ساختمان با طراحی عنصر پایداری

مقدمه

ساختمان خورشیدی گردان و متحرک که توسط گروه معماری Orlando DeUrrutia طراحی شده‌است، به شکل یک قطره آب نمایان شده که می‌تواند در جابه‌جایی و چرخش هوا به داخل آب، و برعکس بسیار مؤثر عمل کند. این ساختمان کاملاً بر روی آب احداث شده که سطح زیرین آن به صورت صفحه‌ای مدور چرخشی در درون آب به گردش درمی‌آید. چنین طرحی با توجه به سیستم‌های انرژی‌های تجدیدپذیر ساخته شده و بدنه آن از تعداد زیادی سلول‌های فتوولتائیک تشکیل شده‌است که در کوتاهترین زمان ممکن و در هر شرایط آب و هوایی، بیشترین سلول‌های خورشید را جذب کرده و به انرژی گرمایی تبدیل خواهد کرد. سیستم تهویه هوای داخلی ساختمان به صورت خودکار و با جابه‌جایی آب و هوا در زیر آب و بدنه ساختمان صورت می‌گیرد که نقش عمده‌ای را در پاکسازی هوا و جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه‌ای ایفا خواهد کرد. این ساختمان آبی از سالن‌های مختلف تفریحی، اتاق کنفرانس، رستوران، سالن تئاتر و نمایش و سایر بخش‌های مشابه برخوردار است و می‌تواند به‌عنوان یکی از بهترین جاذبه‌های توریستی محسوب شود.

طراحی ساختمان پایدار

طراحی شده برای ساخت و ساز در سواحل گرم و مرطوب، مجتمع رفت و آمد مکرر، همچنین یک مرکز تصفیه آب در طبقه پایین، برای تصفیه آب شور دریا و آب باران، همراه با یک مرکز تحقیقات فن آوری کنترل و گواهی کیفیت آب است. رستوران‌ها، سالن‌های ورزشی، سالن نمایشگاه، اتاق‌های هتل‌ها و کنفرانس، و خدمات آبگرم طبقه فوقانی را پر می‌کند. همه در موضوع آب، محیط زیست و انرژی‌های تجدید شونده است. آکواریوم در زیر آب در پایه آب رفت و آمد مکرر در ساختمان است. به عنوان اولین ساختمان در جهان به تولید آب آشامیدنی خالص از جو با استفاده از powerخورشیدی نیز به دنبال کمک به توسعه قدردانی و درک بیشتر از آب‌های مسکن استفاده می‌کند که در اطراف این موضوع به عنوان محیط زیست و انرژی‌های تجدید شونده است. علاوه بر این یک مرکز فن آوری ساختمان پایدار با استفاده از فن آوری‌های جدید توسعه یافته توسط™TeexMicron ، اتحاد با©TEEX  (توسعه فن آوری اروپا) و WaterMicron صنایع، با مسئولیت محدود، که متخصص در طراحی، تولید و توزیع ژنراتور جوی آب است وجود دارد. تولید در تراکم طبیعی رطوبت در هوا و همچنین بهره‌گیری از تبخیر روزانه است.
اورلاندود بدنبال یک نما جنوب تحت پوشش به شیشه‌های شفاف فتوولتائیک به تصرف انرژی خورشیدی است. نمای شمالی دارای نرده به ارائه تهویه همراه با Teex میکرون ژنراتور جوی آب برای تبدیل میعان و هوای مرطوب به آب آشامیدنی. در ظرفیت کامل، سیستم AWG می‌تواند به ۳۵٬۰۰۰ تا ۱۰۹٬۰۰۰ گالن آب در هر روز تولید کند. هر یک از تولید تا ۵٫۰۰۰ لیتر از آب آشامیدنی خالص یک روز، حمایت از حدود ۴۸ نفر با استفاده از ژنراتور آب جوی آب میکرون)AWGs) به‌طور متوسط از ۱۰۵ لیتر برای هر نفر برای همه اقدامات مختلف تولید می‌شود. این کار دربهترین درجه حرارت ۲۰ تا ۴۰ درجه سانتیگراد و رطوبت بین ۳۵٪ ۹۵٪ تولید می‌شود. نمای ساختمان طراحی شده‌است به صورت خورشیدی و پوشش داده شده در شیشه‌های فتوولتائیک، که نه تنها اجازه می‌دهد تا نور به ساختمان وارد شود بلکه به‌طور مؤثر قطاری از اشعه‌های خورشید راکه به انرژی خورشیدی تبدیل شده‌است وارد می‌کند. طرف مقابل از ساختمان با استفاده از یک طرح مشبک تهویه مطبوع و ویژگی‌های تجهیزات آب میکرون بی‌سابقه‌ای برای تبدیل هوای مرطوب به آب آشامیدنی خالص است.

الف) سلول خورشیدی (solar Cell)

سلول خورشیدی یک قطعه الکترونیکی است که عموماً تحت عنوان سلول فتوولتائیک یا به‌طور خلاصه PV-Cell نیز شناخته می‌شود و وظیفه آن تبدیل تشعشعات خورشیدی به جریان الکتریسیته است که بر اثر پدیده فتوولتائیک رخ می‌دهد. اکثر سلول خورشیدی تجاری از یک لایه نازک سیلیکون ساخته شده‌اند که به دو نوع جداگانه از نیمه رساناها تفکیک می‌شود که یکی با بور و دیگری با فسفر پوشانده شده‌است. نتیجه بدین صورت است که یک سمت از آن که نیمه رسانای N-type نامیده می‌شود تمایل به دفع الکترون و سمت دیگر آن یعنی نیمه رسانای P-type، تمایل به جذب الکترون دارد. صفحه‌ای که هر دو نیمه رسانا به آن متصل می‌شوند، رابط یا لایه تخلیه نامیده می‌شود. هنگامی که یک سلول خورشیدی در معرض تابش اشعه قرار می‌گیرد، الکترون‌های موجود در سیلیکون تحریک شده و از اتم‌های اصلی خود خارج می‌شوند که این پدیده فتوولتائیک نامیده می‌شود. این الکترون‌ها تمایل به حرکت به سمت قسمت P-type سلول دارند و بارهای مثبت نیز به قسمت N-type سلول متمایل می‌گردند و اختلاف پتانسیلی حدود ۰٫۵ ولت بین این دو قسمت از سلول پدید می‌آید که با اتصال سیم‌های رسانا به آن‌ها می‌توان از جریان به وجود آمده استفاده نمود.
لازم است ذکر شود که ولتاژ و جریان تولید شده توسط هر سلول اصولاً بسیار محدود بوده و به همین علت معمولاً تعداد زیادی از سلول‌های خورشیدی در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل می‌گردند تا برق تولید شده بتواند برای منظورهای مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

ب) پنل‌های خورشیدی (Solar Panel)

پنل خورشیدی آرایشی از تعداد زیادی سلول خورشیدی بوده که در کنار هم قرار گرفته و به صورت سری به هم متصل گردیده‌اند. پنل‌های خورشیدی بسته به میزان برق تولیدی خود در اندازه‌های مختلفی ساخته می‌شوند. آرایشی از چند پنل خورشیدی که در کنار هم قرار گرفته و به یکدیگر متصل می‌شوند، یک سیستم فتوولتائیک را ایجاد می‌نمایند.
در گذشته استفاده از پنل‌های خورشیدی تقریباً به کاربردهای فضایی منحصر و محدود بوده‌است ولی امروزه با اهمیت یافتن مسئله تأمین انرژی و ارزش اقتصادی آن برای کاربردهای مختلف خانگی، صنعتی و تجاری از یک طرف و مسائل زیست‌محیطی از طرف دیگر، دامنه استفاده از برق خورشیدی گسترش یافته و به حوزه کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی نیز راه باز کرده‌است و هر روز هم جای بیشتری در این حوزه‌ها باز می‌کند.
به‌طور کلی پنل‌های خورشیدی به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:
۱- پنل‌های خورشیدی Polycrystalline: سلول‌های موجود در این پنل‌ها از تعداد زیادی تراشه سیلیکونی مرغوب و خالص تشکیل شده‌است. این پنل‌ها معمولاً ارزان بوده و دارای بازدهی پایین‌تری می‌باشند و در نتیجه برای تولید مقدار معینی برق به سطح بیشتری نیاز دارند.
۲- پنل‌های خورشیدی Monocrystalline: سلول‌های موجود در این پنل‌ها تها از یک قطعه کریستال سیلیکون اما بزرگ تشکیل شده‌است. این پنل‌ها عملکرد بهتری داشته اما گرانتر از انواع دیگر می‌باشند.
۳- پنل‌های خورشیدی Amorphous: این پنل‌ها معمولاً به صورت لایه‌های نازک سیلیکونی دیده می‌شوند و از حساسیت بالایی نسبت به دما برخوردار هستند. بازدهی آن‌ها نسبت به انواع دیگر کمتر بوده اما ارزان بوده و بعضاً از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار هستند.

انواع مواد در سلولهای فتوولتائیک (سلول‌های خورشیدی)

سلول‌های فتوولتائیک از مواد نیمه هادی ساخته می‌شوند. عمده مواد اصلی مورد استفاده، فیلم‌های نازک و کریستالی می‌باشند که در بازده جذب نور، بازده تبدیل انرژی، تکنولوژی تولید و هزینه تولید آن متغیر می‌باشند. در خصوصیات، مزیتها، و محدودیت‌های دو نوع عمده این مواد مورد مطالعه قرار گرفته‌است.۱- مواد کریستالی ۲- مواد فیلم‌های نازک