طراحی سامانه غیرفعال خورشیدی

سیستم غیرفعال خورشیدی سیستمی که قسمت‌هایی از جداره پوسته خارجی را تشکیل می‌دهد و به گونه‌ای طراحی شده‌است که به یک مکانیسم غیرفعال انرژی خورشید را در خود جمع‌آوری و ذخیره می‌نماید تا در زمان مناسب به فضای داخلی ساختمان منتقل گردد (مانند فضای گلخانه‌ای).
سامانه فعال و غیرفعال خورشیدی با توجه به محدود بودن منابع فسیلی و الودگی‌های ناشی از استفاده از این گونه منابع، جوامع اندیشمندان را بدان واداشته‌است که از انرژی‌های تجدید پذیر به جای منابع فسیلی استفاده کنند.
در سامانه غیرفعال خورشیدی ساختمان‌ها به گونه‌ای طراحی می‌شوند که نیازهای سرمایش، گرمایش و نوررسانی در ان‌ها به صورت طبیعی و همساز با اقلیم تامین گردد و به این دلیل سامانه غیرفعال نامیده می‌شوند که نیاز به فعالیت تجهیزات سرمایشی و گرمایشی به حداقل ممکن می‌رسد.
در ۲۴۰۰ سال پیش سقراط دریافته‌است که: «امروزه با خانه‌های در جهت جنوبی، اشعه خورشید در زمستان‌ها به داخل ایوان نفوذ می‌کند را، اما در تابستان، مسیر حرکت خورشید درست در سمت بالای سرمان یا بالای پشت بام است، به‌طوری‌که سایه ایجاد می‌کند؛ بنابراین باید سمت جنوب را برای گرفتن افتاب زمستان بزرگ‌تر وکشیده‌تر و سمت شمال را برای دوری از بادهای زمستان کوتاه‌تر ساخت.»
در طراحی ساختمان غیرفعال خورشیدی پنجره‌ها، دیوارها، کف هاطوری ساخته شده‌اند که در زمستان انرژی خورشید را جمع وذخیره می‌کنند و آن را به شکل گرما توزیع می‌کنند ولی در تابستان از ورود آن جلوگیری می‌کنند. این سیستم، سیستم غیرفعال خورشیدی نام گرفته‌است، زیرابرخلاف سیستم‌های فعال خورشیدی از وسایل الکتریکی و مکانیکی استفاده نمی‌کند.
کلید طراحی یک ساختمان غیرفعال خورشیدی استفاده موثر از اقلیم منطقه است. عناصری که باید مد نظر قرار گیرند شامل:موقعییت پنجره‌ها، سایز آنها، نوع جداره، عایق حرارتی، جرم حرارتی و سایه است. سامانه غیرفعال خورشیدی به سادگی در ساختمان‌های جدید قابل استفاده است، علاوه بر آن در ساختمان‌های موجود نیز قابل اجرا است.
فواید
تکنولوژی سیستم غیرفعال از نور خورشید بدون استفاده از سیستم‌های مکانیکی بهره می‌برد. (برخلاف سیستم فعال خورشیدی)
این تکنولوژی نور خورشید را به گرمای قابل استفاده در آب، هوا وجرم حرارتی تبدیل می‌کند، که باعث جابجایی هوا برای تهویه یا استفاده بعدی می‌شود. (با استفاده محدود از دیگر منابع انرژی)
یک مثال معمولی اتاق آفتابگیر در ضلع آفتابگیر (در ایران ضلع جنوبی) ساختمان است. سرمایش غیرفعال نیز برای کاهش نیاز سرمایشی اصول طراحی مشابهی دارد.
سیستم‌های غیرفعال خورشیدی
در اغلب ساختمان‌ها به نوعی از ساده‌ترین روش گرمایش غیرفعال خورشیدی استفاده می‌شود.
با تابش خورشید پنجرهای یک ساختمان حرارت در فضاهای داخلی ذخیره شده و باعث گرم شدن فضاهای داخلی می‌شود (پدیده گلخانه‌ای). که این فرایند ساده‌ترین نوع سیستم غیرفعال است. اما هدف اصلی از طراحی سیستم‌های غیرفعال خورشیدی، جذب حئاکثر حرارت خورشید و ذخیره حرارت جذب شده و پخش ان در فضاهای داخلی است. فضاهای آفتاب گیر و گلخانه‌ای که در جهت جنوب طراحی می‌شوند از ضروریات یک سیستم غیرفعال خورشیدی است.
انواع سیستم‌های غیرفعال خورشیدی
دریافت مستقیم
دیوار ترومپ
آتریوم
اتاقک‌های شیشه‌ای چسبیده به بنا
دیوار سنگین
پدیده ترموسیفون
بالکن‌های شیشه‌ای
سیستم دریافت مستقیم
ساده‌ترین سیستم غیرفعال خورشیدی است. در این سیستم نور خورشید از پنجره‌ها و بازشوها و نور گیرها وارد فضای داخلی شده و به وسیله سطوح و مبلمان داخلی جذب می‌شود.
بناهای با جذب مستقیم که به پنجره‌های رو به جنوب که به نام پنجره‌های خورشیدی نامیده می‌شوند وابسته‌اند. نور خورشید با امواج با طول موج کوتاه از شیشه عبور کرده و داخل فضای مورد نظر می‌گردد. این امواج پس از تابیده شدن بر روی سطوح داخلی، ان‌ها را گرم کرده و موجب انتشار امواج با طول موج بلند می‌شوند. این امواج دیگر قادر به عبور نبوده و در داخل فضا حبس می‌شوندکه این امر به پدیده گلخانه‌ای معروف است.
دیوار سنگین در این سیستم حرارت خورشید به‌طور مستقیم توسط دیواری که ظرفیت حرارتی بالایی دارد مثل یک (دیوار بتنی) ذخیره شده و در فضاهای داخلی پخش می‌شود.
دیوار ترومب
این سیستم مشابه دیوار سنگین است اما دریچه‌هایی در بالا و پایین دیوار ترومپ تعبیه می‌شود تا گرمای ذخیره شده در دیواره از طریق جابه جایی هوا به فضاهای داخلی انتقال یابد.
از آنجایی که اولین بار فلیکس ترومپ در سال ۱۹۶۶ در فرانسه ازین روش استفاده کرد، این دیوار به این اسم نامیده می‌شود. این دیوار که در فاصله کمی از شیشه قرارگرفته‌است از موادی با چگالی بالا مانند سنگ، آجر، خشت یا گالن‌های چرب آب ساخته شده و جداره آن‌ها رنگ‌آمیزی تیره دارند. فاصله بین شیشه و دیوار می‌بایست حداقل در حدود ۸ تا ۱۰ سانتی‌متر باشد تا گردش هوا به سادگی صورت پذیرد.
آتریوم
آتریوم یک فضای میانی مثل یک حیاط مرکزی در بنا است که دارای سقف شفاف و آفتاب‌گیر است و بخش‌ها و فضاهای مختلف ساختمان پیرامون فضای آتریوم شکل می‌گیرد. پرتوهای حرارت زای خورشیدی از طریق سقف شیشه‌ای وارد فضای آتریوم شده و بدین طریق (پدیده گلخانه‌ای) انرژی حرارتی در فضای آتریوم ذخیره شده و از طریق بازشوها و جداره‌های پیرامون آتریوم وارد فضای داخلی می‌شود. اما آنچه که مهم است برای ممانعت از گرم شدن فضاها در داخل تابستان بایستی فضای آتریوم به نحوی مطلوب تهویه شده و سقف شیشه‌ای ان به‌طور موثری با سایه‌بان‌های مناسب پوشانده شود.
پدیده ترموسیفون
گردش همرفتی یک سیال که در یک سیستم بسته اتفاق بیفتد، جایی که سیال سرد به جای سیال گرم در همان سیستم جایگزین می‌گردد، ترموسیفون نامیده می‌گردد. این سامانه در واقع یک چرخه جابجایی طبیعی است. در این سامانه، مرحله جذب انرژی می‌تواند به صورت متصل به ساختمان یا کاملا در محیطی جداگانه صورت گرفته و حرارت جذب شده توسط کانال به فضای مورد نظر هدایت و در مکان مناسبی مانند دال بتنی یا انباره سنگی که معمولا بالاتر از سطح جذب‌کننده قرار دارد، ذخیره گردد.
مزایای شیوه‌های غیرفعال خورشیدی
الف) این شیوه باعث صرفه جویی زیاد در هزینه گرمایش خانه شده و به راحتی قابل تطبیق با ساختمان می‌باشد وجزئی از سفت کاری ساختمان محسوب می‌شود این سیستم اجزاء مکانیکی و الکتریکی توام با استهلاک را ندارد و داری عمره دراز می‌باشد. از جمله عدم ایجاد صدا، دود وعدم نیاز به لوله کشی از موارد آن است.
ب) دیگر مزیت این سیستم، نگهداری حرارت در سطح کف اتاق است در حالیکه در دیگر سیستم‌های غیرطبیعی اختلاف زیادی بین هوای کف و هوای بالای اتاق وجود دارد.
انرژی خورشیدی
انرژی حرارتی خورشیدی
توان خورشیدی
صفحه خورشیدی
سلول خورشیدی
سلول فوتوالکتروشیمیایی
سلول خورشیدی رنگ-حساس
اثر فوتوولتاییک
اثر ترموالکتریک
اثر فوتوالکتریک