ارزیابی عملکرد و کاربرد سیستمهای فتوولتائیک شفاف نسل جدید در نمای ساختمانهای هوشمند رویکردی نوین در بهره وری انرژی شهری

افزایش مصرف انرژی در بخش ساختمان و پیامدهای زیست محیطی ناشی از استفاده گسترده از سوختهای فسیلی، توجه پژوهشگران را به توسعه فناوریهای نوین انرژی تجدیدپذیر در پوسته ساختمان معطوف کرده است. در این میان سیستمهای فتوولتائیک شفاف (STPV) به عنوان یکی از فناوریهای نوظهور امکان ادغام تولید انرژی خورشیدی با عناصر معماری، ساختمان به ویژه نماهای شیشه ای را فراهم می کنند. این پژوهش با هدف ارزیابی عملکرد و بررسی کاربرد سیستمهای فتوولتائیک شفاف نسل جدید در نمای ساختمانهای هوشمند انجام شده است. در این مطالعه یک چارچوب مدل سازی چند فیزیکی برای تحلیل همزمان رفتار، اپتیکی، الکتریکی و حرارتی این سیستم ها توسعه داده شد. مدل پیشنهادی شامل تحلیل تابش خورشیدی بر سطوح عمودی، مدل اپتیکی انتقال نور مرئی و جذب طیفی، مدل الکتریکی مبتنی بر معادله دیود تک گانه برای محاسبه توان تولیدی و مدل موازنه حرارتی نما است. شبیه سازی ها با استفاده از ترکیبی از ابزارهای MATLAB، Energy Plus و Radiance در سناریوهای مختلف شامل جهت گیری های متفاوت نما، مقادیر مختلف انتقال نور مرئی (AVT) و شرایط اقلیمی گوناگون انجام شد. نتایج نشان داد که میان شفافیت پنل و بازده تبدیل توان رابط های معکوس وجود دارد به گونه ای که افزایش انتقال نور مرئی موجب کاهش بازده الکتریکی می شود. با این حال مقادیر متوسط AVT در محدوده ۳۵ تا ۴۵ درصد می تواند تعادل مناسبی میان تولید انرژی و تامین نور طبیعی فضاهای داخلی ایجاد کند. همچنین نتایج نشان داد که نماهای جنوبی بیشترین تولید انرژی سالانه را دارند، در حالی که نماهای غربی به دلیل هم زمانی با ساعات اوج مصرف انرژی شهری نقش مهمی در مدیریت بار شبکه ایفا می کنند. تحلیل حرارتی نیز نشان داد که استفاده از پنل های فتوولتائیک شفاف می تواند با کاهش نفوذ تابش خورشیدی بار سرمایشی ساختمان را کاهش دهد. در مجموع یافته های این پژوهش نشان می دهد که سیستم های فتوولتائیک شفاف می توانند به عنوان یکی از مولفه های کلیدی در طراحی نماهای فعال و توسعه ساختمان های پایدار در شهرهای هوشمند آینده مورد استفاده قرار گیرند.

کلیدواژه ها:

فتوولتائیک ، شفاف ، نمای ساختمان ، ساختمان هوشمند ، انرژی خورشیدی ، بهره وری انرژی ، سیستم های