توظيف المعالجات المعمارية للاستغلال الامثل للطاقة الشمسية

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 قسم العمارة كلية الهندسة جامعة حورس

2 قسم الهندسة المعمارية کلية الهندسة 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.
الكلمات المفتاحية: الاستدامة - الطاقة الشمسية – المعالجات المعمارية.
  مقدمة:
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.
النتائج:
وأوضحت الدراسة الدور الذي تلعبه الخلايا الشمسية من خلال التطور التكنولوجي في تصنيعها وتعدد أنواعها حسب نوع المواد التي يتم تصنيعها من أجل الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية في دعم التشكيل المعماري المستدام. وعلى المستوى النظري والتطبيقي ، كما يتضح من الأمثلة العالمية ، ظهرت هذه النتائج على النحو التالي:
• استخدام الخلايا الشمسية في التكوين المعماري يساعد في تحقيق استراتيجية التنمية المستدامة وجعل التكوين المعماري صديق للبيئة.
• تطور تكنولوجيا تصنيع الخلايا الشمسية ، مما أدى إلى تعدد الخلايا الكهروضوئية ، وتطوير المواد المصنعة مثل السيليكون ، وزيادة في تكوينها وكفاءتها الوظيفية.
• إمكانية استخدام الخلايا الشمسية المتطورة في التشكيل المعماري وخاصة في الواجهات سواء كانت مستقيمة أو منكسرة أو منحنية مع الحفاظ على فلسفة التصميم للمعماري والمفردات المستخدمة في التصميم.
• أعطى استغلال الخلايا الشمسية في التكوين المعماري طابعاً جمالياً للمبنى إضافة إلى وظيفته الأساسية في توليد الطاقة.
• اتضح من خلال الأمثلة العالمية أن استغلال الخلايا الشمسية في التكوين المعماري قد انتشر على نطاق واسع ، على الرغم من قلة الإشعاع الشمسي العالي المتوفر في الدول العربية على مدار العام على مساحات واسعة من أراضيها.
• قلة خبرة المهندسين المعماريين في استغلال الخلايا الشمسية في التكوين المعماري في مصر ، وكذلك ضعف الجانب الاقتصادي أدى إلى تأخر مصر في الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية.

الكلمات الرئيسية


1-     Behrmann, M., Visual perception and spatial awareness. 2010, London: Henry Stewart Talks.
2-     Zeina, A.A.M.A., The use of mathematical modeling in architectural design to provide sustainable housing. Port Said University, Faculty of Engineering, 2022. 26(1): p. 10-20.
3-     Timothy F. Brady, W.A.B., Visual memory. Frontiers of cognitive psychology, ed. T. Francis and EBSCOhost. 2022, New York, NY: Routledge.
4-     Antony Radford, S.B.M., Amit Srivastava, The elements of modern architecture: understanding contemporary buildings. 2014, New York: Thames & Hudson. 344.
5-     Ṣāʼigh, A., Sustainable vernacular architecture: how the past can enrich the future. Springer eBooks. 2019, Switzerland: Springer Nature: Springer, Cham. 437.
6-     Islam Rafaat Mohamed, A.F.H.A., Design Engineering Humanistic and Interactive Methodology in Architecture as a Design Indicator for Human Space. Design engineering (toronto), 2021. 2021(9): p. 2398 - 2415.
7-     Almaz, A. F. H., the Impact of Anthropometrics on the Functional Design of Office Furniture. International Design Journal, 2022. 12(5): p. 21-30.
8-     Zeina, A.A.M.A., The impact of the development of modern technologies on the sustainable development of urban spaces. MEJ. Mansoura Engineering Journal, 2021. 46(1): p. 24-30.
9-     Farshid Moussavi, M.K., The function of ornament. 2006, Barcelona, Cambridge, Mass: Harvard University, Graduate School of Design,.
10-  Awad, I.R.M., Factors affecting contemporary architectural design and its relationship to the Pharaonic architectural heritage (In order to establish evaluation criteria for the architecture of different civilizations. Arab Association for Islamic Civilization and Art, 2020. 5(24): p. 15-25.
11-  Estela Schindel, P.C., Space and the memories of violence: landscapes of erasure, disappearance and exception. 2014, Hampshire: Palgrave Macmillan, Houndmills, Basingstoke. 265.
12-  Iwamoto, L., Digital fabrications: architectural and material techniques, ed. A. briefs. 2009, New York: Princeton Architectural Press. 144.
13-  ain Jackson, J.H., Maxwell Fry, Jane Drew, The architecture of Edwin Maxwell Fry and Jane Drew : twentieth century architecture, pioneer modernism and the tropics, ed. eBook. 2016, London: Routledge.
14-  Nel, M., Pentecostals and the pulpit: a case study of the Apostolic Faith Mission of South Africa. HTS: Theological Studies, 74, 20180301, 1, 2018.
15-  Biagi, F., Henri Lefebvre's critical theory of space, ed. E. Marx, and Marxisms. 2020, Cham, 2020: Palgrave Macmillan. 235.
16-  Yann Nussaume, T.A., Tadao Ando. 2009, Basel: Birkhäuser. 191.
17-  Robert Venturi, V.S., Christopher Curtis Mead, the Architecture of Robert Venturi. Vol. 1st ed. 1998, Albuquerque: University of New Mexico Press. 115.
18-  (Firm), A., ACA Architecture Competition Annual. Archiworld (Firm) Vol. 4. 2015, Korea: Archiwor`ld Co.
19-  Pearson, D., New organic architecture: the breaking wave. 2001, Berkeley: University of California Press. 223.