پديده فتوولتائيك چيست؟

تعريف سيستم فتوولتائيك

سلول و يا باطري خورشيدي چيست و جنس مواد سازنده آن چه مي باشد

تعريف پنل، مدول و آرايه خورشيدي

مشخصه جريان و ولتاژ حاصل از پنل هاي فتوولتائيک

آيا باطري هاي خورشيدي قدرت ذخيره سازي دارند؟

مشخصه پنلها بر اساس تابش و دما به چه صورت تغيير مي كند؟

طول عمر مفيد سلولهاي خورشيدي بطور متوسط چند سال مي باشد و به چند نوع  مي باشند.

سيستم هاي فتوولتائيك از سه بخش عمده تشكيل شده است.

وظيفه پنلهاي خورشيدي در سيستم فتوولتائيك چه مي باشد.

وظيفه بخش واسطه

انواع كاربرد سيستمهاي فتوولتائيك عبارتند از: 

تعريف سيستمهاي مستقل، متصل و هيبريد

 مقايسه سيستمهاي مستقل، متصل و هيبريد با يكديگر

مهمترين مزايا و معايب سيستمهاي فتوولتائيك به اختصار به شرح زير است.

چند نمونه از كاربردهاي سيستمهاي فتوولتائيك را نام ببريد؟

نام 5 توليد كننده مهم پنلهاي فتوولتائيک  در دنيا.

توليد كنندگان پنل فتوولتائيك در داخل كشور.

آيا اين سيستمها اقتصادي هستند و موارد كاربرد اقتصادي آنها را نيز نام ببريد.

چند نمونه از فعاليتهاي سانا در زمينه سيستمهاي فتوولتائيك.

چند نمونه از كاربردهاي غير نيروگاهي حرارتي انرژي خورشيدي را نام ببريد.

انواع كلكتورهاي بكار رفته در آبگرمكنهاي خورشيدي را نام ببريد. 

نحوه قرار گيري و اجزاي كلكتورهاي FPC چگونه مي باشد؟

آبگرمكنهاي خورشيدي چگونه كار مي كنند؟

براي هريك از كلكتورهاي نام برده حداقل 2 كاربرد نام ببريد.

يخچال خورشيدي چگونه كار مي كند؟

نحوه عملكرد سيستم پمپ حرارتي  خورشيدي را شرح دهيد.

گرمايش پسيو خورشيدي در ساختمان را شرح دهيد.

انواع روشهاي سرمايش پسيو را توضيح دهيد.

خشك كنهاي خورشيدي چگونه عمل مي كنند؟

انواع آب شيرين كتهاي خورشيدي ظرفيت پايين را نام ببريد.

انواع آب شيرين كنهاي خورشيدي را توضيح دهيد.

عملكرد اجاق خورشيدي را شرح دهيد.

كوره خورشيدي چگونه كار مي كند؟

سيستم گرمايش با سيال عامل هوا را توضيح دهيد.

كلكتور لوله خلائ چگونه كار مي كند؟

اساس كار كلكتور جفت سهموي را توضيح دهيد.

چگونه مي توان با استفاده از خورشيد روشنايي ساختمان را تامين كرد؟

فوائد طرحهاي پسيو خورشيدي را نام ببريد.

چه عواملي در راندمان آب شيرين كنهاي ظرفيت پايين تك حوضچه اي اثر مي گذارد؟

 

1- پديده فتوولتائيك چيست؟

به پديده اي كه در اثر آن انرژي تابشي بطور مستقيم به انرژي الكتريكي تبديل شود، پديده فتوولتائيك گويند.

 

2- تعريف سيستم فتوولتائيك

به هر سيستم كه از پديده فتوولتائيك (تبديل مستقيم انرژي تابشي به انرژي الكتريكي) استفاده كند، سيستم فتوولتائيك گويند.

 

3- سلول و يا باطري خورشيدي چيست و جنس مواد سازنده آن چه مي باشد.

به صفحه اي که انرژي تابشي خورشيد را به انرژي الكتريكي تبديل مي كند، سلول يا باطري خورشيدي مي گويند.سلول هاي خورشيدي بطور عمده از سيليسيوم ساخته می شود.

 

4- تعريف پنل، مدول و آرايه خورشيدي.

به مجموعه چند سلول خورشيدي که در کنار يکديگر، يک صفحه را تشکيل ميدهند، پنل يا مدول گفته مي شود و به مجموعه پنلهاي فتوولتائيك، يك آرايه خورشيدي گفته مي شود.

5- مشخصه جريان و ولتاژ حاصل از پنل هاي فتوولتائيک.

جريان الکتريکي حاصل از پنل هاي فتوولتائيک از نوع جريان و ولتاژ مستقيمDC) ( مي باشد.

 

6- آيا باطري هاي خورشيدي قدرت ذخيره سازي دارند؟

 پيل يا باطري هاي خورشيدي تنها مبدل انرژي تابشي خورشيد به انرژي الکتريکي باجريان الکتريکي از نوع مستقيم مي باشند و توانايي ذخيره سازي انرژي را ندارند.

از ابزار ذخيره سازي در اين سيستم ها  استفاده از باطريهاي الکتروشيميايي مي باشد.

 

7- مشخصه پنلها بر اساس تابش و دما به چه صورت تغيير مي كند؟

 مشخصه جريان - ولتاژ پنلها بر اساس دماي ثابت و تابش متغير و نيز تابش ثابت و دمای متغير متفاوت می باشد. 

8- طول عمر مفيد سلولهاي خورشيدي بطور متوسط چند سال مي باشد و به چند نوع  مي باشند.

طول عمر مفيد پنلهاي فتوولتائيك بطور عمده 25  (20 الي 30)  سال مي باشد.

 انواع سلولهاي خورشيدي عبارتند از:

 مونوكريستال – پلي كريستال و آمورف

 

9-سيستم هاي فتوولتائيك از سه بخش عمده تشكيل شده است.

3 بخش اصلي سيستم هاي فتوولتائيك را:

-         پنلهاي خورشيد

-         بخش واسطه

-         مصرف كننده     تشكيل داده است.

 

 

 

10- وظيفه پنلهاي خورشيدي در سيستم فتوولتائيك چه مي باشد.

وظيفه اين بخش تأمين انرژي و منبع تغذيه مورد نياز سيستم الکتريکي مي باشد.

در واقع بدليل استفاده از پنلهاي خورشيدي جهت تأمين انرژي الكتريكي مورد نياز در يك سيستم الكتريكي، به آن سيستم فتوولتائيك گويند.

11- وظيفه بخش واسطه

بخش واسطه يا تطبيق توان در واقع، وظيفه كنترل و تطبيق توان الكتريكي حاصل از پنلها و مصرف كننده را بر عهده دارد.

 

12- انواع كاربرد سيستمهاي فتوولتائيك عبارتند از: 

- سيستم هاي مستقل از شبكه سراسري برق

- سيستم هاي متصل به شبكه سراسري برق

- سيستم هاي هيبريد

 

13- تعريف سيستمهاي مستقل، متصل و هيبريد

سيستمهاي مستقل : به سيستمهايي گفته مي شود كه انرژي مورد نياز بطور كامل از طريق پنلهاي خورشيدي تأمين مي گردد و نيازي به شبكه سراسري برق و يا منبع تغذيه ديگري نمي باشد.

سيستمهاي متصل به شبكه سراسري: به سيستمهايي گفته مي شود که انرژي الكتريكي حاصل از پنلهاي خورشيدي مستقيماً به شبكه سراسري برق تزريق مي گردد. در واقع در اين نوع سيستم ضمن تزريق انرژي الكتريكي به شبكه سراسري برق از مزاياي شبكه برق نيز استفاده مي گردد.

سيستمهاي هيبريد: به سيستمهايي گفته مي شود كه از چند منبع تغذيه براي تامين انرژي الكتريكي مورد نياز استفاده مي گردد و سيستم فتوولتائيك يکي از منابع تغذيه اصلي مي باشد. از جمله منابع تأمين كننده انرژي ديگري که در اين مجموعه استفاده مي گردند شبكه سراسري برق، ديزل ژنراتور، توربينهاي بادي و ... مي باشند.(در اين مدل، بر اساس موقعيت و نياز بار استفاده از هر يك از منابع تغذيه مذکور، اولويت بندي و كنترل مي گردند).

 

14- مقايسه سيستمهاي مستقل، متصل و هيبريد با يكديگر 

در سيستمهاي مستقل تنها منبع تأمين کننده انرژي سيستم فتوولتائيك است.

در سيستمهاي متصل ضمن بهره جويي از مزاياي شبکه سراسري برق از سيستمهاي P.V  نيز جهت کمک به شبکه سراسري و جلوگيري از افت ولتاژ استفاده مي گردد

در سيستمهاي هيبريد منابع تأمين كننده انرژي چندگانه و در صورت قطع هر کدام از منبع ديگر استفاده مي گردد. در اين مدل احتمال قطع برق به حداقل مي رسد.

 

15- مهمترين مزايا و معايب سيستمهاي فتوولتائيك به اختصار به شرح زير است.

مزايا:

• عدم نياز به شبكه سراسري

• عدم نياز به سوخت

• سازگاري با محيط زيست، محيط زيست را آلوده نمي كند

• آلودگي صوتي ندارد

• براي توليد برق نياز به آب ندارد

معايب:

• هزينه سرمايه گذاري اوليه بالا است

• وابستگي به تغييرات تابش خورشيد در طي روز و ماه هاي مختلف

 16- چند نمونه از كاربردهاي سيستمهاي فتوولتائيك را نام ببريد؟

• روشنايي خورشيدي (معابر، تونلها، منازل، مدارس، جاده ها، چراغهاي دريايي و ...)

• پمپ آب (كشاورزي، دامپروري و آبشخور حيوانات، پرورش ماهي، آب شرب و ...)

• سيستمهاي نيروگاهي (بصورت مستقل و متصل)

• سيستمهاي پرتابل

• يخچال هاي خورشيدي

17- نام 5 توليد كننده مهم پنلهاي فتوولتائيک  در دنيا.

• شركت Sharp ژاپن

• شركت Kyocera ژاپن

• شركت Solar cell

• شركت Qcell

 

18- توليد كنندگان پنل فتوولتائيك در داخل كشور.

تنها توليد كننده پنل فتوولتائيك در داخل كشور شركت – كارخانه كابلهاي مخابراتي شهيد قندي مي باشد. تلفن تماس 4-4406651

 

19- آيا اين سيستمها اقتصادي هستند و موارد كاربرد اقتصادي آنها را نيز نام ببريد.

تا کنون اين سيستمها در جهان اقتصادي نشده اند، اما متخصصان در تلاش براي كاهش قيمت اين سيستمها و اقتصادي نمودن آنها مي باشد اما در بعضي از مكانها كه فاصله از شبكه سراسري برق زياد بوده و يا امكان سوخت رساني نمي باشد ويا صعب العبور است. بعلاوه آنكه هزينه سوخت نيز بالا مي باشد استفاده از اين سيستمها اقتصادي استكه از آن جمله مي توان به:

• روستاهاي خارج از شبكه

• ماشينهاي حمل مواد غذايي و فاسد شدني بويژه در كشورهاي آفريقايي كه ميزان تابش مناسب مي باشد.

• كمپهاي تفريحي خارج از شبکه سراسري برق

• مراكز مخابراتي و ايستگاههاي هواشناسي و ... كه در مكانهاي صعب العبور و فاقد برق مي باشند.

20- چند نمونه از فعاليتهاي سانا در زمينه سيستمهاي فتوولتائيك.

•  روشنايي خورشيدي

•  پمپ آب

•  سيستمهاي متصل به شبكه سراسري

•  سيستم مستقل از شبكه براي تأمين برق مورد نياز يك منطقه مسكوني

 

21- چند نمونه از كاربردهاي غير نيروگاهي حرارتي انرژي خورشيدي را نام ببريد.

خوراك پز خورشيدي، آبگرمكنهاي خورشيدي، آبشيرين كنهاي خورشيدي،يخچال خورشيدي،خشك كن خورشيدي و گلخانه خورشيدي

 

22- انواع كلكتورهاي بكار رفته در آبگرمكنهاي خورشيدي را نام ببريد.         

• كلكتورهاي نوع صفحه تخت (Flat Plate Collectors - FPC)

• كلكتورهاي نوع جفت سهموي (Compound parabolic collectors)

• كلكتورهاي لوله خلاء (ETC Evacuated tube collectors)

اين كلكتورها اغلب بصورت ثابت در محل خود نصب ميشوند و نيازي به دنبال كردن خورشيد ندارند.

23- نحوه قرار گيري و اجزاي كلكتورهاي FPC چگونه مي باشد؟

 اين كلكتورها بايد رو به خط استوا نصب شوند، بطوريكه در نيمكره شمالي به سمت جنوب و در نيمكره شمالي بسمت شمال قرار گيرند. زاويه شيب مناسب براي اين كلكتورها برابر با عرض جغرافيايي منطقه نصب است كه بسته به نوع سيستم، اين زاويه بين 5 تا 10 درجه افزايش يا كاهش مي يابد.

كلكتورهاي صفحه تخت عموماٌ از قسمتهايي كه در شكل 2 نمايش داده شده اند تشكيل ميشوند.

 

شيشه: يك يا چند صفحه شفاف شيشه اي يا از جنس مواد دياترموس (عبور دهنده پرتو)

لوله ها،پره ها، كانالها :براي هدايت و انتقال سيال عامل از ورودي به خروجي

صفحات جاذب: صفحه هاي تخت، موج دار، يا شيار داري كه لوله ها، پره ها يا كانال هايي به آنها وصل شده اند يا اينكه ممكن است لوله ها        بصورت يكپارچه و قسمتي از صفحات باشند.

هدرها يا مانيفولدها: براي جمع آوري و تخليه سيال

عايق: براي به حداقل رساندن افت حرارتي در اطراف صفحه جاذب

محفظه نگهدارنده: براي در بر گرفتن اجزاي فوق الذكر به جهت حفاظت از آنها در مقابل گرد و خاك، رطوبت هوا و غيره.

 

24- آبگرمكنهاي خورشيدي چگونه كار مي كنند؟

 مهمترين قسمت هر سيستم آبگرمكن خورشيدي يا( SWH Solar water heating) عبارتست از آرايه كلكتورهاي آن كه وظيفه جذب انرژي خورشيدي و تبديل آن به حرارت را به عهده دارند. حرارت دريافت شده از طريق سيال عامل (آب، مايع ضد يخ يا هوا) كه از داخل كلكتور عبور ميكند جذب ميشود. اين حرارت ميتواند مستقيماً مورد استفاده قرار گيرد يا اينكه در يك منبع ذخيره حرارتي، براي استفاده هاي بعدي ذخيره شود. اجزاء مختلف سيستمهاي انرژي خورشيدي دائماً در معرض شرايط جوي هستند، لذا اين قطعات بايد بتوانند در مقابل يخ زدگي يا افزايش بيش از حد حرارت و هنگاميكه تقاضا براي مصرف كم است بطور مناسب محافظت شوند.

 در سيستمهاي آبگرمكن خورشيدي، آب مصرفي يا بطور مستقيم با عبور از كلكتور گرم ميشود (سيستمهاي گردش مستقيم) يا اينكه بطور غير مستقيم و توسط يك مبدل حرارتي كه خود در يك سيكل بسته توسط سيال داخل كلكتور گرم شده است، گرما ميگيرد (سيستم گردش غير مستقيم). سيال عامل نيز يا به صورت طبيعي ( غير فعال يا پسيو) جابجا ميشود يا اينكه بصورت اجباري به گردش در ميآيد (فعال يا اكتيو). گردش طبيعي سيال عامل بر اثر پديده ترموسيفون بوجود ميآيد در حاليكه براي گردش اجباري اين سيال از يك پمپ استفاده ميشود. غير از سيستمهاي ترموسيفون و سيستمهايي كه كلكتور و منبع ذخيره يكپارچه دارند، ساير سيستمهاي گرمايش آب توسط ترموستاتهاي تفاضلي كنترل ميشوند.

 پنج نوع از سيستمهاي خورشيدي ميتوانند براي گرم كردن آب مصرفي يا بهداشتي مورد استفاده قرار گيرند كه عبارتند از: ترموسيفون، كلكتور- مخزن يكپارچه، گردش اجباري، غير مستقيم و هوا. دوسيستم اول سيستمهاي غير فعال (پسيو) ناميده ميشوند، اما سه سيستم ديگر سيستمهاي فعال (اكتيو) هستند، چون يك پمپ يا فن براي گردش سيال عامل در آنها نصب ميشود. براي جلوگيري از يخ زدگي كلكتور در سيستمهاي مستقيم از گردش معكوس(recirculation) يا تخليه (drain-down) و در سيستمهاي غير مستقيم از تخليه برگشتي (drain-back) استفاده ميشود.

تمامي اين سيستمها داراي مزاياي اقتصادي خوبي هستند و بسته به نوع سوخت جايگزين، دوره بازگشت سرمايه براي آنها بين 4 سال (براي الكتريسيته) و 7 سال (براي ديزل) ميباشد.

البته دوره بازگشت سرمايه،  در كشورهاي مختلف بستگي به شاخصهاي اقتصادي، نظير ميزان تورم و قيمت انواع سوخت و غيره دارد. امروزه در دنيا به ميزان بسيار زيادي از كلكتورهاي خورشيدي براي آبگرمكنهاي خورشيدي استفاده ميشود.

25-براي هريك از كلكتورهاي نام برده حداقل 2 كاربرد نام ببريد.

26- يخچال خورشيدي چگونه كار مي كند؟

راه هاي بسياري وجود دارند كه ميتوان انرژي خورشيد را با پروسه توليد سرما ادغام كرد. سرمايش خورشيدي را هم ميتوان از طريق گرمايش خورشيدي بعنوان منبع گرمايي و هم از طريق فتوولتائيك بعنوان منبع الكتريكي ايجاد كرد. اين كار را ميتوان با روشهاي جذبي و جذب سطحي از طريق گرمايش و يا با استفاده از يك يخچال معمولي كه برق آن از فتوولتائيك تامين ميشود انجام داد. سرمايش خورشيدي خصوصاً براي سرد نگهداشتن واكسنها در مناطقي كه الكتريسيته در دسترس نيست يا براي سرمايش مكانها مورد استفاده قرار ميگيرد. انواع روشهاي سرمايش خورشيدي عبارتند از:

• يونيتهاي جذب سطحي (Adsurbtion units)

جامدات متخلخل، كه جاذب ناميده ميشوند، بصورت فيزيكي و بازگشت پذيري ميتوانند مقادير زيادي بخار را كه سيال جذبي (adsorbate) ناميده ميشود خود جذب (adsorb) كنند. ايده اصلي استفاده از اين پديده در قرن نوزدهم بوجود آمد. تراكم بخار جذبي درون جامد جاذب بستگي به دماي زوج يا به عبارت ديگر تركيب جاذب و جذب شونده و نيز  فشار بخار دارد. اگر فشار ثابت باشد ميتوان با تغيير دادن درجه حرارت موجب جذب يا بازپس دهي ماده جذبي توسط جاذب شد. اين روش، مبناي كاركرد سيستمهاي خورشيدي استفاده كننده از سيكل جذب بخار مي باشد.

يك زوج جاذب- جذبي براي كار كردن در يك مبرد خورشيدي بايد ويژگيهاي زير را داشته باشد:

• يك مبرد با گرماي نهان بالا

• يك زوج كاري با خواص ترموديناميكي بالا

• يك دماي بازگشتي (بازپس دهي سيال جذبي) كوچك در مواجهه با فشار و دماي كاري

• ظرفيت گرمايي پايين

زوج آب- آمونياك بيشترين استفاده را در بين سيستمهاي موجود دارد و استفاده از زوجهاي جذبي مناسب تر براي سيستمهاي خورشيدي در حال بررسي و مطالعه و تحقيق است. بازده اين سيستمها توسط دماي كندانسه محدود ميشود، و بدون استفاده از تكنولوژيهاي سطح بالا امكان كاهش آن وجود ندارد. براي مثال، برجهاي خنك كن و رطوبت زدا (desiccant bends) براي توليد آب سرد براي كنداسه كردن آمونياك در فشار پايين استفاده ميشوند. از جمله معايب ذاتي زوج آب- آمونياك اين است كه لوله ها و مخازني با ضخامت بالا نياز دارند، خوردگي ناشي از آمونياك، مشكلات برودت و جدا كردن آب از آمونياك نيز مي باشد. چند زوج ديگر نظير زئوليت- آب، زئوليت- متانول و متانول-كربن فعال در حال بررسي و مطالعه هستند كه از ميان آنها نوع مناسب تري انتخاب گردد. تا كنون زوج متانول- كربن فعال بهترين نتيجه را داشته است .

• يونيتهاي جذبي (Absorbtion units)

 پروسه جذبي عبارتست از جذب و گرفتن رطوبت توسط ماده اي كه رطوبت گير ناميده ميشود. رطوبت گيرها يا جاذبها موادي هستند كه قابليت جذب و در برگيري گازها يا مايعات را در خود دارند و ميل تركيبي ويژه اي با آب دارند. در حين جذب، ماده جاذب با گرفتن رطوبت، يك تغيير شيميايي پيدا ميكند، براي مثال ميتوان به نمك طعام اشاره كرد كه هنگام جذب رطوبت تغيير فرم داده و از جامد به سيال تبديل ميشود. ويژگي وابستگي رطوبت گيرها به رطوبت، اين مواد را براي واكنشهاي شيميايي جداساز بسيار سودمند ساخته است.

سيستمهاي جذبي مشابه سيستمهاي تهويه مطبوع بخار-compresstion هستند اما در مرحله فشار (compresstion stage)با هم تفاوت دارند. بطور كلي يك

جاذب، قسمت كم فشار، يك سيار مبرد تبخير شده را جذب ميكند. پر استفاده ترين تركيب مايعات شامل ليتيم برميد- آب كه بخار آب نقش سرد كننده را ايفاد ميكند و آمونياك- آب كه آمونياك سرد كننده است، ميباشند.

27-نحوه عملكرد سيستم پمپ حرارتي  خورشيدي را شرح دهيد.

 پمپهاي حرارتي با استفاده از انرژي مكانيكي، انرژي حرارتي را از يك محل به يك منبع حرارتي منتقل ميكنند. پمپهاي حرارتي كه بوسيله الكتريسيته راه اندازي ميشوند در مقايسه با گرمكنهاي الكتريكي يا سوختهاي گرانقيمت داراي دو مزيت هستند: ضريب عملكرد (COP) اين پمپها به اندازه اي بالاست كه ميتوانند بازاي هر كيلووات ساعت انرژي تغذيه شده به كمپرسور، 11 تا 15 مگاژول گرما بدهند كه اين امر موجب صرفه جويي در هزينه هاي تامين انرژي ميشود. پمپهاي حرارتي آب به هوا، كه از آب گرم شده توسط خورشيد بعنوان منبع انرژي اواپراتور استفاده ميكنند را ميتوان بعنوان منابع كمكي گرمايي استفاده كرد. استفاده از آب مشكلات يخ زدگي را دارد كه بايد مد نظر قرار گيرد. سيستمهاي خورشيدي كه از سيال مايع استفاده ميكنند در دمايي كمتر از سيستمهاي متداول كار ميكنند و از تجهيزات بيشتري براي هدايت گرما به ساختمان استفاده ميكنند.

 

 

 

28-گرمايش پسيو خورشيدي در ساختمان را شرح دهيد.

 براي گرمايش خورشيدي پسيو دو اقدام اوليه بايد صورت گيرد:

• استفاده از شيشه در وجه جنوبي

• استفاده ازجرم حرارتي جهت جذب كردن، ذخيره سازي و انتشار گرما

در اينجا 3 رهيافت براي سيستم هاي پسيو وجود دارد:1) كسب مستقيم  2)كسب غير مستقيم  3) ايزوله كردن

هدف همه سيستم هاي گرمايش خورشيدي ذخيره سازي گرما توسط مصالح ساختماني و رها سازي آن در زمانهايي است كه تابش خورشيد وجود ندارد. هنگاميكه مصالح ساختماني گرما را براي استفاده هاي بعدي ذخيره مي نمايند گرمايش خورشيدي فضاي مطلوبي را براي داخل خانه مهيا مي نمايد.

شكل 1

1) كسب مستقيم[1] :

معمولترين سيستم خورشيدي پسيو، كسب مستقيم ناميده مي‎شود. كسب مستقيم مربوط به نور خورشيد است كه از پنجره ها وارد ساختمان مي‎شود و فضاي داخلي منزل را گرم مي‎كند. طي ساعات افتابي اين گرما در جرمهاي حرارتي سقفها يا ديوارهاي داخلي با جنس آب، سنگ، بتون آجر ذخيره مي‎شود. گرماي ذخيره شده در جرم حرارتي در طي ساعاتي كه آفتاب غروب كرده است به درون منزل منتقل مي‎شود. طراحييك سيستم كسب مستقيم عبارت است از محاسبه سطح پنجره و ميزان جرم حرارتي مورد نياز جهت گرم كردن فضاي منزل بطور كلي مساحت شيشه دركسب مستقيم بايد حداقل 7 صدم مساحت سقف خانه باشد و از 12 درصد ان تجاوز نكند. در كسب مستقيم شيشه هاي دوجداره نيز توصيه مي‎شوند.

در اين سيستم فضاي منزل ، يك كلكتور خورشيدي، جاذب گرما و سيستم توزيع مي باشد. شيشه ضلع جنوبي انرژي خورشيدي را به داخل خانه جائيكه جرم حرارتي مانند ديوارها و كف بطور مستقيم و غير مستقيم تحت تابش اين نور قرار مي گيرند هدايت مي كند. سيستم كسب مستقيم 75-40 درصد از انرژي خورشيدي برخورد كرده به پنجره را مصرف مي كند. شكل 1

در سيستم كسب مستقيم ديوارها و كفها به عنوان جرم حرارتي بخشهاي عملياتي خانه هستند. همچنين مي توان با استفاده از مخازن آب ،گرما ر ذخيره كرد اگرچه استفاده از مجموعه مخازن آب در نقشه ساختمان دشوار مي باشد .

جرم حرارتي در اثر جذب گرما در طي روز گرم مي شود و در شب گرما را به فضاي منزل هدايت مي كند اكثر سيستمهاي خورشيدي پسيو با عطف به جرم حرارتي يا موادي با ظرفيت جذب و ذخيره گرماي بالا (آجر،بتون،موزائيك،آب) كار مي‎كنند. جرم حرارتي را مي‎توان در نقشه ساختمان، در قسمتهاي سقف، ديوارهاي داخلي، شومينه يا بالكنها بكار برد. اين سطوح نياز به تابش مستقيم خورشيد ندارند اما بايد رنگ آنها تيره باشد. ميزان ذخيره سازي حرارت مواد مختلف وابسته به هدايت حرارتي، گرماي ويژه و چگالي آنها مي‎باشد. اغلب با افزايش چگالي، رسانايي گرما نيز افزايش مي‎يابد. نكات مهمي كه در مورد سقف بايد به آنها توجه كرد، عبارتند از:

نوع رنگ، رنگ. بتن، آجر، كاشيهاي شيشه اي و سراميك تيره همچنين ديوارهاي داخلي و شومينه جهت ذخيره سازي گرما به جرم بيشتري نياز دارند. از نقطه نظر انرژي بكار بردن چندين جرم حرارتي در منزل دشوار خواهد بود ولي جرم حرارتي كه جهت ذخيره سازي حرارت بكار مي‏رود زياد گران نيست.

---

[1] Direct Gain

قوانين كلي سيستم كسب مستقيم:

• تحليل يك ذخيره ساز گرماي خورشيدي كه براي رسانش گرما به منزل استفاده مي شود.

• ضخامت مصالح جرم حرارتي از 15.24 سانتي مترتجاوز نكند.

• كفهايي كه بعنوان جرم حرارتي استفاده مي شوند نبايد توسط فرشهاي سرتاسري كاملاً پوشيده شده و تا حد ممكن كاملاً بدون كف پوش باشند.

• استفاده از رنگ تيره براي كفها ، استفاده از رنگ روشن براي ديوارهاي كم جرم و هر رنگ دلخواه براي ديوارهايي  كه بعنوان جرم حرارتي استفاده مي شوند .

•  براي هر0.09 مترمربع شيشه جنوبي ، 67.9 كيلوگرم مصالح ساختماني يا 15.12 ليتر آب به عنوان جرم حرارتي استفاده مي شوند.

• حفره هاي بلوكهاي بتني كه بعنوان ذخيره ساز حرارتي استفاده مي شوند  با بتون پر شوند.

• استفاده از جرم حرارتي با ضخامت كم درفضاي مسكوني  با صرفه تر از جرم كلفترسطوح متمركز كننده مي باشد .

• مساحت سطوح جرمي بي حفاظ در معرض تابش بايد 9 برابر مساحت شيشه ها باشد.

• دماي خورشيدي [2] بدون استفاده از جرم حرارتي در كسب مستقيم استفاده مي شود.

گرمايش خورشيدي پايه ترين تكنيك خورشيدي پسيو است كه شامل افزايش تعداد پنجره‎ها در وجه جنوبي و جنس پنجره ها به عنوان جرم حرارتي كه اغلب در منازل رعايت مي‎شود مي باشد. در خانه خورشيدي حدود 25% پنجره‎ها روبه جنوب بوده و 3% آن در سقف خانه ها قراردارد. صرفه جويي انرژي در اين روش كم بوده اما هزينه پاييني در بردارد.

---

[2] Suntempring

2)كسب غير مستقيم :

 

در يك سيستم كسب غير مستقيم، جرم حرارتي بين فضاي منزل و خورشيد قرار گرفته پرتو خورشيدي كه به آن مي رسد را جذب مي كند و از طريق رسانش به فضاي منزل منتقل مي كند. سيستم كسب غير مستقيم 45-30 درصد از انرژي خورشيدي كه به شيشه بعنوان جرم حرارتي مي رسد مصرف مي نمايد.

انواع سيستمهاي كسب غير مستقيم عبارتند از:

1. سيستم ديوار انباشتگر حرارت (ديوارهاي ترومب)

2. سيستم حوضچه اي

3.  ديوار آبي

• ديوار ترومب[1]:

در اين سيستم، جرم حرارتي تقريباً پشت شيشه ضلع جنوبي قرار داده مي شود. شكل  2دريچه هايي در بالا و پايين ديوار ترومب وجود دارند كه به گرما اجازه جريان يافتن از اين ديوار و شيشه به داخل منزل را مي دهند. شبها وقتيكه دريچه ها بسته شوند تابش حرارت از ديوار، فضاي منزل را گرم مي نمايد. اين ديوار تكنيكي براي گرفتن گرماي خورشيد بوده و توسط مهندس فرانسوي فليكس ترومب ساخته شد. قسمتي از ديوار جنوبي كه از مواد جرم حرارتي مثل بتن ساخته شده‏اند را با شيشه‎اي كه در فاصله 0.05 متراز سطح واقع شده است مي‎پوشانند. نور خورشيد وارد شده و گرما توسط شيشه محبوس مي‎شود و به ديوار در جذب آن كمك مي‎كند. سپس گرما به داخل خانه در ساعات شبانه و غروب تابيده مي‎شود. ديوارهاي ترومب نيازي به تهويه ندارند زيرا هدف گردش هواي گرم بوده و گرفتن گرما از طريق تابش از ديوار مي‎باشد.

ديوار ذخيره ساز حرارت بايد جامد باشد و هيچ دريچه يا منفد بازي به بيرون يا فضاي منزل نداشته باشد. در تابستان ديوار ترومب بازده بهتري نسبت به روش كسب مستقيم دارد. ديوارهاي ترومب با پنجره‎هاي روش كسب مستقيم در همان ديوار تركيب مي‎شوند. شيشه‎هاي دو جداره نيز براي ذخيره حرارت توصيه مي‎شوند بين شيشه و جرم حرارتي 7.62-2.54 سانتي متر فاصله بايد باشد.

• سيستم هاي حوضچه ايي :

در بام هاي مسطح 0.3-0.15 متر آب ذخيره مي شود. اين سيستم بهترين سيستم سرمايشي براي مناطق با رطوبت كم مي باشد، ولي براي مناطق مرطوب آب بايد در مخازن فايبرگلاس يا پلاستيكي بزرگ قرار گيرد كه توسط شيشه پوشيده شده و فضاي زير آن توسط تابش گرم مي شود.

 ديوار آبي:

 آب در مخازن صلبي نگهداري مي‎شود. ظرفيت ذخيره گرماي آب دو برابر بيشتر از جرم حرارتي مي‎باشد. بنابراين به نسبت حجم كمتر از جرم حرارتي نياز مي‎باشد. حداقل 13.23 ليترآب به ازاي هر فوت مربع شيشه در مخزن ريخته مي‎شود. حتي يك لوله داغ داخل ديوار يا يك استخر نيز بعنوان جرم ذخيره ساز حرارت استفاده مي‎شود.

قوانين كلي سيستم كسب غير مستقيم براي ديوارهاي ترومب:

1- ديوار جرمي رو به خورشيد بوده و تيره رنگ باشد .

2- حداقل فاصله  0.1 متر بين ديوار جرم حرارتي و شيشه وجود داشته باشد.

3- دريچه هايي كه در ديوار جرم حرارتي استفاده مي شوند، بايد هنگام شب بسته باشند .

• اگر عايق متحرك شبانه در سيستم ديوار حرارتي استفاده شود، مساحت ديوار جرم حرارتي حدود 15% كاهش مي يابد .

• اگر جنس ديوار حرارتي آجري باشد ضخامت تقريبي ان 0.35-0.25 متر براي بتن0.45-0.3 متر براي خشت خام وساير مصالح 0.3-0.2 متر و براي آب حداقل 0.15 متربايد باشد

   

3)ايزوله كردن خانه :

يك سيستم ايزوله مجموعه بخشهايي جداي از قسمت اصلي خانه دارد، مثل يك اتاق خورشيدي و يك مدار منتقل كننده حرارت از كلكتور  به سيستم انباشتگر  خانه و از نقاط تمايز اين سيستم با ساير سيستم ها عايق نمودن منزل مسكوني مي باشد. 

سيستم ايزوله 30-15 درصد از نور خورشيد كه به شيشه جهت گرمايش فضاي منزل مي رسد را استفاده مي كندو همچنين انرژي خورشيدي را در اتاقهاي خورشيدي حفظ مي نمايد.

ظاهراً اتاقهاي خورشيدي يا گلخانه هاي خورشيدي تركيبي از سيستم هاي كسب مستقيم و غير مستقيم مي باشند. نور خورشيدي ورودي به اتاق خورشيدي در جرم حرارتي ذخيره مي شود . نور خورشيد توسط رسانش از ديوار جرمي مشترك بين منزل و گلخانه به داخل منزل منتقل مي شود.

---

[1] Tromb Wall

29-انواع روشهاي سرمايش پسيو را توضيح دهيد.

تكنيهاي سرمايش طبيعي باعث مي شوند بدون استفاده از هر گونه انرژي در تابستان، خانه خنك بماند. سايه از جمله موارد كاربردي و مهم در خانه هاي خورشيدي پسيو مي باشد زيرا همين ساختار در زمستان نور خورشيد را جمع آوري مي كند. جرم حرارتي و مصالح ساختماني به همان خوبي كه در گرمايش كاربرد دارند در سرمايش نيز مؤثرند. در زمستان گرما را ذخيره مي كنند و در تابستان جهت خنك سازي منزل استفاده مي شوند همچنين بكار بردن پنجره هايي كه در تابستان با ايجاد سايه گرماي كمتري به خانه منتقل مي كنند.

• پنجره هاي مناسب جهت تهويه:

يك استراتژي اوليه براي سرمايش ساختمانها بدون بكار بردن قطعات مكانيكي در آب و هواي گرم بكار بردن تهويه طبيعي مي باشد نسيمهاي رايج تابستاني با شيشه هاي بزرگ ديوار جنوبي كه براي گرمايش پسيو بكار مي روند هماهنگي دارد و به پيرو استراتژي هاي زير امكان استفاده از تهويه و دريچه خورشيدي را بطور مؤثري كارا مي سازند.

 وضعيت پنجره هابايد به گونه اي باشد كه بهترين جريان هوا بوجود آمده وپنجره هاي با حفاظ (سايبان دار) بطور كامل باز شود. اين پنجره بهترين محافظ در برابر باران بوده و بهتر از پنجره هاي دو لنگه (لولايي) عمل مي كنند.اگر اتاقي فقط در يك وجه پنجره دارد مي توان بجاي يك پنجره از دو پنجره پهن استفاده نمود.

• كنسول بام:

كنسولهاي ثابت نه گران هستند و نه نيازي به اپريشن دارند. فقط در طراحي آنها بايد دقت كرد بگونه اي كه در تابستان براي خارج كردن گرما و در زمستان براي حفظ گرما در داخل منزل عمل كنند تركيب هوشيارانه ايي از كنسولهاي با اندازه مشخص در پنجره هاي جنوبي و سايه آن روي ساير پنجره ها راه حل مؤثري مي باشد. در سانتافي[2] يك كنسول ايده آل براي پنجره با بلندي 1.2 متر، 45.72 سانتي مترمي باشد البته اگر بالاي كنسول33 سانتي متر بيشتر از بالاي پنجره باشد.

• سايه بان:

وسايل ايجاد كننده سايه قبل از اينكه نور خورشيد به ساختمان برسد آنها را متوقف مي كنند اين وسايل عبارتند از سايبان، صفحات خورشيدي، پرده هاي غلطان، ديافراگم مخصوص پشت پنجره و بادگير عمودي.اين وسايل قابل كنترل بوده و توسط صاحب خانه بر حسب نياز تنظيم مي شوند استفاده از پرده در منزل كم هزينه و مفيد مي باشد راه ديگر ايجاد سايه استفاده از يك ايوان يا دالان در قسمتهاي شرقي يا غربي ساختمان مي باشد.

---

[2] Santa Fe

• ديوارهاي مؤثر بر هوا (بالدار)[1]:

ديوارهاي بالدار در معرض جريان باد قرار دارند و سرعت باد طبيعي را طي اختلاف فشار بوجود آمده توسط اين ديوارها زياد مي كند.

• دودكش حرارتي:[2]

دودكش حرارتي جهت خروج جريانات بخار و هوا از ساختمان بكار مي رود. با قرار دادن يك دريچه خروجي در نواحي گرم و داغ، هوا جهت تهويه ساختمان به درون آن كشيده مي شود.

اتاقهاي آفتابي به اين دليل طراحي مي شوند كه گرماي طاقت فرساي كه در طي تابستان در اتاقهاي جنوبي پديد مي آيد را توسط دريچه هاي بالايي تهويه كنند. دريچه هاي پايين تر منزل با پنجره هاي سمت شمالي باز ميشوند و هوا درون فضاي منزل از دريچه‎هاي بالايي اتاق آفتابي خارج مي شود.