Меню

Архитектура с солнечной батареей

Культпривет

История. Религия. Искусство.

Солнечная энергетика и архитектура будущего

Практически любой человек на вопрос «что значит для Земли Солнце?» — ответит, что оно жизнь, свет, тепло и будет прав. Но это лишь часть ответа на вопрос , потому как свет и тепло это ощущаемые нами проявления солнечной энергии, которой светило щедро одаривает землю уже не один миллион лет. Причём количество её таково, что превышает суммарные запасы, которые можно получить при использовании всех остальных источников: нефть, уголь, газ, торф и прочие энергетические ресурсы.

Из этого мощного потока планета получает только часть, равную 47%, 19% «съедает атмосфера», 34% уходят обратно в космическое пространство. Чтобы иметь представление о том, какая мощь скрывается за цифрами достаточно сказать: для обеспечения потребностей всей мировой энергетики нам достаточно 0.0125%, а пол процента покроют эту надобность с большим запасом на будущее.

Используя малую часть, мы не только перестанем тратить невосполнимые ресурсы, избежим опасности ядерного заражения, но и очистим и сохраним воздух и воду, основу жизни планеты. Несомненные плюсы технологий, для использования солнечной энергии, заключены в том, что нет химического и механического загрязнения воздуха, теплоотдача в приземный слой атмосферы минимальна, отсутствует тепличный эффект.

Использовать солнечную энергию возможно разными способами, основными являются два из них: фототермический и фотоэлектрический. Фототермический метод работает через применение различных термосистем для захвата тепловой энергии. В основе фотоэлектрического лежат фотохимические реакции.

На данный момент большее распространение получили технологии, использующие тепловой поток энергии солнца, поскольку они могут работать и на низкотемературной составляющей. Подобные системы и установки подразделяются на пассивный и активный тип действия.

Пассивные системы собирают тепловую энергию непосредственно через саму строительную конструкцию, с небольшим добавлением вспомогательной части или без неё. В качестве примера можно привести такую: южная стена здания получает окраску в чёрный цвет, перед стеной располагают поверхность с остеклением. Воздушная прослойка, получающаяся внутри межстенового пространства будет прогревать здание за счёт естественной циркуляции и конвенции.

Солнечные панели в Мельбурне

Активная система работает на коллекторах, которые преобразуют энергию солнца в тепловую. Коллекторы могут быть плоскими или изогнутыми. Первый тип имеет стационарное закрепление, конструктивно это поглощающая энергию плита, остекление и трубы проложенные внутри, по которым перемещается насосом нагревающаяся жидкость. Подходит для низкотемпературных процессов.

Здание-яйцо появится в индийском городе Мумбаи

Изогнутые коллекторы (параболические, сферические) работаю на принципе концентрации и отражения солнечной энергии. Они подвижны и следуют за солнцем. Линза или зеркало коллектора концентрирует солнечный свет на центральном приёмнике, в результате нагревается жидкость, прокачиваемая насосом. В составе системы есть бак-аккумулятор для прогретой жидкости. Этот тип коллекторов обеспечивает высокую температуру и совершение механической работы.

Использование тепловых солнечных установок позволяет обеспечить энергией районы удалённые от централизованного энергоснабжения и подходит как для местного применения, так и для обеспечения работы в системе ряда таких солнечных электростанций.

Vertical Village в ОАЭ

СЭС могут обеспечивать часть потребностей в теплоснабжении и частично применяться для производства электроэнергии, используя преобразование через механическую работу. Конечно, это повышает стоимость полученного солнечного киловатт-часа, поэтому более рентабельно непосредственное преобразование энергии солнца в электрическую с помощью фотоэлементов.

Стадион Kaohsiung в Тайване

Фотоэлемент — это светочувствительная пластина, сделанная из полупроводникового материала ( кремний, селен, галлий). Световой поток, попадающий на поверхность преобразуется внутри материала в электричество, которое собирается и накапливается аккумуляторами. Затем энергия передаётся на инвертор, происходит преобразование постоянного тока в переменный, заданного уровня напряжение, который уже может передаваться конечному потребителю.

Мощность солнечной батареи может находиться в пределах от нескольких ватт — в портативной установке, до многоваттных станций, имеющих огромную площадь.

Almeisan Tower в Дубае

Учитывая зависимость получения солнечной энергии от факторов суточных и сезонных солнечных циклов, состояния атмосферы, применяют накопление, используя электрохимическое, механическое и водородное аккумулирование. Возможно сочетание с ветрогенераторами и традиционными системами.

Chicago Solar Tower в Чикаго

Как любая другая технология, солнечная энергетика имеет свои плюсы. Солнечные батареи и коллекторы работают на общедоступном и неисчерпаемом источнике — солнечной энергии. Они надёжны, безопасны, служат продолжительное время, эксплуатация и обслуживание отличаются простотой. Цена на коллекторы невысокая.

Естественно есть и минусы. К ним относится зависимость от погодных условий и продолжительности светового дня, со временем появляется снижение эффективности работы, первоначальные затраты на солнечные батареи пока относительно высоки.

Solar City Tower в Бразилии

Тем не менее, рост производства коллекторов и фотоэлементов во всём мире идёт значительными темпами. Общая площадь работающих систем превышает уже 21 млн. квадратных метров. Капиталовложения в сегмент солнечной энергетики в 2012 году достигли 142 миллиардов долларов.

Источник

5 зданий с солнечными панелями, которые навсегда изменят архитектуру

Цены на солнечную энергию снизились до рекордного уровня и это не предел. Возобновляемая энергетика стала влиять и на другие отрасли человеческой деятельность, в частности — на архитектуру. Все больше архитекторов и дизайнеров используют солнечные панели не просто для экономии затрат, но и для создания эстетической привлекательности. Вот пятерка самых впечатляющих проектов.

Читайте также:  Электроснабжение дома от солнечных батарей своими руками схема

Spaceship HQ от Apple

великолепная новая штаб-квартира Apple в Купертино обошлась компании в $ 5 млрд. При ее строительстве использовали самые крупные стеклянные блоки из когда-либо сделанных в мире и одну из самых больших солнечных батарей. Технологический гигант решил использовать с умом преимущества большой поверхности крыши и установить на ней тысячи панелей солнечных батарей с расчетной мощностью 16 мегаватт. В дополнение к этому Apple посадила 2500 новых деревьев, всего же число деревьев вокруг здания составило более 7000 тысяч. Для сотрудников предусмотрен трек для езды на велосипеде и бега трусцой. В общей сложности, кампус занимает 175 акров и на 80% покрыт зелеными насаждениями.

«Мы строим новый штаб, который будет, я думаю, самым зеленым зданием на планете», — сказал генеральный директор Apple Тим Кук сказал.

Внесетевые небоскреб Мельбурна

Новый 60-этажный жилой дом в Мельбурне станет самым большим автономным зданием в городе. Фасад здания покрыт солнечными батареями ,которые и будут обеспечивать потребность жильцов в электроэнергии. На крыше установлены дополнительные ветровые турбины и массивные системы хранения электроэнергии. Получивший название «Непобедимое солнце», жилой дом ориентирован в пространстве так, чтобы получать максимально возможное количество солнечных лучей.

«Многие дизайнеры и инженеры стремятся уменьшить влияние солнца на здание, мы же сделали наоборот», — рассказал архитектор Питер Брук.

«Солнечная завеса ‘HQ General Electric

Новая штаб-квартира компании GE с видом на Форт — Пойнт канал Бостона будет иметь самую настоящую солнечную завесу. По данным Boston Magazine, завеса будет «состоять из солнечных ламелей, которые будут проводить солнечные лучи до фотогальванических поверхностей». В дополнение к этому, вокруг перепрофилированных старых складов посадят деревья и разобьют сад на крыше здания. Компания также намерена стимулировать тех сотрудников, которые откажутся от личного транспорта в пользу общественного или будут ездить на работу на велосипедах.После завершения строительства в 2018 году, GE ожидает, что ее штаб-квартира будет сертифицирована как одно из самых зеленых зданий в США.

Tesla Gigafactory в штате Невада будет производить батареи для будущих электрических автомобилей. Здание уникально по многим причинам. Во-первых, оно самое большое в мире по физическим объемам — площадь завода составляет 126 акров. Во-вторых, оно полностью независимо от внешних источников энергии. Компания с самого начала решила отказаться от части коммуникаций для того, чтобы завод полагался только на возобновляемые источники энергии. План строительства предусматривает крышу, полностью покрытую солнечными панелями, и установку дополнительных батарей на ближайших горных склонах.
«Мы столкнулись со множеством проблем при реализации этого проекта, для каждой смогли придумать решение», — говорит Д.Б. Страубел, технический директор Tesla Motors.

Международная школа в Копенгагене

После завершения строительства это здание будет иметь самый большой в мире солнечный фасад. 12 000 цветных солнечных панелей будут обеспечивать половину потребности школы в электроэнергии. Кроме прочего, солнечные панели будут помогать студентам в практическом изучении приницпов и методов работы возобновляемых источников энергии.

Источник

Солнечные панели в современной архитектуре

Автор: Мария Про 12.12.2018

Попытки человечества обуздать беспредельную солнечную энергию увенчались успехом, благодаря этому появился альтернативный источник энергии – солнечные батареи. Солнечная энергия уже сейчас используется для питания всевозможных приборов, а также электромобилей.

Солнечные батареи преобразуют солнечную энергию непосредственно в электричество, этот процесс преобразования энергии в ток именуется фотоэлектрическим эффектом. Современные батареи состоят из цепи фотоэлементов – полупроводниковых устройств.

Солнечные батареи в архитектурных проектах зданий

Современные солнечные панели могут быть использованы практически в любой архитектуре, как строительный материал для фасада здания, способны дополнить замысел архитектора, а также как экстерьерная конструкция. Посмотреть ассортимент ноу-хау и солнечных батарей для вашего проекта можно здесь joule.net.ua/catalog/solnechnye-paneli .

Преимущества:

  • — бесплатная электроэнергия;
    — безопасны и бесшумны;
    — простота в обслуживании;
    — доступная стоимость;
    — высокая работоспособность;
    — экологичные.

Солнечные батареи давно уже превратились в дизайнерский аксессуар. Установив их на крыше, как композиционный коллаж, такое здание непременно будет выделяться из серых строений. Модули вписываются в общую картину сооружения и адаптируются к цвету, структуре практически любого фасада, будь то современное здание или архитектурная достопримечательность. Солнечные панели, внедренные в крышу, настолько неприметны, что на первый взгляд их не обнаружить. Серо-голубые, тонкопленочные панели полностью имитируют традиционную кровлю.

Будущее за альтернативными источниками энергии

За полчаса Земля способна получить от Солнца энергию, которую все человечество потребляет в течение года. Солнечные панели — это экологически чистый источник энергии, который не производит токсичных отходов и парниковых газов. Многие мечтают о домике возле моря, около роскошной рощи, однако не все готовы оторваться от городской цивилизации и окунуться в первозданный мир. Сейчас наступило другое время, когда подобные мечты могут стать реальностью, так как получить электроэнергию можно при использовании альтернативного источника.

Источник

Статья №8. Международный опыт использования в архитектуре альтернативных источников энергии. (2013)

Руководитель: проф. канд. арх. С. А. Дектерев

Аспирант: А.С. Канаткин

Энергетическая проблема — одна из главных фундаментальных проблем, стоящая перед человечеством в ХХI веке. Численность населения растет — города расширяются, при всем этом, природные ресурсы медленно исчезают, и возможно больше никогда не возобновятся.

Читайте также:  Аморфного кремния солнечные батареи для

Основными источниками энергии на сегодня служат: нефть, уголь и газ. При самых оптимистических прогнозах нефти хватит на 40 лет, газа на 60 лет и угля на 400 лет.

В начале 80-х гг., на «Международной энергетической конференции ООН» специалисты выяснили, что самый большой потенциал экономии энергии — у зданий. «Пассивные дома» — это те дома, которые максимально независимы от внешних традиционных источников энергии и дружественны окружающей среде. И вот, уже более 30 лет решается данная задача всеми возможными способами. Например: в 2010 году 5% всей добываемой энергии приходилось на альтернативную энергетику, тогда как, в 2012 году она увеличилась уже до 12-15% и эти показатели продолжают расти.

Говоря про мировую ситуацию, которая нависла над всем человечеством, давайте перейдем непосредственно к архитектуре и попытаемся понять и решить данную задачу при помощи профессии архитектора. Но, в начале, мы разберем, какие сегодня существуют виды альтернативной энергетики (схема- 1) :

  1. Ветровая;
  2. Солнечная;
  3. Геотермальная;
  4. Гидроэлектростанции (малые);
  5. Биотопливо;
  6. Биомасса.

В данной работе мы коснемся только ветровой и солнечной энергетики. Зарубежные архитекторы уже в полную силу строят здания с «чистыми» источниками энергии, которые в свою очередь становятся новым украшением в городах и поселках.

Каждый из нас, хоть раз в жизни видел ветряк – устройство, которое за счет силы ветра генерирует энергию. Они бывают нескольких типов: лопастные (с вертикальной осью вращения, с горизонтальной осью вращения), парусные, безлопастные (Схема -2). Достоинства данного вида – это экологичность, возобновляемость и эргономичная эффективность. Недостатки на сегодняшний день – это шум, стоимость и нестабильность.

При помощи инженерных инноваций, архитектура «ветряных мельниц» пошла дальше обыденного понимания. Таким образом, британские архитекторы David Arnold и Alex Ratzlaff предлагают строить специальные небоскребы (рис 1), целью которых будет генерация ветряной энергии, за счет своей формы. Как происходит работа? Ветровые турбины установлены горизонтально по всей высоте здания, на определенном расстоянии, и за счет разгона, ветер будет проходить вдоль всего небоскреба, приводя в движение лопасти ветрогенераторов. Ведь, как известно, на высоте ветер дует сильнее, чем у поверхности земли. Но, как увести такой мощный поток ветра, который разогнался и мчится вниз с бешеной скоростью? – это остается пока не решенной задачей. Как вариант, можно определенным способом развернуть разогнавшийся ветер. И с первого этажа пустить его к верхним этажам по внутренним вент-каналам. Что, в свою очередь, обеспечит здание свежим воздухом.

Если перейти от теории к практике, то одним из современных реализованных проектов, со встроенными ветротурбинами, будет проект – Strata tower (рис 2). Разработчиками небоскреба является компания – Brookfield Europe. Пять лопастей имеет каждая из трех турбин, в сумме которые способны сгенерировать около 8% энергии необходимой для здания. Данное количество лопастей 5 штук, дает наименьший шум от турбины. Аэродинамика конструкции здания запроектировано таким образом, чтобы максимально эффективно использовать силу ветра в течение всего года. По инженерным расчетам, при скорости ветра в 60 км/ч, проект может обеспечить выработку в 50МВт/ч электроэнергии в год. Здание представляет собой сочетание роскошных пентхаусов и недорогих квартир, со встроенным фитнес-клубом, магазином и парковкой. Общей этажностью 42 этажа при высоте 147 метров.

Проанализированные выше небоскребы могут с легкостью решить проблему нехватки энергии. Но, дальше мы рассмотрим, как еще можно применять ветрогенераторы в архитектуре.

И первый такой пример – придорожные ветряки (рис 3-4). Все мы замечали ситуацию — когда проезжающий мимо нас автомобиль после себя создает определенную турбулентность и в зависимости от скорости машины — мы остаемся, спокойно стоять, либо нас просто «сдувает». Такую идею подхватил дизайнер Pedro Gomes и предлагает использовать подобного рода турбулентность для выработки «зеленой» энергии. Для ее реализации нужно установить вдоль больших автострад специальные ветряные турбины, улавливающие этот поток ветра, который оставляют после себя машины. Этот замысел позволит освещать те самые автомагистрали и автобаны.

Обратим свое внимание на самые романтические места любого города – это парки и скверы. Можно ли при помощи зеленых территории добывать «зеленую» энергию? Оказывается не просто, можно, но и нужно, так решил индустриальный дизайнер Arttu-Matti Immonen. Он создал концепт уличных светильников, совмещенных с ветро-турбинами (рис 5-6). Которые в своем замысле днем работают как ветрогенераторы, а ночью, как светильники. Актуальнейший проект, дизайн, которого может быть представлен в разных вариантах, что обеспечит парки и скверы новой урбанизацией городского пространства.

Те страны, которые соседствуют с морями и океанами, могут взять во внимание проект профессора Yuji Ohya из японского Kyushu University, который задумал построить большой искусственный остров, созданный специально для выработки электроэнергии (рис 7).

Сети электропередач установлены во всех частях нашей необъятной страны. Но мало кто мог помыслить парадоксально — использовать электрические столбы, не только для передачи электроэнергии, но и как стойку для ветрогенераторов (рис 8). И таким образом французы оказались впереди планеты всей, а именно дизайнеры: Nicola Delon, Julien Choppin и Raphael Menard. Данный проект предполагает, что можно будет отказаться от существующих электростанций, так как, опоры будут сами вырабатывать электричество и транспортировать его по стране. Из выше сказанного, можно сделать вывод, что мы можем обеспечить «чистой» энергией даже самые далекие населенные пункты.

Читайте также:  Расчет мощности солнечных батарей для дома

Продолжая тему, представляем вашему вниманию, ветряного рекордсмена – Aerogenerator (рис 9). Британская инженерная компания Arup, планирует построить самый большой и мощный ветряк в мире. Его размеры от основания до вершины составят 275 метров, а предполагаемая мощность составит – 10МВт/ч. Что позволит обеспечить «зеленой» энергией около 5-10 тысяч частных жилых домов.

Переходя от темы энергии ветра к энергии солнца. Стоить отметить, что применение ветрогенераторов широка в использовании и актуальна во всех уголках земного шара.

Солнечная энергетика — направление нетрадиционной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде[5]. Каждую секунду Солнце вырабатывает такое количество энергии, которое человечество не выработало за всю свою историю существования.

Солнечные батареи бываю нескольких типов (схема-3): фотоэлектрический преобразователь, гелио электростанция и солнечный коллектор. Преимущества всех видов заключается в общедоступности, безопасности и неисчерпаемости. Недостатки на сегодняшний день это зависимость от погодных условий, аккумуляция и высокая стоимость.

Фотоэлектрические солнечные батареи, в 2008 году были установлены во всем мире, с суммарной мощностью 5750 МВт. Испания, Германия и США, на эти три страны приходилось около 80% всей мощности (рис 10). Стоит отдать честь советским изобретателям, ведь именно они создали первую в мире наземную солнечную электростанцию, и было это в 1964 в г. Каракумах. И только после этого Европа перехватила эстафету по добычи солнечной энергетики.

В архитектуре на сегодняшний день солнечные батареи применяются чаще, чем все остальные виды альтернативной энергетики. И это понятно, потому что они более лаконичны в использовании: они могут быть маленькими либо большими, гнущимися либо твердыми, прозрачными либо зеркальными и могут принимать практически любую форму.

Давайте спустимся в Поднебесную наших соседей, и посмотрим, как они применяют солнечную энергию. В Китае есть самое большое здание на Земле с установленными на нем солнечными батареями (рис 11). Многофункциональное офисное здание общей площадью 75 000 м 2 работает полностью от солнечной энергии. Алтарь Солнца и Луны – так называют жители провинции Шаньдун. В нем используются передовые технологии устройства крыши и утепления стен. 95% своих энергетических потребностей будет окупаться. На комплексе установлено 5000 м 2 солнечных панелей. За счет солнечных батарей здание имеет горячее водоснабжение и солнечную опреснительную систему.

Проект архитектурной студии Paolo Venturella & MenoMenoPiu Architects(США) — Solar Loop (рис 12), представляет собой масштабную солнечную батарею и многоцелевой павильон. Цель проекта: в течение всего светового дня захватить максимальное количество солнечных лучей, этому способствует форма самого здания. В проекте предусмотрены помещения для проведения концертов, спортивных мероприятий и лекций. Интеграция различных поверхностей друг на друга в этом и состоит Solar Loop. На солнце всегда находится одна из поверхностей, а вторая, зеркальная, в это время отражает окружение, умножая дневной свет, распределяя его под закрытой частью павильона.

Обратите свое внимание, когда сегодня пойдете в магазин, возможно, в хозяйственном отделе вы увидите солнечные батареи, имитирующие побеги плюща. Батареи, которые создала и выпустила в продажу компания SMIT (рис 13). Система Solar lvy – представляет собой небольшие гальванические пластины, собранные во множество листьев и генерирующие дневное освещение в энергию (рис 14). Конструкция имеет легкий вес и легко крепиться к любой стене. При помощи ветра пластины вертятся в разные стороны, что повышает общую производительность. Пару стен 3-х этажного дома с Solar lvy помогут обеспечить около 40% всей потребляемой электроэнергии здания.

Могут ли солнечные батареи быть прозрачными? Пять лет назад нам сказали бы: «это не возможно!» Но в быстро развивающемся мире, сегодня такую задачу уже решили. И тому подтверждение Нью-Йоркский центр архитектуры, науки и технологии (CASE), который разработал прозрачные солнечные панели (рис 15). Ими можно увешивать фасады домов, при том, что ни какого ущерба для дневного освещения внутри здания они не несут (рис 16). Конструкции панелей легкие и быстро монтируются.

Подводя итог, представляем вашему вниманию эко-проект многофункционального жилого комплекса «Жар-птица» (рис 17), разработанного нами, для условий Уральского региона. Проект, в плане имеет форму квадрата, занимает площадь 6,25 га. Этажность составляет от 5 до 25 этажей. Площадь квартир варьируется от 80 до 250 м 2 . В нем представлены такие инновации как: солнечные батареи, ветрогенераторы, био-фермы (для выращивания овощей и фруктов круглый год), геотермальная энергетика и концентраторы энергии для гармонизации окружающего пространства. В комплексе проект представляет собой модель города будущего, где он может обеспечивать себя всей необходимой энергией круглый год.

Вывод: если сбережём природу — сбережём самих себя и своих потомков от катастрофы истощения природных ресурсов. Давайте построим для них новый «плот» из «чистых» материалов при помощи «чистой» энергии, чтобы Жизнь на Земле продолжалась вечно.

Источник