إدماج الأفرقة الشمسية في القائمة الموحدة والواجهة

The Convergence of Solar Energy and Concrete Architecture

إن إدماج الألواح الضوئية ذات الصبغة الفائقة، وتركيب أسطح الطاقة، وصناعة السقف، يمثل تحولا كبيرا في تصميم البناء، ودمج توليد الطاقة المتجددة مع العمل الهيكلي، وهذا النهج، وهو شكل من أشكال التذبذبات الشمسية المتكاملة، ويحول الأسطح التقليدية الملموسة إلى أصول متطورة للطاقة دون المساس بالبنية المعمارية المتطورة؛ ويضيف إلى ذلك مجموعة من الأدوات التكنولوجية المصممة.

أهم الملاءمات التي تنطوي عليها الشركات المترابطة

ويتيح دمج الألواح الشمسية في هياكل ملموسة مزايا متميزة تتجاوز المزايا القياسية لنظم الفولط المائي السطحي، ويعالج الجمع معايير أداء متعددة في آن واحد، مما يجعلها خيارا جذابا للمباني ذات الأداء العالي.

تعزيز كفاءة الطاقة والجيل الموقعي

يمكن أن تؤدي [اللوحات الشمسية المدمجة مباشرة في أسطح ملموسة إلى إلقاء ضوء الشمس في مناطق كبيرة، وإلا فإن الرؤوس والآلات الرأسية يمكن أن تؤدي إلى زيادة الكهرباء بالنسبة للشبكة HVAC، والإضاءة، والشحنات المشابهة، وعندما تقترن بمصروفات الفرز، والخصائص الكبيرة، يمكن للمبنى أن يخزن الحرارة الشمسية أثناء النهار، ويطلقها في الليل، مما يقلل من ارتفاع مستوى التصلب وتب.

التلاحم الصناعي والمحفوظات

ومن بين العوامل الرئيسية التي تحول دون التبني الشمسي التقليدي تصورات الألواح المركَّبة من الخارج التي تعطل تركيبات المباني، وتُدمج الألواح في الخرسانة، وتتيح ظهوراً غير مسمّى، أو مظهراً أحادياً، ويمكن أن تُلقى عناصر محددة من قبل بقرات متوقفة أو بأجهزة نصية سطحية تستوعب الخلايا الشمسية التي تتدفق بالطائرة.

مدة الخدمة وطولها

كما أن الألواح المثبتة توفر طبقة فرعية قوية وغير قابلة للاحتراق، تدر المكونات الشمسية من الطيف الريحي والهش والتدوير الحراري، خلافا للصفوف المجهزة بالسطح والتي تتطلب اختراقا ومصابا يمكن أن تفشل بمرور الوقت، وتستفيد الألواح المتجسدة من تصميمات الخرسانية التي تمتد إلى مناطق الخرسانة، وتخلق مقاومة طبيعية للطقس، وتضع الميزات الإشعاعية في السنة

الاستخدام الأمثل للأراضي والتكامل الحضري

(أ) في البيئات الحضرية الكثيفة، تكون مساحة السقف المتاحة محدودة، ويُعتبر الحيز الأرضي باهظ التكلفة، ويُنتج عن ذلك استعراض عام مُحدَّد بدرجة كبيرة؛ ويضع أسطحاً عمودية في العمل، ويضاعف أو يضاعف ثلاث مرات إمكانات جمع الطاقة في البصمة، ويُعد ذلك مفيداً بوجه خاص للأبراج المرتفعة التي تكون فيها نسبة سقف إلى جدران متجددة.

التصميم الحرج والهندسة

ويتطلب النجاح في إدماج الألواح الشمسية في الخرسانة تنسيقا متعدد التخصصات في مرحلة التصميم، ويجب أن تتلاقى مجالات التحكم في الهياكل والكهرباء والحرارة والرطوبة من أجل إنشاء نظام يؤدي بشكل موثوق على مدى عقود.

القدرة على التكيف الهيكلي والاختراع

ويجب أن يُخصَّص الأعضاء المتمرسون لحملة ميتة إضافية من الألواح الشمسية والأطر والكونات المدمجة والزئبق المحتملة للثلوج أو الريح، أما بالنسبة للعناصر الجاهزة، فيمكن وضع الألواح داخل قفص التعزيز قبل الصهر، وضمان توزيع الأحمال الموحدة، أما بالنسبة للتطبيقات التي تستخدم في المواقع، فيجب أن تكون أطر الدعم المؤقتة متماسكة بدقة أثناء عملية التنسيب، ويجب أن تؤدي إلى حدوث تركيزات على العجلات.

الفريق المعني بالتحليل التوجيهي والتحليل الموحد

وعلى عكس التأملات التي تُجرى على السطح والتي يمكن أن تُشَخَّص بحرية، كثيراً ما تكون الألواح المتكاملة موجودة في طائرة السقف أو التحليلات البقعية؛ أما بالنسبة للأسطح المتخلفة، فإن الزوايا المائلة تُحدَّد من الأسطح المسطحة؛ أما بالنسبة للأسطح المسطحة، فإن الألواح التي تُعدّل من الجيران، فهي تُعدّدُهاً على نحو أقل من الوجه الأمثل، كما يمكن التنبؤ بهياب المُها.

إدارة حماية المياه والتنقل

ومن أكثر الجوانب صعوبة في تكوين الألواح في الخرسانة منع حدوث تآكل في المياه عند الوصل بين اللوحة الصلبة والمصفوفة الخرسانية، ويمكن أن يؤدي التدوير الحراري إلى وجود ثغرات في المياه ذات الحجم الصغير تؤدي إلى تآكل الاتصالات الكهربائية وتلف المطاط، وتشمل الحلول استخدام الغازات المضغوطة أو الختمات المتعددة المركّبات حول محيط اللوحة، مع إدخال قنوات التنظيف في الغلاف الجوي.

الإدارة الحرارية والتخزين

ويمكن أن تؤدي [اللوحات الشمسية] إلى زيادة حرارتها إلى ارتفاع في مستوى الطاقة الكهربائية (25Hildeg)؛ و(C) (التصميم الموثق للغاز الحراري؛ و(F) التكتل الحراري، و(Hmal) إلى ارتفاع نسبة الحرارة، و(Hef) في شكل مغسلة حرارية، و(Hi) إلى أن تُضاف إلى ذلك النسق المُثلج في الهواء(10).

الدمج والسلامة في المجال الكهربائي

ويجب توجيه أجهزة الإنذار من الألواح المحتوية على أجهزة إنذار مقفلة أو داخل هيكل الخلايا المحتوية على أسطوانات متحركة، وينبغي أن تكون صناديق الوصلات متاحة للنفقة والاختلال في خط الرميات الإلكترونية؛ وثانية أخرى عند حافة النسيج أو عن طريق لوحات الوصول القابلة للإعادة إلى الغلاف، وينطوي على حرق يدوي، لا سيما عندما تكون أجهزة الإطلاق ذات القدرة على الدفع.

أساليب التشييد والتسامح

وتتوقف طريقة الجمع بين الألواح الشمسية والخرسانة على حجم المشروع، وظروف الموقع، ومستوى التكامل المنشود.

Precast Concrete with Pre-Embedded Panels

وفي هذه الطريقة، توضع الوحدات الشمسية داخل القالب قبل أن يصب الخرسانة، وتحمي الألواح من خلال فيلم مؤقت مائل، ويرمي المزيج الخرساني إلى التدفق حول الإطار دون تفكيك الوحدة، ويعزز الاهتزاز العالي التواتر الخرسانة مع تجنب إلحاق الضرر بالخلايا الفولطية الضوئية، وبعد العلاج يتم رفع العنصر الجاهز في ما قبل الصنع، ويضمن جودة المصانع

إدماج الأطفال في الأنشطة الرئيسية

أما بالنسبة للخرسانة الموجودة في الموقع، فيجب تركيب الألواح على شكل قابل للتعديل ويحملها في الطائرة الصحيحة وفي الاتجاه الصحيح، ثم يصب التكتل حول الألواح التي كانت مجهزة مسبقا، وهذا الأسلوب يتيح وجود أسطح أكبر أو أحادية دون مفاصل، ولكنه يتطلب تخطيطا دقيقا لتسلسلات التنسيب الخرسانية لتجنب الضغط الجانبي الذي يدفع الألواح خارج التواؤم.

نظم إعادة التعبئة والتعبئة

ويمكن إعادة تركيب الهياكل الخرسانية الموجودة باستخدام أجهزة الصعود الخفية أو العجلات الميكانيكية في السطح الخرساني، أما بالنسبة للإعادة إلى الغلاف الجوي، فإن نظام السكك الحديدية المتصاعد يربط أو يُثبت داخل الخرسانة، بينما لا تكون اللوحات مثبتة بصرياً كما هو جديد من التشييد، فإن هذه الطريقة تتيح إمكانية الصيانة والاستبدال بسهولة.

الاعتبارات الاقتصادية والعودة إلى الاستثمار

أما تكلفة النظم الصناعية المتكاملة بالطاقة الشمسية فلا تزال أعلى من الاستردادات التقليدية للفولاذ، ولكن الفجوة تضيق مع تحسن مستويات التصنيع وكفاءة التصميم، وتشمل التكلفة الكاملة الوحدات الشمسية، واللافتات، والأسلاك، والتقوية الهيكلية، والخرسانة الإضافية (إذا لزم الأمر)، والعمال المتخصص، وقدرت دراسة أجرتها وكالة الطاقة الدولية (IEA) أن نظم البناء ذات القيمة المضافة أعلى من 10 إلى 30 في المائة، ولكنها أكثر من نظم البناء القياسية.

غير أن التكلفة الإجمالية للملكية أقل عندما تُراعى في مدى الحياة الأطول للنظام المتكامل وتُتفادى تكلفة استبدال السقف في المستقبل أو التنظيف؛ وبدل تجديده؛ وإضافة إلى ذلك، تقدم العديد من الولايات القضائية ائتمانات ضريبية، أو تعريفات مغذية، أو منح كثافة للمباني التي تحقق مستويات معينة من الطاقة المتجددة.() ويُقدِّم قانون تخفيض الأجور في نظام " U.S " ائتمانات ضريبية قدرها 30 في المائة

دراسات حالة عن التكامل الناجح

وتظهر مشاريع العالم الحقيقي جدوى وأداء النظم الشمسية المدمجة بصورة ملموسة عبر مختلف المناخات وأنواع البناء.

زوريخ منافسة، سويسرا

ويحتوي هذا المبنى على مواصفات مفترضة؛ وعارضة للوحات محايدة تحتوي على أحادي الخلايا التي تغطي الارتفاعات الجنوبية والشرقية؛ وقد تم وضع نماذج من الفلول الفولطية في لوحات الجدار الخرسانية في المصنع، مع إدماج قنوات الصرف في نبذة الفريق؛ ويولد النظام 45 كيلوواط وبتر، ويورد حوالي 30 في المائة من معدل تدهور المباني؛ والطلب على الكهرباء، ويقل عدد الحالات التي تتطلب رصداً قياسياً عن خمس سنوات.

مدرسة سنغافورة للتصميم، سنغافورة

وفي بيئة مدارية عالية الخطورة، استخدم هذا المشروع الخرسانة في موقعها لربط السقف بألواح النسيق ذات الرشاقة العالية، حيث يتم ترتيب الألواح في نمط شبكة مصغرة تبث الطاقة الكهربائية، وشبكة عمودية هيكلية، وبسبب ارتفاع درجات الحرارة المحيطة، وانخفاض سرعة الرياح، تم تركيب نظام للتهوية قسراً في خضم الخلايا الريحية 120.

Omaha Federal Office Building, USA

وقد استخدم هذا التجديد التاريخي للمبنى نهجاً ميكانيكياً لإعادة استخدام المواصفات، حيث تم تعزيز جدران المظلة الخرسانية الموجودة بغطاء الألياف الكربونية، كما أُلحق نظام جديد لربط السائل باستخدام مراسي الصلب غير الملموسة، واختيرت الأفرقة بلون يطابق الفجوة الأصلية في سطح الأرض، وثبتت؛ وحقق المشروع شهادة في تصريف المياه بالفلاتينوم، وينمائتي كيلو فولط.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وسيشكل الجيل القادم من الخرسانة المدمجة بالطاقة الشمسية من خلال أوجه التقدم في العلوم المادية وتقنيات الصنع الرقمي.

المواد الفوتوغرافية الميسرة والقابلة للشفافية

وقد أصبحت تكنولوجيات الرش مثل الفولطية العضوية والزنزانات الشمسية ذات البيروفسكيت أكثر استدامة وكفاءة، وعندما تُحبط في شكل دعم مرن، يمكن إدماجها في الخرسانة دون حزم من النماذج الزجاجية التقليدية، مما يفتح إمكانية لوحات ملفوفة حول عناصر محددة المنحنى أو دمجها في خرسانة خفيفة الوزن.

Smart Concrete with Embedded Sensors

ويمكن للمستشعرات المدمجة داخل الخرسانة رصد درجة الحرارة والإجهاد والناتج الكهربائي لللوحات الشمسية في الوقت الحقيقي، وهذه مجاري البيانات تتيح الصيانة التنبؤية وتعظيم إدارة الطاقة في المباني، ويجري بالفعل اختبار البناء المركبة باستخدام نماذج محددة مطبعة من 3D مع قنوات كهربائية متكاملة في مختبرات البحوث، والتوصل إلى تركيب أسرع، والأخطاء الأقل، وقد يؤدي الجمع بين الخرسانة الذاتية والبيدروجيني إلى التكيف الحقيقي مع بناء البشرة.

خفض التكاليف عن طريق الصنع النموذجي

ومع تزايد الطلب على البيوتادايين السداسي الكلور، يقوم المصنعون بوضع نماذج نموذجية للتنبؤات المسبقة الموحدة مع خلايا شمسية مجهزة بالمصنع، وأسلاك، وصناديق للربط، وهذه " اللحم؛ والزجاج واللعب؛ وتقليص مجموعات السندويشات الخرسانية من قضايا العمل في الموقع ومراقبة الجودة، وستؤدي وفورات الحجم إلى خفض أقساط التكلفة إلى التكافؤ مع التصميم التقليدي للتشغيل بالإضافة إلى التبني في العقد المقبل.

إن إدماج الألواح الشمسية في أسطح ملموسة وأجهزة التجميل؛ تمثل حلا ناضجا وسريعا للتطور للهيكل المستدام، إذ يجمع بين القدرة الهيكلية على التكيف والخواص الحرارية للخرسانة وبين توليد الطاقة النظيفة من المواد الفوتوغرافية، يمكن للمصممين أن يحققوا مستوى من الأداء والتكامل الجمالي لا يمكن أن تتطابق معه النظم المستقلة، وذلك من خلال الاهتمام الدقيق بالنهج الهيكلي والرطي والتصميم الحراري والكهربائي، ومن خلال استخدام التكنولوجيات الناشئة.