نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، گروه مهندسی معماری، دانشگاه پیام نور، همدان، ایران.

2 استاد، گروه مهندسی معماری، دانشکده معماری و شهرسازی،دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

3 استادیار، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.

4 استادیار، گروه مهندسی معماری، دانشکده معماری و شهرسازی،دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

چکیده

تأمین انرژی الکتریکی مورد‏نیاز در ساختمان‏های انرژی کارا توسط خودِ بنا یکی از راهبردهای توصیه‏شده در کاهش سهم عمده بخش ساختمان در کل سرانه مصرف انرژی است؛ دراین‌بین سامانه‌های پیل‌خورشیدی یکپارچه با پوسته بنا به دلیل قرارگیری در سطح بیرونی ساختمان موقعیت ممتازی در تولید الکتریسیته دارند اما تغییرات زیاد شدت و جهت تابش نور خورشید در طی فصول و در طول روز باعث کاهش بازده این سامانه‏ها می‏شود . این پژوهش که بستر مطالعاتی آن اقلیم سرد ایران است، نشان می‌دهد که طراحی الگوریتمیک یک پوسته تلفیقی از ترکیب بازتابنده تخت و پیل‌خورشیدی بر اساس الگوی تابش راهکاری کارآمد درافزایش بازده الکتریکی پوسته به‌ویژه در فصل تابستان است. پژوهش از منظر ماهیت در دسته تحقیقات کمّی از بُعد هدف،کاربردی و از جهت روش در زمره پژوهش‌های توصیفی- شبیه‏سازی قرار دارد. در این تحقیق از افزونه گرس‏هاپر برای پیاده‏سازی الگوی مولد پوسته و از الگوریتم ژنتیک درروند بهینه‏سازی استفاده‌شده و روند رسیدن از سؤال به جواب با روش استدلال منطقی انجام‌شده است. این پژوهش افزایش بازده سامانه پیشنهادی به میزان 38/87 درصد در ابتدای فصل تابستان، 33/36 درصد در شروع فصل بهار و 83/17 درصد در آغاز فصل زمستان با میانگین 44/46 درصد در طول سال محاسبه شد. یافته‌های پژوهش شش مؤلفه اصلی سازنده پوسته تلفیقی را در تعیین بازده آن مؤثر دانست که به ترتیب تأثیر عبارت‌اند از زاویه شیب عرضی بازتابنده‌های طرفینی، زاویه شیب عرضی بازتابنده‌های زیرین، عمق افقی بازتابنده‌های کناری، تعداد تقسیمات پوسته در امتداد قائم، شیب طولی بازتابنده‌های کناری و درنهایت کمترین تأثیر مربوط به شیب طولی بازتابنده‌های زیرین است؛ به‌طوری‌که درصد تأثیر مهم‌ترین مؤلفه بر افزایش شدت تابش 14/64 درصد و بر افزایش سطح بازتابش 21/62 درصد به دست آمد و برای کم اثرترین مؤلفه بر بازده این مقادیر به ترتیب 85/15 و 90/15 درصد محاسبه گردید.

کلیدواژه‌ها

حیدری، شاهین. (1391). معماری و روشنایی. تهران: انتشارات دانشگاه تهران.

شرکت مدیریت شبکه برق ایران. (1398). پایش و تحلیل بازار برق ایران. تهران: شرکت مدیریت شبکه برق ایران.

فرهنگی خانقاه، علیرضا.، گرجی مهلبانی، یوسف.، مفیدی شمیرانی، سید مجید. و مدی، حسین. (1398). الگوی طراحی پوسته‏های بیش بازده خورشیدی در اقلیم سرد ایران. رساله دکتری معماری. قزوین: دانشگاه بین‏المللی امام خمینی.

وزارت نیرو. (1395). ترازنامه انرژی-بخش اول. تهران: معاونت امور برق و انرژی-دفتر برنامه‌ریزی و اقتصاد کلان برق و انرژی.

Abu-Bakar, S., Muhammad-Suki, F., Ramirez-Iniguez, R., Freier, D., Mallick, T., Munir, A., . . . Bani, N. (2016). Novel Opticalc Concentrator Technology for Building Integrated Photovoltaic Systems. 2016 World Conference on Innovation, Engineering and Technology (pp. 1-11). Sapporo,Japan: OpenAIR@ RGU. Retrieved from http://openair.rgu.ac.uk

Ahmad, G., & Hussein, H. (2001). Comparative study of PV modules with and without a titled plane reflector. Energy Conversion and Management, 42, 1327-1333.

Alhamadany, A. H., Ali, J., & Zain Al-Abideen, F. S. (2016). Effect of angle orientatioin of flat Mirror Concentrator on solar panel system output. IOSR Journal of Computer Engineering, 18(1), 16-23.

Arshad, R., Tariq, S., Niaz, M. U., & Jamil, M. (2014). Improvement in Solar Panel Efficiency Useing Solar Concentration by Simple Mirrors and by Cooling. (pp. 292-295). Islamabad: International Conference on Robotics and Emerging Allied Technology in Engineering.

Barman, J. (2011). Design and feasibility study of PV Systems in Kenya. Master's Thesis within the Sustainable Energy System programme. Gotenberg, Sweden: Chalmers University of Technology.

Bilal, M., Arbab, M. N., Zain, M., Afridi, A., & Khattak, A. (2017). Increasing the output power and efficiency of solar panel by using concentrator Photovoltaics (CPV). International Journal of Engineering Works, 3(12), 98-102.

BP-P.L.C. (2019). BP Statistal Review of World Energy. London.

Delisle, V., & Kummert, M. (2014). A novel approach to compare building-integrated photovoltaics/thermal air collectors to side-by-side PV modules and solar thermal collectors. Solar Energy, 100, 50-65.

Fraas, L., & Partain, L. (Eds.). (2010). Solar Cells and Their Applications. New Jercy, USA: John Wiley& Sons Inc.

Gan, G. (2009). Effect of air gap on the aerformance of building Integrated Photovoltaics. Energy, 14, 913-921.

Hegger, M., Fuchs, M., Stark, T., & Zeumer, M. (2008). Energy Manual; Sustainable Architecture. Basel, Switzerland: Kosel GmbH& Co.KG,Altusreid-krugzell.

Helmy, M. A., Khalifa, E., Oksha, A., & Elhaddad, A. (2014). Effect of reflector application on PV panel performance under Egyptian condition. Scientific Papers Series Management, Economic Engineering in Agriculture and Rural Developement, 14(3), 103-106.

Kumar, R., Kaushik, S., & Garg, H. (1995). Analytical Study Of Collector Solar-Gain Enhancement by Multiple ereflectors. Energy, 511-522.

Matsushima, T., T. Setaka, & Muroyama, S. (2003). Concentrating Solar Module with horizental reflectors. Solar Energy Materials and Solar Cells, 75, 603-612.

PVLighthouse. (2020, 06 14). Solar Spectrum Calculator. Retrieved from PVLighthouse: www.PVLighthouse.com.au

PVSol, C. (2015). PV*SOL help. Retrieved 11 02, 2019, from http://help.valentin-software.com/pvsol/calculation/pv-modules/module-temperature/

Ronnelid, M., Karlsson, B., Krohn, P., & Wennerberg, J. (2000). Booster reflectors for PV modules in Sweden. Progress in Photovoltaics: Research and Applications, 8, 279-291.

Sathyanarayana, P., Ballal, R., kumar, G., & Laksmi sagar, P. (2014). Effect of light concentration by flat mirror reflectors on electrical power output of the photovoltaic panel. Carbon-Science and Technology, 6(1), 356-363.

Seitel, s. C. (1975). Collector Performance Enhancement With Flat Reflectors. Solar Energy, 17, 291-295.

Siahaan, Y., & Siswono , H. (2019). Analysis the effect of reflector (flat mirror, convex mirror, and concave mirror) on solar panel. ernational Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS), 943-952.

Soria, B., Gerritsen, E., Leffillaster, P., & Broquin, J.-E. (2016). A study of annual performance of bifacial photovoltaic modules in the case of vertical facade integration. 52-68.

Tabaei, H., & Ameri, M. (2015). Improving The Effectiveness Of Photovoltaic Water Pumping System By Using Booster Reflector and Cooling Array Surface By A Film Of Water. Transactions of Meccchanical Engineering, 39, 51-60.

Tabakovic, M., Fechner, H., Sark, W. V., Louwen, A., Georghiou, G., Makrides, G., . . . Betz, S. (2017). Status and outlook for building integrated photovoltaics (BIPV) in relation to educational needs in the BIPV sector. Energy Procedia, 993-999.

Tabor, H. (1958). Stationary mirror systems for solar collectors. Solar Energy, 2, 27-33.