طراحی خورشیدی: چگونه معماری و انرژی در کنار هم قرار می‌گیرند

طراحی خورشیدی در معماری معاصر بر پایه معماری سازگار با محیط زیست است. رابطه بین معماری و انرژی از طریق نوآوری‌های جدید در تکنولوژی به هر دو عامل استراتژی‌های غیر فعال (Passive Strategies) و افزایش عملکرد (Performance) مرتبط است. به عنوان یکی از راهکارهای کاهش بحران‌های جهانی آب‌وهوا و گرمایش زمین و انتشار گازهای گلخانه‌ای، طراحی خورشیدی می‌تواند به شهرها و معماری‌های سراسر جهان شکل تازه‌ای دهد.

برای سالیان متوالی، معماران با تمرکز بر کاهش انرژی مورد نیاز ساختمان برای سرمایش، گرمایش، تهویه و روشنایی، بارهای انرژی (energy loads) را هدف خود قرار می‌دادند و همواره سعی می‌کردند مصرف این انرژی‌ها را کاهش دهند. طراحی خورشیدی شامل ایده‌هایی از جمله رویکردهای غیرفعال (Passive approaches) و مبتنی بر نور طبیعی (Light approaches) است. همچنین اخیرا ایده‌‌ی کنترل انرژی مورد نیاز برای مراحل عملیاتی و ساختاری خانه‌ها نیز به این مجموعه اضافه شده‌است. ساخت خانه‌های با بازده بالای انرژی (energy-efficient buildings) به سرعت به تعادل حساسی بین انرژی و مواد ساختمانی رسیده‌است، به طوری که طراحی ویژگی‌هایی که انرژی مورد نیاز بنا را کاهش می‌دهند، می‌تواند مقدار مواد ساختمانی مورد نیاز برای ساخت آن بنا را افزایش دهد.
امروزه معماران و طراحان سراسر جهان برای کاهش انرژی مورد نیاز ساختمان‌های جدید اقدامات زیادی انجام داده‌اند و بر استفاده از انرژی خورشیدی و رویکردهای پایدار تاکید می‌کنند. با نگاه به ارتباط بین معماری و انرژی، در پروژه‌ها و موضوعات زیر، به بررسی طراحی خورشیدی، فناوری فوتوولتائیک (Photovoltaic technology) و نوآوری‌های جدیدی که دید ما از آینده محیط‌های ساختمانی را شکل می‌دهند، پرداخته می‌شود.

انرژی فوتوولتائیک چگونه کار می‌کند؟

 

 

در حالی که استفاده از فوتوولتائیک‌ها و سلول‌های خورشیدی در گذشته تنها به ایستگاه‌های فضایی و ماهواره‌ها محدود می‌شد، این فناوری امروزه از محبوبیت زیادی برخوردار است و به انتخاب قابل اعتمادی برای تامین انرژی تبدیل شده‌است. هر روز خورشید مقدار بسیار زیادی از انرژی را تولید و منتشر می‌کند که بسیار بیشتر از مقدار مصرف انرژی انسان‌ها در کل جهان است. به همین دلیل، خورشید می‌تواند یک منبع تجدیدپذیر و مداوم برای تولید برق باشد. هدف این مقاله توضیح کلی این فرآیند و اشاره به نکات مهم طراحی یک سیستم انرژی خورشیدی است.

کالیفرنیا به پنل‌های خورشیدی برای ساختمان‌های جدید نیاز دارد

 

 

کمیته استانداردهای ساختمانی کالیفرنیا (California Building Standards Commission) قانون جدیدی وضع کرده‌است که به موجب آن، تمامی خانه‌های جدیدی که از سال 2020 در این ایالت ساخته می‌شوند، موظف به استفاده از پنل‌های سلول خورشیدی به عنوان منبع تامین انرژی هستند. کالیفرنیا به عنوان اولین ایالت در آمریکا که چنین طرحی ارائه کرده‌است، بدین‌گونه، انگیزه‌ای برای صاحبان خانه‌ها ایجاد می‌کند تا یک باتری با ظرفیت بالا را به سیستم برق‌رسانی ساختمان خود اضافه کنند. این کمیته امیدوار است که این حرکت بتواند با تامین انرژی برق مورد نیاز خانه‌های ایالت کالیفرنیا با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر، کمک شایانی به کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای نماید و ایالت کالیفرنیا را بیشتر به سمت این هدف بزرگ سوق دهد.

تسلا از سیستم سقف خورشیدی یکپارچه رونمایی کرد

 

 

حدود سه سال پیش، ایلان ماسک از جدیدترین نوآوری کارخانه خود (تسلا) که قرار بود دنیا را تکان دهد، رونمایی کرد. این طرح یک سقف دارای سلول خورشیدی بود که به گونه‌ای با معماری خانه یکپارچه شده‌است و از یک سقف معمولی قابل تشخیص نیست. کاشی‌های این سقف از الیاف شیشه‌ای تشکیل شده‌اند و دارای منافذی میکروسکوپی هستند که نور از این منافذ عبور کرده و به سلول‌های فوتوولتائیک برخورد می‌کند.

محققان با استفاده از تکنیک‌های کریگامی ژاپنی سلول‌های خورشیدی را تقویت می‌کنند

 

 

محققان در دانشگاه میشیگان (University of Michigan) در تحقیقات خود توانستند یک سیستم انرژی خورشیدی را به گونه‌ای تقویت کنند که بتواند بیشترین مقدار نور را در طول روز دریافت کند و همچنین مقدار کربن تولیدشده توسط خود سلول‌ها را نیز کاهش دهد. با کمک این تحقیق، نتایج شگفت‌انگیز و زیبایی به دست آمد. با استفاده از هنر باستانی ژاپنی کریگامی، نوعی از اوریگامی، محققان توانستند نوعی از سلول‌های خورشیدی طراحی کنند که 40 درصد بیشتر از سلول‌های خورشیدی معمولی نور روز را جذب می‌کند.

تکنولوژی جذب نور خورشید نامریی به واقعیت تبدیل می‌شود

 

 

با تلاش محققان دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU)، یک سلول متمرکزکننده نور خورشید شفاف و نورگذر (LSC) طراحی و ساخته شده‌است که می‌توان آن را روی پنجره‌ها و یا هر سطح شفاف دیگر نصب کرد و از آن برق گرفت. با کمک این فناوری، دیگر لازم نیست سیستم‌های جذب نور خورشید کاملا واضح و قابل مشاهده باشند. بلکه این سلول‌ها می‌توانند نامریی و شفاف باشند.

چگونه طراحی خورشیدی غیرفعال (Passive Solar Design) را به کار ببریم

 

 

در تعریف، «انرژی خورشیدی غیرفعال» جمع‌آوری و انتقال انرژی بدست‌آمده از خورشید و توسط ابزار و وسایل طبیعی است. پروسه به‌کار بردن سیستم‌های انرژی خورشیدی غیرفعال، امکان ساخت ساختمان‌ها و بناهایی دارای سیستم گرمایشی، روشنایی، قدرت مکانیکی و الکتریکی را با کمترین میزان آسیب به محیط زیست فراهم کرده‌است.
در این مقاله، سعی نمودیم که شما را با نحوه به‌کارگیری سیستم‌های خورشیدی غیرفعال در طراحی‌های معماری آشنا نماییم. از اینکه تا انتهای این مطلب با ما همراه بودید، از شما بسیار سپاسگذاریم.

آلبوم عکس: