توظيف المعالجات المعمارية للاستغلال الامثل للطاقة الشمسية

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 الهندسة المعمارية، کلية الهندسة، جامعة حورس، دمياط الجديدة، مصر

2 قسم الهندسة المعمارية جامعة حورس

المستخلص

أدى التطور التكنولوجي الحديث في تصنيع الخلايا الشمسية الكهروضوئية واستخدام المواد الحديثة مثل السيليكون واكتشاف خلايا النانو إلى زيادة كفاءتها في توليد الطاقة الكهربائية والحرارية ، وكذلك في سهولة استخدامها. التي تسمح باستغلالها في التشكيل المعماري للمبنى ، وخاصة الواجهات ، حيث كان الاستغلال التقليدي للخلايا الشمسية هو وضعها على أسطح المباني بشكل أفقي ، مما يهدر استغلال الأسطح في خدمة المستخدمين.
حيث تناول البحث تعريف الاستدامة ومبادئها ثم دراسة الخلايا الشمسية وأنواعها كأحد تطبيقات الاستفادة من الطاقة الشمسية في توليد الطاقة النظيفة وفق مبادئ الاستدامة حفاظاً على البيئة، ثم دراسة دور المعماريين فى تحقيق مبادئ الاستدامة من خلال توفير طاقة نظيفة من خلال الاستغلال الامثل للطاقة الشمسية فى توليد طاقة نظيفة من خلال المعالجات المعمارية، دراسة وتحليل بعض الامثلة المعمارية العالمية والعربية التي تم فيها الاستغلال الامثل للخلايا الشمسية من خلال المعالجات المعمارية مثل الواجهات وكيف أضافت الشكل الجمالي للمبنى والحفاظ على استدامة البيئة المحيطة، ثم الوصول إلى النتائج والمناقشة وأخيراً الاستنتاج والتوصيات التي تشجع المهندسين المعماريين على كيفية استغلال الخلايا الشمسية من خلال المعالجات المعمارية على نطاق واسع.
 آثار الطلب البشري العالمي المتزايد على الطاقة، الى استخدام انواع ملوثة للبيئة مثل الوقود الأحفوري وغيرها، لذا تم البحث على بدائل لوفير الطاقة المطلوبة من مصادر بديلة صديقة للبيئة مثل الخلايا الكهروضوئية من خلال استغلال الطاقة الشمسية لتوليد الطاقة الكهربائية اللازمة دون تعريض التوازن الدقيق للنظام البيئي للخطر.
قديما كان ينظر إلى زيادة انبعاثات الكربون على أنها علامة على التقدم الاقتصادي والتوسع، حيث قدرت الانبعاثات بنحو 93 مليون طن في عام 1860 ، لكنها زادت بحلول عام 1900 إلى 525 مليون طن وبحلول عام 1950 إلى 1.62 مليار طن، كانت كمية الكربون في الغلاف الجوي بنهاية عام 1994 تزيد بمقدار 4 مليارات طن عن العام السابق .
لذلك حرصت الأمم المتحدة على تشجيع استغلال الطاقة النظيفة لتحقيق مفهوم الاستدامة وحماية كوكبنا من الانقراض، حيث تقوم الوحدات الكهروضوئية بتجميع الطاقة الشمسية لإنتاج كهرباء نظيفة ومستدامة باستخدام الطاقة الشمسية، ويأمل الباحثون في زيادة كفاءة محطات الطاقة الشمسية للاستغلال الامثل للطاقة الشمسية فى توليد الطاقة المطلوبة.
وتتميز الالواح الكهروضوئية بمرونتها وبساطتها في التركيب، وهي واحدة من أكثر مصادر الطاقة المتجددة رسوخًا، وسيكون لها تأثير كبير على الانتقال نحو حصة أكبر من الطاقة المتجددة في قطاع الطاقة العالمي.
لا تزال تكاليف التقنية التكنولوجية المستخدمة فى تصنيع الالواح الشمسية عالية نسبيا ولكن مع التطور المستمر فى تكنولوجيا التصنيع، سوف يؤدي الى انخفاض التكلفة القياسية للطاقة يمكن أن يصل إلى 36٪، مما قد يجذب المزيد من المستثمرين ويعزز حصة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في قطاع الطاقة في العالم. ويمكن تشجيع وتطوير استغلال الطاقة الشمسية من خلال إبرام اتفاقيات مشاركة التكنولوجيا في تصنيع الخلايا الشمسية بين بلدان العالم بما يحقق مبادئ الاستدامة .
ويجب ان يكون للقطاع المعماري دور كبير فى تشجيع وتطبيق استيراتيجية تحقيق مبادئ الاستدامة من خلال استغلال مصادر الطاقة النظيفة وخاصا الطاقة الشمسية.
المشكلة البحثية: الاستغلال المحدود للخلايا الشمسية من قبل المهندسين المعماريين في المباني لإنتاج طاقة صديقة للبيئة من خلال تركيبها على أسطح المباني حيث يكون الامتداد أفقيًا وخاصا انها تحتاج الى مساحات كبيرة مما يهدر استغلال اسطح المباني لانشطة المستخدمين وتصبح اماكن مهملة، وبالتالي فإن الاستغلال ليس مثاليًا ، وعدم استغلال الخلايا الشمسية من قبل المعماريين كمعالجات معمارية تضفي على المبنة شكل جمالي ووظيفي.
أهداف البحث: توظيف المعالجات المعمارية والتشكيل المعماري للاستفادة من التطور التكنولوجي الحديث من خلال تعزيز كفاءة إنتاج الخلايا الشمسية للطاقة المتجددة.
منهجية البحث: ولتحقيق هذا الهدف اتبع البحث المنهج الاستنتاجي للتعرف على بعض المفاهيم المهمة للبحث مثل الاستدامة ومبادئها وكذلك الطاقة الشمسية والتطور التكنولوجي في إنتاج الخلايا الكهروضوئية للاستغلال الأمثل للطاقة الشمسية في توليد الكهرباء أو الطاقة الحرارية من خلال الأدبيات التي تناولت هذه الموضوعات ودور المعماريين فى تحيقق مبادئ الاستدامة من خلال استغلال الخلايا الشمسية فى المعاجات والتشكيل المعماري للمبني ليصبح صديق للبيئية، ثم المنهج الاستقرائي لدراسة وتحليل بعض الأمثلة الدولية والعربية لمشاريع معمارية طبقت مبادئ الاستدامة من خلال استغلال الطاقة الشمسية على نطاق واسع من خلال المعالجات المعمارية في توليد طاقة نظيفة لا تؤثر على البيئة.

الكلمات الرئيسية


1-       Almaz, A.F.H., Farahat, M.A.F.J.A., 2023. Using Sustainable Tectonics to Create a Long-lasting Architectural Framework with Artistic Dimensions and Expressive Design.  11, 301-309.
2-       Almaz, A.J.م.ا.و.ا.و.ا.ا., 2018. Technological compatibility of building materials and its environmental impact on interior design.  3, 70-84.
3-       Bagher, A.M., Vahid, M.M.A., Mohsen, M.J.A.J.o.o., Photonics, 2015. Types of solar cells and application.  3, 94-113.
4-       de Lemos Martins, T.A., Faraut, S., Adolphe, L.J.E., Buildings, 2019. Influence of context-sensitive urban and architectural design factors on the energy demand of buildings in Toulouse, France.  190, 262-278.
5-       Dickinson, E., 2018. Solar energy technology handbook. CRC Press.
6-       Gunarathna, C., Yang, R., Wijeratne Mudiyanselage, P., Amarasinghe, G., Samarasinghalage, T., Weerasinghe, R.N., Zhao, H., Zhang, C., Liu, C., Wang, K.J.S., Environment, S.B., 2023. Project-based learning for proactive skills development of postgraduate students in solar energy building design digitalisation.
7-       Hák, T., Janoušková, S., Moldan, B.J.E.i., 2016. Sustainable Development Goals: A need for relevant indicators.  60, 565-573.
8-       Hemsath, T.L., Bandhosseini, K.A.J.R.E., 2015. Sensitivity analysis evaluating basic building geometry's effect on energy use.  76, 526-538.
9-       Kabir, E., Kumar, P., Kumar, S., Adelodun, A.A., Kim, K.-H.J.R., Reviews, S.E., 2018. Solar energy: Potential and future prospects.  82, 894-900.
10-    Kanters, J., Horvat, M., Dubois, M.-C.J.E., Buildings, 2014. Tools and methods used by architects for solar design.  68, 721-731.
11-    Ranabhat, K., Patrikeev, L., Antal'evna-Revina, A., Andrianov, K., Lapshinsky, V., Sofronova, E.J.J.o.A.E.S., 2016. An introduction to solar cell technology.  14, 481-491.
12-    Sanna, A., Achenza, M., Desogus, G., 2014. Guidelines on building integration of photovoltaic in the Mediterranean area.
13-    Tian, Z., Zhang, X., Jin, X., Zhou, X., Si, B., Shi, X.J.E., Buildings, 2018. Towards adoption of building energy simulation and optimization for passive building design: A survey and a review.  158, 1306-1316.
14-    UN-Habitat, 2012. Sustainable Housing for sustainable cities: A policy framework for Developing countries.
15-    unhabitat, 2021.
16-    Wang, N., Adeli, H.J.J.o.c.e., management, 2014. Sustainable building design.  20, 1-10.
17-    Yang, L., He, B.-j., Ye, M.J.T.i.S., 2014. The application of solar technologies in building energy efficiency: BISE design in solar-powered residential buildings.  38, 111-118.
18-    Yüksek, I., Karadayi, T.T.J.E.E.B., 2017. Energy-efficient building design in the context of building life cycle. 93-123.
19-    Zeina, A., Mohamed, A.A.J.M.M.E.J., 2021. The Impact of the Development of Modern Technologies on the Sustainable Development of Urban Spaces.(Dept. A).  46, 24-30.
20-    Zeina, A.A.M.A.J.P.-S.E.R.J., 2022. The use of mathematical modeling in architectural design to provide sustainable housing.  26, 10-20.