شرایط فعلی احداث و فروش برق نسبت به استفاده در ساختمان توجیه اقتصادی بهتری دارد و دورۀ بازگشت سرمایه 3/6 سال حاصل می شود.

در این تحقیق، سامانه فتوولتاییک بر پایه پنل های خورشیدی منعطف در مقیاس 1 متر مربع معادل 56 وات طراحی، ساخت و مورد ارزیابی قرار گرفت. سامانه های متداول فتوولتاییک امکان استفاده در سطوح منحنی را محدود می کنند. با توجه به اهمیت متغیرهای محیطی، سامانه سنجش دما برای دریافت برخط داده ها و ارتباط با نرم افزار لب-ویو طراحی و ساخته شد و داده های ایستگاه هواشناسی به دست آمد. تحلیل اقتصادی سامانه ها با استفاده از نرم افزار کامفار انجام گرفت. همچنین طرح آزمایشی تاگوچی با مشخصه هدف «هرچه توان بزرگتر، بهتر» برای انتخاب سامانه برتر استفاده شد. نتایج نشان داد انعطاف پذیری سامانه فتوولتاییک در سطح نیم کره می تواند سامانه را به هدف نزدیک تر کند و سامانه مستقر بر روی سطح استوانه و تخت به ترتیب رتبه های بعدی را دارند. مدل سازی طرح آزمایش های تاگوچی نشان داد چنانچه سامانه در سطوح انتخابی بر اساس بهینه فرآیند تولید و متغیرها مورد آزمون قرار گیرد، توان سامانه در حالت استقرار بر روی سطح تخت معادل 53.30W و سطح استوانه معادل 54.05W و سطح نیم کره معادل 55.70W می باشد. تحلیل اقتصادی سامانه ها نشان داد نرخ بازده داخلی در حالت استقرار بر روی سطح تخت، استوانه ای و نیم کره به ترتیب 23.82 و 26.70 و 27.46 درصد و خالص ارزش فعلی برابر با 6.747 و 9.952 و 10.830 میلیون ریال است. طرحها ضمن برخورداری از توجیه اقتصادی جهت جذب سرمایه به ترتیب، مستقر بر سطح نیم کره، استوانه و تخت رتبه بندی شدند.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.