تصميم هياكل محددة ذات نظم متكاملة فولطية

اعتبارات التصميم الخاصة بالنزاهة الهيكلية والأداء الكهربائي

إن إدماج نظم الفولط البيرفلورية في الخرسانة ليس مجرد مسألة خلايا شمسية على سطح، بل يجب أن يكون التصميم مطابقاً للتفاعلات المادية، ومسارات التحميل، والسلوك الحراري، والسلامة الكهربائية.

Compatibility and the Curing Challenge

وتولد الخرسانة الجديدة حرارة كبيرة أثناء التهويد، حيث تتجاوز درجات الحرارة الداخلية في كثير من الأحيان 60 درجة مئوية. ويجب على المهندسين اختيار وحدات متطورة تُقدر بدرجة أعلى من درجة الحرارة أو من جراء حدوث أضرار مادية تتجاوز 85 درجة مئوية، كما أن بيئة الكالسينات من الخرسانة الرطبة يمكن أن تؤدي إلى تآكل الاتصالات الفلزات.

تكامل الهياكل الأساسية

* يمكن أن تضيف وحدات آلية مميتة، ولكن بشكل أكثر أهمية، أن تُحدث ضغوطاً في الاتصالات، وعندما تكون الخلايا الفولطية مدمجة في لوحة محددة، يجب على الخرسانة المحيطة أن تنقل حمولات حول الخلايا دون أن تسبب تركيزات إجهاد تؤدي إلى التفكك.() ويُستخدم تحليل العناصر الزائفة لنموذج كيفية تأثير المادة المركبة على التصفيات، والزراعة، والتوسع الحراري(10).

الدمج والسلامة في المجال الكهربائي

ويجب أن تدمج صناديق الاسترباح والربط وأجهزة منع توليد الطاقة في التصميم الخرساني دون المساس بالتقوية الهيكلية، ويجب وضع الندوات قبل الصهر، كما يجب أن تكون الاتصالات الكهربائية متاحة للنفقة، وبالنسبة للنظم ذات التأثير العالي، فإن تنسيق العزل أمر حاسم لتجنب حدوث أخطاء ملموسة في بيئات الخرسانة، كما أن بعض التصميمات تستخدم نظما منخفضة الارتطام في مجال إنتاج المواد المجهرية على السطح.

التعرض للضوء الشمسي والتوجيه

وفي حين أن الأسطح العمودية تتلقى إشعاعات أقل يومياً من أسطح ملوّثة على الوجه الأمثل، فإنها يمكن أن تستفيد من التباينات الموسمية - شرقاً وغرباً من الشروق الصباحية والبعدية، على التوالي، ويجب أن تُنظَّم التقاسم من المباني المتاخمة أو الأشجار أو المعالم المعمارية باستخدام أدوات تحليل المسارات الشمسية، ولا يمكن أن تُشَب هياكل ملموسة مثل الألواح المُطَة، بحيث تُحَد زاوية الإصابة؛

المواد والتكنولوجيات اللازمة لفحص العينات

وقد أسفرت التطورات الأخيرة في هندسة المواد عن طائفة من التكنولوجيات المناسبة لدمجها في الخرسانة.

الأفرقة الفنية المتطورة

(ب) إن الألواح الخرسانية الجاهزة التي تحتوي على خلايا من السيليكون البلورية هي أكثر الخيارات نضجاً، وتُهيمن الخلايا على أشرطة الإيثيلين (ETFE) وتُدرج في غنم أو جيب داخل الفريق أثناء التلقيح، ويمكن تصنيع هذه الألواح خارج الموقع مع مراقبة دقيقة الجودة، وضمان وضع الزنزانات الموحدة وإحكام الإحكام المائيين.

الترسانة المميزة والمتقاربة

وتسمح الخرسانة العابرة التي يتم صنعها عن طريق الألياف البصرية أو العناصر المثبتة بالاضواء الطبيعية بأن تمر عبر الهيكل، وعندما يقترن ذلك بخلايا متطورة توضع خلفها أو داخل المصفوفة الواضحة، تصبح الخرسانة مولدا للطاقة يتحول إلى ضوء النهار، وهذه التكنولوجيا مثالية للزوايا، وأضواء السماء، وجسور المشاة حيث يكون من المرغوب فيه أن تشعلها في الأفق.

الأفلام المنسَّقة والمواجيز

كما أن هذه المواد ذات التأثير العالي يمكن تصنيعها على مواضع فرعية مرنة، وتربطها بسطحات ثابتة أو غير نظامية بعد الضم، وهذه الأفلام هي وزن خفيف (دون 2 كغم/م2) ويمكن تطبيقها بدرجة كبيرة مثل مرحلتي الجدار (الثامنة والعشرون).

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

وتدل عدة مشاريع رائدة على صلاحية الخرسانة المدمجة من الفلول المنوي وإمكانية تصعيدها.

طرق سولار وطرق بايك

وقد وضعت هولندا عدة مسارات للدراجة الشمسية باستخدام الخرسانة المغطى بالزجاج المتحركة مع خلايا محورة محورة، وقد أدى مشروع سولا رود، وهو تعاون بين الحكومة الهولندية والشركاء في التكنولوجيا، إلى توليد أكثر من 70 كيلوواط لكل متر مربع سنويا في السنة الأولى من التشغيل - مع ذلك إلى توليد ثلاث أسر معيشية لكل 100 متر من المسارات، وتشمل التحديات التربة، والتعقب الدقيق للشحنات الأرضية، ومع ذلك انخفاض الكفاءة عندما تكون مشمولة.

الواجهات المدمجة للمبنى

The Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) built the “Smart Grid” building with a south-facing concrete façade embedded with little-film silicon modules. The panels were cast with a textured surface that increased light absorption while providing passive solar heating. The system supplies roughly 30% of the building’s lighting and plugT loads published

جسور الهياكل الأساسية

وفي فريبورغ، ألمانيا، يستخدم جسر المشاة البلاط الفولطية الضوئية المدمجة في سطح السفينة والسكك الحديدية، وتتكون البلاط من خرسانة عالية الانفجار تحتوي على خلايا من السيلينيد النحاسية المحتوية على الفولطام، محمية بطبقة زجاجية متحركة، ولا يُثبت أن الجسور لا يُستخدم في الإضاءة المحتوية على حرائق المتحركة، كما أنه يُعدلطحن.

Barriers

ويمكن أن تنتج الحواجز التي تنجم عن الضوضاء في الطرق السريعة من الخرسانة المأخوذة من مأخوذة من مأخوذة من مأكولات متطورة طاقة كبيرة على طول الممرات الطويلة، وفي سويسرا، يستخدم مشروع الحاجز الصوتي للطرق السريعة أكثر من 300 1 لوح من طراز PV محدد سنوياً لتوليد الطاقة الكهربائية 170 منزلاً، وهو ما يوفر حرقاً صوتياً مستقلاً (الضوء ضوضاءة من الزنازينة) بينما تتجهض إلى الجنوب وتخفض هذه الضوضاءة زراعية الحد الأقصى من الضوء.

المستقبل

ويتسارع مجال الخرسانة المدمجة من الفلول المحتوي على خامات متعددة، ويعود ذلك إلى ضرورة بناء مبانٍ خالية من الكربون وإلى هياكل أساسية ذكية، ويعود العديد من التوجيهات البحثية إلى التغلب على القيود الحالية.

تعزيز الكفاءة وتوقيت الحياة

ويمكن تثبيت الخلايا الشمسية ذات الفول المشبع بالفلور، التي تتجاوز الآن 25 في المائة من الكفاءة في المختبر، في بيئة ملموسة من خلال التعبئة ببوليمرات الهيدروفوبيك، وتبين البحوث المبكرة أن إضافة طبقات خرسانية غير متجانسة يمكن أن تساعد على إدارة الرطوبة دون التأثير على أداء البروفسكي، وبالمثل، يمكن أن تلتقط خلايا التاندي ذات الوجهين (بيروفسكيت على السيليكون) مباشرة وتظهر ضوءا من سطح الخرسانة، مما يعزز مجموع العائد بنسبة 30 في المائة.

الهياكل ذاتية التأهيل والنشاطية

ويمكن أن تؤدي أجهزة الاستشعار المتكاملة (مثل قياسات الألياف الضوئية) إلى رصد كل من الناتج الهيكلي والصحي والكهربائي، مما يتيح الصيانة التنبؤية وإدارة التحميل الدينامية على السواء، إلى تعزيز القدرة على التعافي الذاتي من البكتيريا أو البوليمرات الشكلية.

التصميم الرقمي والتسعير

وتتيح أدوات التصميم الموازي للمصممين تحسين وضعهم بالفولط، وتشكيل الخلايا، والمقاييس الجيولوجية الملموسة اللازمة لاحتجازهم بأقصى حد من الشمس دون المساس بالأداء الهيكلي. وتوفر الخرسانة التي تحمل طباعة 3D، والتي لا تزال في طليعتها، إمكانية طباعة الخلايا الفولطية مباشرة في طبقة الخرسانة، مما يخلق هيكلاً شمسياً أحادياً تماماً من خلال عدم وجود أي تفاعلات.

القدرة الاقتصادية على التنبؤ والقابلية للتكرار

ولا تزال التكلفة هي الحاجز الرئيسي. فالخرسانة المدمجة التي تتكبد حاليا تكاليف تتراوح بين 30 و50 في المائة لكل وات من مكافئات السقف نتيجة للقطع والمناولة، غير أنه نظرا لأن زيادة الحجم وعمليات التصنيع يمكن أن تتحسن (مثلا، التنسيب الآلي للخليات في محطات ما قبل البث)، يتوقع أن تنخفض التكاليف عن 1.50 دولار/ساعة في العقد المقبل، وعندما تكون تكاليف الهياكل الأساسية التنافسية الكبيرة، وتكاليفها، والتعزيز الهيكلي،

الاستنتاج: مسار نحو الهياكل الأساسية الصافية - الزائيرية

إن تصميم هياكل محددة ذات نظم فولطية متكاملة ليس مفهوماً لا غنى عنه، بل هو استراتيجية عملية ومثبتة بصورة متزايدة لتطهير البيئة المبنية، كما أن تقارب القوى الدائمة الخرسانية والكفؤة للتحول الشمسي يؤدي إلى مواد بناء تعمل بنشاط لصالح سكانها وشبكة الكهرباء، كما أن المهندسين والمهندسين المعماريين الذين يحتضنون هذا التكامل في وقت مبكر سيقودون التحول إلى هياكل نشطة حقاً تولد طاقة أكبر مما تتوقعه.