انرژی خورشیدی یکی از پاک‌ترین و در دسترس‌ترین منابع تجدیدپذیر در دنیا به‌حساب می‌آید. استفاده از این انرژی در کشورهایی مانند ایران که تابش نور خورشید به‌طور سالانه بسیار بالاست یکی از بهترین روش‌های کاهش مصرف انرژی است.

با پیشرفت تکنولوژی و دسترسی‌هایی که در اختیار قرار داده شده است، پنل‌های خورشیدی به‌عنوان یک فناوری و تکنولوژی برای تولید انرژی موردنیاز افراد در ساختمان‌ها مورداستفاده قرار گرفته است.

در حال حاضر یکی از بهترین و جدیدترین راه‌حل‌ها، استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک به‌صورت سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با ساختمان بی آی پی وی (BIPV) است؛ این شیوه‌ی بهره‌گیری از انرژی نورانی خورشید مطمئنا بیش از همه متوجه بخش معماری و طراحی ساختمان خواهد بود؛ بنابراین لزوم تسلط معماران و طراحان ساختمان‌های یکپارچه با فتوولتائیک بر مباحث فتوولتائیک و مسائل مربوط به طراحی این سیستم‌ها بیش از گذشته توصیه می‌شود.

سیستم‌های فتوولتائیک زمانی که با ساختمان یکپارچه می‌شوند به‌عنوان بخشی از طراحی ساختمان و همین‌طور به‌عنوان یک عنصر معماری آن ساختمان به‌حساب می‌آیند؛ بنابراین در رویکرد سیستم‌های یکپارچه با ساختمان، سیستم‌های فتوولتائیک باید در قالب بخشی یکپارچه با کل بنا طراحی شوند.

 مزیت‌های سامانه BIPV

- حذف هزینه انتقال الکتریسیته به ساختمان

- حذف اتلاف انرژی در انتقال الکتریسیته

- عدم استفاده از فضاهای باارزش باز برای قراردادن پنل‌های خورشیدی

- عدم استفاده از سازه نگه‌دارنده به علت استفاده از سازه ساختمان موجود

- پتانسیل زیبایی‌شناختی در استفاده از نوع جدیدی از مصالح در بنا

- تولید تمام یا بخشی از انرژی موردنیاز ساختمان به شیوه‌ای سازگار با محیط‌زیست

شیوه‌های ترکیب سیستم‌های فتوولتائیک با ساختمان

 سیستم‌های فتوولتائیک در ساختمان‌های BIPV قابل ادغام با بام‌ها، پنجره‌های سقفی، آتریوم‌ها، نماها، سایبان‌ها و غیره می‌باشند.

در جداره ساختمان 4 بخش اصلی وجود دارد که سامانه PV می‌تواند با آن یکپارچه شود: دیوار، بام، نورگیر و سازه‌های کمکی نظیر پیشامدگی‌ها، سایبان‌های ورودی و پارکینگ.

سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با بام

سیستم‌های فتوولتائیک در بام‌های مسطح را می‌توان به‌صورت سلول‌های فیلم نازک به‌صورت انعطاف‌پذیر و در بام‌های شیب‌دار به شکل سفال‌های فتوولتائیک ترکیب کرد.

همچنین آن‌ها را می‌توان به‌عنوان پوسته ساختمان با سیستم سازه بام شیب‌دار یا مسطح ترکیب و مستقیما به سازه بام متصل کرد.

در طراحی سیستم‌های بام، مسئله انباشت برف و رفع رطوبت حائز اهمیت است. بدین منظور باید برای رفع آب باران و انباشت برف روی پنل‌های فتوولتائیک، راه‌حل‌هایی مناسب و مطابق با شرایط اقلیم محل را برگزید. هم‌چنین باید فضایی خالی برای تهویه زیر پنل‌های خورشیدی در نظر بگیریم تا بازدهی آن‌ها کم نشود.

سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با نما

بسته به نوع طرح و انتخاب طراحان و اینکه شرایط مکانی ساختمان به لحاظ اقلیمی و تراکم منطقه موجود، گزینه‌های مختلفی برای اجرای طرح فتوولتائیک یکپارچه با نما وجود دارد.

می‌توان برای این منظور پنل‌های شفاف یا مات و شیشه‌ای را در مجاورت هم به‌صورت دندانه‌ای یا عمودی ترکیب کرد و از این طریق علاوه بر تولید انرژی برق توسط پنل ها، نور عبوری از این پنل ها به‌صورت کنترل‌شده وارد فضاهای داخلی گردد و از ورود ناخواسته نور خورشید در روزهای گرم به داخل ساختمان جلوگیری شود.

نه‌تنها نمای جنوبی بلکه نماهای شرقی و غربی را نیز می‌توان با سامانه PV پوشاند و باز مقادیر قابل‌توجهی الکتریسیته تولید کرد. باید مراقب باشیم سایه‌اندازها، وادارها و … روی پنل‌های خورشیدی سایه‌اندازی نکنند و بازدهی افت نکند. درست مانند بام در مورد نماهای PV هم بهتر است فاصله‌ای برای تهویه در پشت آن‌ها در نظر گرفته شود.

معمولا برای نماهای فتوولتائیک یکپارچه از پنل‌های فتوولتائیک عمودی در جبهه دیوار جنوبی استفاده می‌شود ولی میزان خروجی برق تولیدی از پنل‌های عمودی در مقایسه با پنل‌های شیب‌دار رو به خورشید کمتر است و میزان این خروجی در شرایطی که زاویه تابش پرتوهای خورشید به خط عمود نزدیک‌تر است به کمترین میزان خود خواهد رسید. برای حل این مشکل کافی است از پنل‌های دندانه‌ای شیب‌دار برای یکپارچه‌سازی نما استفاده کرد.

در این نما هم دسترسی به دید و منظر بیرون فراهم شده است و هم پنل‌های خورشیدی در زاویه بهینه قرارگرفته‌اند.

سیستم‌های فتوولتائیک یکپارچه با پنجره‌های سقفی و آتریوم‌ها

در ساختمان‌های BIPV برای ترکیب فتوولتائیک ها با بام، معمار می‌تواند بام را به‌صورت نورگیرهای دندانه‌ای یکپارچه با فتوولتائیک طراحی کند. هم‌چنین پنل‌های خورشیدی نیمه شفاف را می‌توان جایگزین شیشه پنجره‌های سقفی و آتریوم ها کرد.

نورگیرهای روی بام از راه تامین روشنایی غیرمستقیم نیاز به نورپردازی الکتریکی را به هنگام روز یا کاهش می‌دهند یا کاملا رفع می‌کنند. درصورتی‌که با فتوولتائیک ها یکپارچه شوند بر عملکردشان افزوده می‌شود و به تامین انرژی الکتریکی برای نورپردازی مصنوعی در ساعات شب و روز کمک می‌کنند. طراح ساختمان می‌تواند فتوولتائیک ها را با آتریوم ها یکپارچه کند، به‌گونه‌ای که فتوولتائیک‌های مات یا نیمه شفاف در سمت رو به آفتاب و شیشه شفاف در سمت پشت به آن‌ها قرار گیرد و به این صورت فتوولتائیک ها از ورود نور مستقیم به فضای داخل جلوگیری و هم‌زمان از پرتوهای خورشیدی برق نیز تولید می‌کنند.

سایه‌اندازهای فتوولتائیک

سایه‌اندازی، کاربردی بسیار مناسب برای سامانه PV است چراکه می‌توان این سامانه را طوری طراحی نمود تا زاویه مناسب برای دریافت بیشترین تابش خورشید را داشته باشد.

هنگامی‌که از سیستم‌های فتوولتائیک به‌عنوان سایبان استفاده می‌شود، تاثیر سایه بر سایر پنل‌های فتوولتائیک را باید در نظر گرفت. سایبان‌های فتوولتائیک علاوه بر اینکه مانع ورود گرما به داخل ساختمان می‌شوند و بار دستگاه‌های سرما ساز را کاهش می‌دهند، خود نیز نیروی برق موردنیاز سیستم‌های سرمایشی را تولید می‌کنند.

می‌توان از پنل‌های خورشیدی برای ایجاد سایه در فضاهای باز استفاده کرد؛ بنابراین هم می‌توان از تابش شدید خورشید جلوگیری کرد و هم برق تولید کرد.

این روزها از سایه‌بان‌ها خورشیدی در سقف پارکینگ‌ها هم استفاده می‌شود و با توجه به پیشرفت روزبه‌روز خودروهای برقی می‌توان از برق تولیدی پنل‌های خورشیدی برای شارژ اتومبیل هم استفاده کرد.

جان‌پناه خورشیدی

یکپارچگی صحیح فتوولتائیک با ساختمان زمانی میسر می‌شود که فتوولتائیک ها به‌عنوان عنصری از ساختمان از ابتدای طراحی در نظر گرفته شوند تا به‌این‌ترتیب بین اجزای سیستم‌های فتوولتائیک و سایر اجزای فتوولتائیک و سایر اجزای ساختمان هماهنگی و یکپارچگی لازم ایجاد شود. یک همکاری و فعالیت میان‌رشته‌ای در گروه‌های مهندسی معماری، عمران، برق و مکانیک ضروری است و به‌این‌ترتیب می‌توان به نتیجه مطلوب موردنظر دست یافت.