اخر الأبحاث

كيف يعزز نظام الطاقة الشمسية المدمجة بالمباني كفاءة الطاقة باستخدام المظلات الهوائية؟

تقديم ابتكار جديد في تصميم واجهات المباني المستدامة

كشف علماء من جامعة ناغويا اليابانية عن نظام مبتكر للطاقة الشمسية المدمجة بالمباني (BIPV) يعمل على تحسين كفاءة إنتاج الطاقة من الألواح الشمسية مع توفير تبريد سلبي وتحكم في درجات الحرارة داخل المباني. النظام، الذي يجمع بين الألواح الشمسية والمظلات الهوائية  (PVSD)، يتميز بقدرته على التبريد السلبي واستعادة الحرارة دون استهلاك إضافي للطاقة.

تفاصيل التصميم وآلية العمل

يتألف هذا النظام من مظلات مزودة بفتحات تهوية في الجزء العلوي والسفلي، مما يسمح بمرور الهواء وتبريد الألواح الشمسية خلال فصل الصيف. وعندما يدخل الهواء الخارجي من أسفل المظلات، فإنه يساهم في تبريد الألواح أثناء صعوده وخروجه من الأعلى. وفي الشتاء، يتم استخدام الهواء الداخلي لتدفئة الألواح من خلال التبادل الحراري، مما يرفع درجة حرارة الغرف بطريقة فعالة.

النظام يتيح آلية تشغيل مزدوجة تتأقلم مع ظروف المناخ المختلفة. يتميز التصميم بالمرونة حيث يسمح باستخدام نفس الفتحات لعمليات التبريد والتدفئة دون الحاجة إلى أي استهلاك إضافي للطاقة.

النماذج الأولية والمواصفات التقنية

تم تصميم نموذجين أوليين لاختبار كفاءة النظام:

  1. النموذج الأول: تضمن لوحة شمسية بمقاس 200 × 1500 مم مزودة بخلايا أحادية البلورة ذات كفاءة تصل إلى 13% وقدرة إنتاجية تبلغ 39 واط. تم تركيب اللوحة أمام سبع مظلات ألمنيوم تحتوي على فتحات هوائية.
  2. النموذج الثاني: مشابه للنموذج الأول ولكنه لا يحتوي على فتحات هوائية.

تم قياس أداء النموذجين لتقييم أثر التهوية على إنتاجية الطاقة.

https://www.sciencedirect.com/

قياس الأداء والتأثير

في يوم من يناير 2022 بمدينة شيزوكا، اليابان، عندما كان الإشعاع الشمسي في ذروته عند الساعة 11:40 صباحًا، أنتج النظام ذو الفتحات الهوائية 247.25 واط، بينما النظام بدون فتحات هوائية أنتج 242.21 واط. ورغم أن الفرق بسيط، إلا أن النتائج توضح أهمية التهوية في تحسين الأداء الحراري للألواح الشمسية.

https://www.sciencedirect.com/

محاكاة الأداء السنوي

أجريت محاكاة باستخدام برنامج EnergyPlus لمحاكاة أداء النظام في بيئات مختلفة على مدار عام كامل. تضمنت المحاكاة ثلاث حالات:

  • حالة بدون نظام PVSD : بلغ استهلاك الطاقة الإجمالي 739 كيلواط/ساعة (386 كيلواط للتبريد، 58 كيلواط للتدفئة، و295 كيلواط للإضاءة).
  • نظام PVSD بدون فتحات هوائية: انخفض الاستهلاك إلى 324 كيلواط/ساعة حيث وفر النظام 496 كيلواط/ساعة.
  • نظام PVSD بفتحات هوائية: كان الاستهلاك الأدنى عند 303 كيلواط/ساعة بفضل إنتاجية بلغت 503 كيلواط/ساعة.

تحسين التصميم وأداء النظام

ركزت الدراسة على تحسين التصميم لتحقيق أقصى كفاءة من خلال تعديل:

  1. مساحة الفتحات الهوائية: زادت إنتاجية النظام بنسبة 1.2 كيلواط/ساعة سنويًا عندما زادت مساحة الفتحات بمقدار 3 أضعاف.
  2. ارتفاع التثبيت: تحقيق أقصى إنتاجية عند ارتفاع 60 مترًا، حيث زادت بمقدار 14 كيلواط/ساعة سنويًا مقارنة بارتفاع 0.8 متر.
  3. زاوية الميل: الأداء كان الأفضل عند زاوية ميل 70°، حيث زادت إنتاجية النظام بفارق 10.5 كيلواط/ساعة.

النتائج والآفاق المستقبلية

توفر المظلات الهوائية تحسينًا في كفاءة التوليد الكهربائي بنسبة 1.4% مع تقليل طلب التدفئة بنسبة 29%. تظهر هذه النتائج أهمية تبني تقنيات التصميم المتقدمة لواجهات المباني لتحسين كفاءة الطاقة.

خلاصة البحث

تشكل هذه الدراسة خطوة هامة نحو تطوير واجهات مباني مستدامة ذات كفاءة طاقة عالية، مما يعزز من استخدام أنظمة الطاقة الشمسية المدمجة ويقلل من البصمة الكربونية للمباني. تم نشر الدراسة في مجلة Applied Energy  كمرجع هام لتطبيق هذه التقنيات في المستقبل.

 للمزيد من التفاصيل رابط الدراسة من هنا

م. نادية مهدي

مهندسة كهرباء. خبيرة معتمدة من مؤسسة الأمم المتحدة للتنمية الصناعية في إدارة أنظمة الطاقة، حاصلة على درجة الماجستير في هندسة الكهرباء، أسعى لنشر الوعي وإثراء المحتوى المتخصص في مجال كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة في العالم العربي.

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
error: المحتوى حصري