-
انرژی خورشیدی
تاریخ انتشار : دوشنبه، ۰۵ مهر ۱۳۹۵
باتوجه به نياز روز افزون بشر به انرژی حرارتی و کاهش منابع انرژی فسيلی در جهان، نياز به استفاده از انرژهای نو مورد توجه جدی قرار گرفته است. در اين راستا انرژی خورشيدی در جهت تامين قسمتی از انرژی مورد نياز جوامع بشری در آينده در اولويت قرار دارد. استفاده از کلکتورهای خورشيدی بدون شيشه با صفحه جاذب مشبک بدليل راندمان بالا و هزينه یکم يکی از راه های تامين انرژی در زمينه گرمايش هوای مورد نياز فضاهای بزرگ مانند کارخانجات و کارگاه ها و همچنين در خشک کردن محصولات کشاورزی است. در اين پژوهش عملکرد حرارتی اين کلکتورها که در فضای باز نصب می شوند و در معرض مستقيم تابش خورشيد و وزش باد می باشند مورد بررسی قرار گرفته است. با فرض وزش باد در راستای عمود بر صفحه کارائی حرارتی صفحات جاذب با جنس های مختلف و ميزان تخلخل متفاوت در چند حالت سرعت و مکش جريان مورد بررسی قرار گرفته شده است با توجه به آناليزهای تحليلی صورت گرفته ابتدا عوامل موثر بر کارايی حرارتی اين کلکتورها مشخص گرديد و در ادامه تاثير هر عامل بر کارايی حرارتی اين کلکتورها مورد بررسی قرار گرفته است. همچنين انتقال حرارت از پشت صفحه که در اکثر تحقيقات گذشته مورد محاسبه واقع نمی گرديد، لحاظ شده است. نتايج نشان می دهد که رفتار کلی اين صفحات و کارايی حرارتی آنها تحت تاثير پارامترهای مشخص شده تا حدود قابل ملاحظه ای مشابه به حالت وزش باد بصورت جريان موازی با صفحه بوده و تنها در برخی موارد اختلافاتی مشاهده شده است.
وابستگی شدید جوامع صنعتی به منابع انرژی به خصوص سوختهای نفتی و به کارگیری و مصرف بیرویه آن، منابع عظیمی را که طی قرون متمادی در لایههای زیر زمینی با سرعت فوق العادهای مصرف میشوند و در آیندهای نه چندان دور چیزی از آنها باقی نخواهد ماند،نسل فعلی وظیفه دارد به آن دسته از منابع که دارای عمر و توان زیادی هستند رویآورده و دانش خود را برای بهرهبرداری از آنها گسترش دهد.
خورشید یکی از دو منبع مهم انرژی است که باید از آن استفاده کرد؛ زیرا به فنآوریهای پیشرفته و پرهزینه نیاز نداشته و میتواند به عنوان یک منبع مفید و تأمینکننده انرژی در اکثر نقاط جهان به کار گرفته شود. به علاوه استفاده از آن بر خلاف انرژی هستهای، خطر و اثرات نامطلوبی از خود باقی نمیگذارد و برای کشورهایی که فاقد منابع انرژی زیر زمینی هستند، مناسبترین راه برای دستیابی به نیرو و رشد، توسعه اقتصاد است.
ایران با وجود این که یکی از کشورهای نفتخیز جهان به شمار میرود و دارای منابع عظیم گاز طبیعی نیز است، خوشبختانه ایران به علت شدت تابش خورشید در اکثر مناطق کشور دارد، می تواند در زمینه اجرای طرحهای خورشیدی الزامی و امکان استفاده انرژی خورشید در شهرها و شصت هزار روستای پراکنده در سطح مملکت، صرفهجویی مهمی در مصرف نفت و گاز را به همراه داشته باشد.
فنآوری ساده،آلوده نشدن هوا و محیط زیست و از همه مهمتر ذخیره شدن سوختهای فسیلی برای آیندگان،یا تبدیل آنها به مواد و مصنوعات پرارزش با استفاده از تکنیک پتروشیمی،از عمده دلایلی هستند که بر لزوم استفاده از انرژی خورشید در کشور ما تأکید میکنند. تبدیل انرژی خورشید به هر شکلی مطلوب است؛ ولی امکانات اقتصادی طرحهای مختلف باید دقیقا سنجیده شوند. امروزه استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای گرم کردن منازل، از لحاظ فنآوری امکانپذیر است.
انرژی خورشیدی از منظر اقتصادی
از نظر اقتصادی افزایش روزافزون قیمت سوختهای فسیلی و سایر منابع انرژی موجب شده است محققان و دانشمندان جهت مطالعه و بهینهسازی سیستمهای خورشیدی تلاش هایی (در کاهش هزینه اولیه و لوازم مورد نیاز برای جمعآوری حرارت و پرتوهای خورشیدی ) انجام دهند و به پیشرفتهای مهمی نیز دست یابند. یکی از پروژه ها، یک ساختمان مسکونی می باشد که از 5طبقه و10 واحد تشكيل شده است ساختمان مورد نظر در شهر کرج و اهواز مفروض است. در این پروژه قرار است بار حرارتی ساختمان محاسبه شده و از انرژی خورشیدی برای تامین آب گرم مصرفی استفاده شوند . سطح کلکتور مورد نیاز و قیمت تمام شده کلکتورهای خورشیدی و نیز بازگشت هزینه آن مورد برسی قرار بگیرد. همچنین نحوه قرار گیری جهت ساختمان از نظر شمالی جنوبی و شرقی غربی بودن بررسی شود و بهترین جهت قرار گیری نمای ساختمان بدست آید.
تاریخچه انرژی خورشیدی
همانند استفاده از انرژی آب، به کارگیری انرژی خورشیدی نیز دارای پیشینه تاریخی طولانی است. بسیاری از اقوام پیش از تاریخ از این انرژی برای گرم کردن منازل، خشک کردن لباس ها و غذاهایشان بهره می برده اند. اهمیت انرژی خورشیدی تا آن جا بوده است که بسیاری از تمدن ها به دلیل احترام قائل بودن برای خورشید، رصدخانه های بدوی را به وجود آوردند تا محل خورشید در آسمان را تعیین کنند. برخی دیگر، انرژی خورشید را تا حدی با ارزش می دانستند که حتی استفاده از آن را در قوانین خود وضع نموده بودند. رومی های باستان برای گرم کردن منازل و حمام ها به شدت به انرژی خورشید وابسته بودند به طوری که ساختن ساختمان های بلند که مانع از تابش نور خورشید به همسایه ها می شد، ممنوع بوده است. رومیان باستان تنها کسانی نبوده اند که تا این حد به انرژی خورشید وابسته بوده اند. ساکنان باستانی پرتگاه آناسازی در جنوب غربی آمریکا نیز از دانش خود در زمینه حرکت خورشید در آسمان برای گرم و سرد کردن خانه های خود استفاده می کرده اند. آن ها خانه های خود را در صخره های رو به جنوب می ساختند. در زمستان، نور خورشید به خانه هایشان می تابید و صخره ها از آنان در مقابل بادهای سرد شمالی محافظت می کرد. در تابستان، پیشامدگی صخره ها روی ساختمان ها سایه ایجاد می نموده و در نتیجه آن ها را خنک می کرده است.
با گسترش استفاده از سوخت های فسیلی و انرژی هسته ای، بهره گیری از انرژی خورشیدی رو به کاهش نهاد. با این حال، هزینه و سازگاری انرژی خورشیدی باعث استفاده از آن در موقعیت هایی شده است که سوخت های فسیلی و انرژی هسته ای وجود ندارد و یا امکان تعمیرات مهیا نیست. برای مثال می توان به ماهواره ها اشاره کرد که برای راه اندازی کامپیوترها و تجهیزات مختلف خود به انرژی نیاز دارند. استفاده از سوخت های فسیلی برای راه اندازی یک ماهواره در طول مدت مأموریت خود در فضا، نیاز به مقادیر زیادی اکسیژن و سوخت دارد که ممکن است مانع از پرتاب موفقیت آمیز آن به مسیر مورد نظر شود. سوخت های هسته ای گزینه ای مناسب برای استفاده در فضا پیماها به نظر می رسند، ولی هنگام بازگشت ماهواره به زمین و احتمالاً انفجار آن، دردسرهای زیادی را به همراه خواهند داشت. مثال دیگری برای استفاده از انرژی خورشیدی که به مصارف خانگی نیز نزدیک تر است، باجه های تلفن بین المللی است که در مکان هایی دوراز دسترس قرار دارند. به جای صرف هزینه های بسیار بالا برای راه اندازی تلفن و خطوط برق این باجه های تلفن، می توان از یک پانل خورشیدی مجهز به یک باطری و یک تلفن و یا تلفن ماهواره ای، استفاده کرد.
اساس انرژی خورشیدی
انرژی خورشیدی موجود در هسته خورشید، در واقع انرژی هسته ای است. در 25٪لایه های درونی خورشید، هیدروژن با سرعتی در حدود کیلوگرم در هر ثانیه، به هلیوم تبدیل می شود. این مقدار معادل جرمی است که با 10 میلیون واگن راه آهن حمل می شود. پس در خصوص اتمام این انرژی جای نگرانی نیست، زیرا خورشید به اندازه کافی هیدروژن دارد که این روند را تا 5 بیلیون سال دیگر ادامه دهد. این تولید انرژی به وسیله تراکم گرانشی دو برابر شده و هسته ی خورشید را در دمایی حدود 16 میلیون درجه کلوین (29 میلیون درجه ی فارنهایت) حفظ می کند. ابتدا حرارت از هسته متشعشع می شود و سپس از طریق هدایت به سطح خورشید می رسد که در دمای 5800 درجه کلوین باقی می ماند. اولین راه انتقال انرژی از سطح خورشید، تابش الکترومغناطیس است. این گونه انتقال گرما، تا حد زیادی به دمای سطح ماده و نوع انرژی وابسته است.
طبق قانون استفان – بولتزمن مقدار انرژی تشعشع شده در واحد سطح با دمای ماده به توان 4 وابسته است. این بدان معناست که میزان انرژی تشعشع شده از خورشید و بنابراین میزان انرژی خورشیدی دریافتی ما بر روی زمین، به دمای سطح وابسته است. یک تغییر یک درصدی در دمای خورشید، می تواند تغییری در حدود 4% در میزان انرژی دریافت شده در واحد سطح ایجاد کند. شاید این مقدار زیاد به نظر نرسد، اما بیش تر از میزان مورد نیاز برای بازگرداندن ما به عصر یخبندان و یا گرم شدن جهنمی زمین است. نوع تشعشعات صادر شده از خورشید نیز به دما بستگی دارد. خورشید تابش الکترومغناطیس خود را در طول موج های مختلفی ساطع می کند. بسیاری از این تشعشعات به علت دمای سطح خورشید در محدوده طیف مرئی قرار دارند. طبق قانون وین طول موج هایی که درآن ها بیش ترین انرژی تشعشع می شود، به دمای جسم وابسته است. بنابراین هر چه جسم گرم تر شود، پیک تشعشعات به سمت طول موج های کوتاه تر می آید و بالعکس. جسمی که دمای سطحی 4000 درجه کلوین دارد، بیش ترین انرژی را با طول موج 750 نانومتر از خود ساطع می کند که نزدیک به اشعه مادون قرمز است. جسم با دمای سطحی 6000 درجه کلوین و طول موج 500 نانومتر، که در محدوده سبز طیف رنگی است، بیش ترین انرژی خود را تشعشع می کند.
درصدی از انرژی خورشید را که در شرایط غیر ابری از جوّ عبور می کند در مقابل طول موج های نور نشان می دهد. خارج از محدوده مرئی و رادیویی طیف، تنها قسمت کوچکی از محدوده مادون قرمز وجود دارد که انرژی توسط آن ساطع می شود.
از جمله عواملی که میزان انرژی دریافتی توسط یک سیستم خورشیدی را تحت تأثیر قرار می دهد، تعداد ساعات تابش آفتاب در یک منطقه است. میزان زمان تابش خورشید در طول روز، هم به مکان جغرافیایی و هم به فصل سال بستگی دارد. این به دلیل چرخش وضعی زمین و همچنین گردش آن به دور خورشید است.
. برخی از مهم ترین مزایای استفاده از انرژی تابشی خورشید
- بهره گیری هوشمندانه از یک منبع کاملاً رایگان و بی پایان انرژی بدون نیاز به فناوری پیچیده عدم انتشار گازهای گلخانه ای از قبیل دی اکسید کربن در فضا و رعایت کامل ملاحظات زیست محیطی
- کاهش مصرف سوخت های فسیلی و در نتیجه کاهش هزینه های جاری انرژی تا حد قابل توجه
- قابلیت طراحی و بهره برداری جهت تأمین بیش از 80% آب گرم مصرفی و 50% گرمایش مورد نیاز با صرف هزینه ای معقول
- نصب آسان تجهیزات جمع کننده ی انرژی تابشی خورشید (کلکتورها) و سایر تجهیزات الحاقی درکوتاه ترین زمان ممکن.
- قابلیت بهره برداری بسیار خوب در کشور ما که بیش از دو سوم مساحت آن را مناطقی با بیش از 300 روز تابش آفتاب در سال تشکیل می دهند (میانگین تابش روزانه خورشید در ایران بین 5/4 تا 5/5 کیلو وات ساعت بر متر مربع است که رقمی بسیار قابل توجه به شمار می رود)
- دارا بودن کم ترین نیاز به تعمیر و نگهداری سیستم به واسطه بهره گیری از کم ترین تجهیزات مکانیکی.
- قابلیت تأمین سیال گرم در محدوده دمایی 40 تا 50 درجه سانتی گراد که جهت استفاده در سیستم های گرمایش از کف تابشی بسیار مطلوب است.
- قابلیت تلفیق با عناصر معماری ساختمان به منظور بهره گیری از حداکثر تابش خورشید با کم ترین اتلاف انرژی و دارا بودن حداکثر شرایط ایمنی و حذف برخی خطرات از قبیل ترکیدگی گاز در سیستم های متداول امروزی و قابلیت بهره برداری در شرایط آب و هوایی بسیار متنوع و حتی در اقلیم های بسیار سرد با حداقل تابش خورشید بازگشت پذیری سرمایه در کوتاه ترین زمان ممکن و قابلیت بهره گیری از یارانه های دولتی در راستای ترویج استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر و تطابق پذیری آسان با شرایط فرهنگی و اجتماعی مختلف.
نیروگاه های حرارتی خورشید از نوع سهموی خطی
در این نیروگاه ها، از منعکس کنندههایی که به صورت سهموی خطی میباشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آن ها استفاده میشود و گیرنده به صورت لولهای در خط کانونی منعکس کنندهها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ میگردد. روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخارو به مدارهای مرسوم در نیروگاه های حرارتی انتقال داده تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد. برای بهرهگیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد، پوشش میدهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشهای به صورت لفاف پوشیده میشود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود میآوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
در این نیروگاه ها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینههای شلجمی دائماً خورشید را دنبال میکنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز مینمایند.
تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران میشوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا، اسپانیا، مصر، مکزیک، هند و مراکش از نیروگاههای سهموی خطی استفاده شده است که این نیروگاه ها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهرهبرداری قرار دارند.
نیروگاه های حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
در این نیروگاهها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعهای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته است متمرکز میگردد، در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست میآید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب میشود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاههای سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید میگردد.
این سیال عامل در مبدل های حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا میگردد. در برخی از سیستمها سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل میشود. برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاً ساعات ابری یا شب ها از سیستمهای ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته میشود مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستم های این نیروگاهها ادامه دارد و آزمایشگاه ها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت میکنند. مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکزی توسط سازمان انرژی های نو ایران و با کمک شرکت های مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد. کلیه مطالعات اولیه و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده و یک نمونه هلیوستات نیز ساخته شدهاست.
نیروگاههای حرارتی از نوع بشقابی
در این نیروگاه ها از منعکس کنندههایی که به صورت شلجمی بشقابی میباشد جهت تمرکز نقطهای پرتوهای خورشیدی استفاده میگردد و گیرندههایی که در کانون شلجمی قرار میگیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل مینماید.
دودکشهای خورشیدی
روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید، استفاده از برج نیرو یا دودکشهای خورشیدی میباشد در این سیستم از خاصیت دودکشها استفاده میشود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرم خانههای خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرم خانه تولید میشود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانهها قرار دارد، هدایت میشود. این هوای گرم به علت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و باعث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده است، میگردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید میشود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر میرسد.
مزایای نیروگاه های خورشیدی
نیروگاههای خورشیدی انرژی خورشید را به برق تبدیل میکنند، امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاههای فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست میباشند، مشکل برق در دوران پایان ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاههای خورشیدی آیندهای پر ثمر و زمینهای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایستهاست که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاهها بپردازیم
تولید برق بدون مصرف سوخت
نیروگاههای خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاههای فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر میباشد. در نیروگاههای خورشیدی این نوسان وجود نداشته و میتوان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت
عدم احتیاج به آب زیاد
نیروگاههای خورشیدی بخصوص دودکش های خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار کاربردی می باشند. (نیروگاههای حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند
عدم آلودگی محیط زیست
نیروگاههای خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمیکنند در صورتی که نیروگاههای فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت، گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاههای اتمی با تولید زبالههای هستهای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود میآورند
امکان تأمین شبکههای کوچک و ناحیهای
نیروگاههای خورشیدی میتوانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین نیروی شبکههای کوچک ناحیهای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکههای انتقال نمیباشد.
استهلاک کم و عمر زیاد
نیروگاههای خورشیدی به دلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی میباشند در حالی که عمر نیروگاههای فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده است.
عدم احتیاج به متخصص
نیروگاههای خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و میتوان آن ها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاههای اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاه ها احتیاج به مراقبت های دائمی و ویژه دارند.
کاربردهای غیر نیروگاهی
کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی میباشد که اهم آنها عبارتاند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی؛ سرمایش و گرمایش خورشیدی؛ آب شیرین کن خورشیدی؛ خشک کن خورشیدی؛ اجاق خورشیدی؛ کورههای خورشیدی و خانههای خورشیدی.
آبگرمکنهای خورشیدی و حمام خورشیدی
تولید آب گرم مصرفی ساختمان ها اقتصادیترین روش های استفاده از انرژی خورشیدی است میتوان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکان هایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد، استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستم ها افزایش یابد میتوان از آن ها در حمام های خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استانهای خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده است.
گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
اولین خانه خورشیدی
اولین خانه خورشیدی در سال ۱۹۳۹ساخته شد که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است. گرمایش و سرمایش ساختمان ها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازهای بود که در سال های ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفت های قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستمهای خورشیدی میتوان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستمها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
آب شیرین کن خورشیدی
هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی میماند. سپس با استفاده از روشهای مختلف میتوان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش میتوان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد. آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته میشوند. در نوع صنعتی با حجم بالا میتوان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.
خشک کن خورشیدی
خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آن ها از زمان های بسیار قدیم مرسوم بوده و انسانهای نخستین خشک کردن را یک هنر میدانستند .خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتری ها میباشد. در خشک کنهای خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده میشود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول میگردد. خشک کنهای خورشیدی در اندازهها و طرح های مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته میشوند.
اجاق های خورشیدی
دستگاه های خوراک پز خورشیدی
دستگاه های خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاه رنگی بود که قطعات شیشهای درپوش آن را تشکیل میداد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب میشد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش میداد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه میباشد. امروزه طرح های متنوعی از این سیستمها وجود دارد که این طرح ها در مکان های مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیدهاند. استفاده از این اجاق ها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه میباشند، بسیار مفید خواهد بود.
کوره خورشیدی
بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین میکرد
در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد. بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین میکرد. متداول ترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی میباشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده میشود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز میشوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع میشود که این نقطه به دمای بالایی میرسد. امروزه پروژههای متعددی در زمینه کورههای خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء میباشد .
خانههای خورشیدی
ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانههای خود در زمستان استفاده میکردند. آنان ساختمان ها را به ترتیبی بنا میکردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاق های نشیمن میتابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگهای دیگر دنیا نیز میتوان نمونههایی از این قبیل طرح ها را مشاهده نمود. در سال های بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرح های فراوانی در زمینه خانههای خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. امروزه معماران بطور جدی ساخت خانههای خورشیدی را آغاز کردهاند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافتهاند مثلاً در ایالات متحده آمریکا در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شدهاست. در این گونه خانهها سعی میشود از انرژی خورشید برای روشنایی، تهیه آب گرم بهداشتی، سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با به کار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.
اولین خانه خورشیدی در ایران
در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیدهاست.
طراحی و ساخت خانه های خورشیدی
اهمیت ساخت خانه های خورشیدی در کاهش مصرف سوخت های فسیلی به عنوان ذخیره ی سوخت برای نسل آینده و کاهش آلودگی محیط زمین است. در این جا به منظور صرفه جویی در مصرف سوخت و یا مصرف بهینه ی انرژی در ساختمان و حفظ محیط زیست با پیشنهاد ساخت خانه های خورشیدی، روش هایی اصولی و قابل اجرا ارائه شده است که حتی در مورد خانه های معمولی نیز قابل اجراء هستند. با به کارگیری این روش ها، مصرف انرژی در بخش ساختمان در شهرهای آفتابی ایران که صرف سرمایش یا گرمایش و یا تهیه ی آب گرم می شود، تا 60% قابل کاهش است.
تمام خانه هایی که ساخته می شوند، در محیط در برابر خورشید قرار می گیرند. از آن جایی که حدود 40% از مصارف انرژی در بخش ساختمان مسکونی و تجاری است باید سعی شود با به کارگیری روش ها و اصول صحیح علمی خانه ای بسازیم که حداقل مصرف انرژی را داشته باشد. به عبارت دیگر، آن چنان زمینه ای را فراهم سازیم که از انرژی رایگان خورشیدی استفاده نماییم. این امر باعث می شود ضمن صرفه جویی در مصرف سوخت های فسیلی، آلودگی محیط زیست نیز کاهش یابد. یک خانه باید به گونه ای طراحی و ساخته شود که به صورت طبیعی در تابستان خنک، و در زمستان گرم باشد. در گذشته معماران به این موضوع واقف بودند و مشکل گرمایش و سرمایش را بدون استفاده از سوخت های فسیلی، با ساختن بادگیر یا زیرزمین و یا به کارگرفتن مصالح ساختمانی مناسب و در نظر گرفتن موقعیت مناسب برای خانه، مرتفع می نمودند. امروزه نیز پیشرفت علم تمامی آن راه ها را تأیید نموده است و در واقع می توان کارهای انجام شده از این دست در گذشته را اقدامات مهندسی نامید.
متأسفانه امروزه به دلیل سلیقه ای شدن ساخت خانه ها، بسیاری از اصول علمی و فنی در آن ها رعایت نمی شود. این امر سبب شده است که مصرف انرژی به میزان قابل توجهی افزایش یابد، محیطی ناسالم از نظر زیست محیطی فراهم گردد و در نهایت، آرامش و آسایشی که باید از نظر استاندارد تهویه ی مطبوع حاکم باشد، فراهم نگردد. با توجه به محدود بودن منابع انرژی فسیلی و عواقب زیست محیطی استفاده از آن، ایده استفاده از انرژی های تجدیدپذیر نظیر انرژی باد، خورشید و زمین از حدود 50 سال پیش در اذهان شکل گرفته و امروزه پیشرفت های بسیاری در آن حاصل شده است. خانه های خورشیدی بسیاری ساخته شده اند که یا اصلاً از سوخت های فسیلی استفاده نمی کنند یا آن که درصد مصرف انرژی فسیلی در این خانه ها بسیار پایین است. ساخت چنین خانه هایی هزینه ی اضافه تری نسبت به خانه های معمولی ندارد و به گونه ای طراحی می شوند که از نظر زیبایی نیز قابل قبول باشند.
از کل انرژی مصرف شده در یک ساختمان معمولی، حدود 43% آن صرف گرمایش و سرمایش می گردد، 4% صرف روشنایی، 22% صرف تأمین آب گرم وسرمایش فضا 2%و 15% بقیه صرف پخت و پز و غیره می شود. با توجه به موقعیت کشور ایران که قابلیت های زیادی از نظر دریافت انرژی خورشیدی دارد.
می توان با به کارگیری روش ها و اصول های صحیح علمی، مصرف انرژی را تا حد قابل توجهی کاهش داد. در حال حاضر، به علت پایین بودن قیمت سوخت های فسیلی در ایران، اجرای بعضی از طرح ها صرفه اقتصادی ندارد و رغبتی به آن نشان داده نمی شود، اما با توجه به اهمیت موضوع کاهش مصرف سوخت های فسیلی به عنوان ذخیره سوخت برای نسل آینده، کاهش آلودگی محیط زیست، و یارانه ای که دولت در بعضی موارد پرداخت می کند، اجرای بعضی از طرح ها از جمله نصب آب گرم کن های خورشیدی اقتصادی خواهد بود و بازگشت سرمایه صرف شده برای آن حدود 5/2 سال بیش تر طول نمی کشد. گفتنی است که اجرای بعضی از طرح ها جهت گرمایش یا سرمایش منازل هزینه ی اضافی آن چنانی به همراه ندارد و با صرفه جویی که به عمل می آید و محیط پاکی که در منزل باقی می ماند، مقرون به صرفه است.
در طراحی و ساخت یک خانه ی خورشیدی، رعایت موارد زیر ضروری است:
- انتخاب یک موقعیت مناسب با توجه به وضعیت خورشید در آسمان.
- انتخاب پنجره ها، سطح و موقعیت آن ها.
- انتخاب مصالح صحیح یا عایق سازی به منظور ذخیره ی انرژی.
- نصب دیوارهای ترومبی جهت ایجاد گرمایش یا سرمایش در داخل منازل.
- استفاده از تابش خورشید به منظور تأمین آب گرم.
- استفاده از تابش خورشید به منظور تولید الکتریسیته جهت روشنایی و سایر کاربردها
- استفاده از درختان یا فضای سبز مناسب در اطراف ساختمان ها با رعایت فاصله از دیواره ساختمان جهت صرفه جویی در مصرف انرژی
- استفاده از بادگیر جهت ایجاد سرمایش تبخیری در صورت تمایل.) یک خانه خورشیدی خانه ای است که برای گرمایش در زمستان و سرمایش در تابستان، به حداقل انرژی نیاز داشته باشد.)به عبارت دیگر، یک خانه خورشیدی بدون استفاده از انرژی های فسیلی به صورت طبیعی در زمستان گرم و در تابستان خنک است و تامین آب گرم و انرژی الکتریکی مورد نیاز آن از نور خورشید امکان پذیر است
نسل جديدآبگرمکن هاي خورشيدي
کلکتور هاي اين آبگرمکن از نوع کلکتورهاي لولۀ خلاء شيشه اي با قابليت توليد آبگرم با دماي بين 50 تا 70 درجۀ سانتيگراد در زمستان و 90 درجه در تابستان مي باشد، هر کلکتور دو متر مربعي شامل 22 لولۀ خلاء به ابعاد 1800* 58 mm است و براي تامين آبگرم به ميزان 200 ليتر در روز مناسب است. مخزن آبگرم نصب شده در پشت بام نيز به حجم 205 ليتر از جنس استيل با عايق پلي اورتان است و قابليت حفظ دما تا 72 ساعت را دارد.
مشخصات فني آبگرمکن خورشيدي تحت خلاء
مخزن دو جداره 200 ليتري: که جدار داخلي از جنس استيل که مقاومت بالايي در مقابل خوردگي و پوسيدگي دارد استفاده شده تا مخزن از عمر مفيد بالايي برخوردار گردد و جدار خارجي از جنس ورق گالوانيزه مي باشد که در مقابل عوامل جوي، خوردگي و زنگ زدگي مقاومت بالايي دارد و براي جلوگيري از اتلاف حرارت بين جداره داخلي و خارجي فضايي به عرض 5 سانتي متر با عايق پلي اورتان پر شده است اين عايق از پيشرفته ترين عايق هاي حرارتي مي باشد که مي تواند تا 72 ساعت دماي آب داخل مخزن را با حداقل افت دما نگهداري کند
کلکتورتحت خلاء
اين کلکتوراز 22 لوله دو جداره شيشه اي موازي تشکيل شده است که در داخل آن يک تيوپ شيشه اي با پوشش از ماده جاذب (آلياژ سيليکون ) پوشيده شده است از مزاياي اين کلکتور ايجاد دماي بالاتر، کاهش اتلاف حرارت، جلوگيري از يخ زدگي، قابليت جذب نور ازتمام جهات حتي در ساعات اوليه صبح مي باشد.
پايه آبگرمکن
پايه آبگرمکن که مخزن و لوله ها بر روي آن نصب مي شود از جنس فولاد گالوانيزه روکش دار مي باشد با طراحي زيبا و استحکام لازم و براي نگهداري آبگرمکن طراحي شده است
پنل ديجيتال:( کنترلر )
با اين وسيله مشتري مي تواند سيستم را از داخل ساختمان برنامه ريزي نمايد و دستورات لازم را به سيستم بدهد و کليه اين برنامه ها و تغييرات را بر روي صفحه پنل ديجيتال مشاهده کند.
سيستم گرمکن پشتيبان
از يک هيتر 2 کيلو وات تشکيل شده که در مخزن نصب مي شود و در صورت لزوم مي توان از آن استفاده کرد .
شير برقي جهت آبگيري مخزن
لولۀ ونت (جهت امنيت و تبخير آب در هنگام جوش )
لوله ونت داراي عيب ياب هوشمند است
قابليت هاي آبگرمکن هاي خورشيدي تحت خلاء :
- تامين آبگرم مصرفي بطور کامل از انرژي رايگان خورشيد
- کارکرد آرام و کاملا بي صدا
- سهولت در حمل و نقل و نصب و راه اندازي
- راندمان حرارتي بالا با صرفه جوئي در مصرف سوخت
- قابل نصب بر پشت بام خانه و عدم اشغال فضاي آشپزخانه
- قابليت نصب المنت برقي جهت تامين آبگرم در صورت هواي ابري بيش از 3 روز
- بدنۀ سبک و مقاوم در برابر خوردگي
- قابليت تنظيم به صورت دستي و خودکار جهت آبگيري مخزن
- مقاومت کلکتور ها در برابر تگرگ
- قابليت افزايش دماي آب تا 90 درجۀ سانتي گراد
- نمايش و کنترل حجم آب مخزن بر روي صفحۀ ديجيتال
- داراي عيب ياب هوشمند و ساعت ديجيتال
- قابليت تامين آب پيشگرم موتور خانه و در نهايت صرفه جوئي بين 50 الي 60 درصد در مصرف سوخت موتورخانه در طول فصول سرد سال
مقايسه آبگرمکن هاي تحت خلاء با محصولات نسل گذشته
معايب آبگرمکن هاي نسل پيشين (مدل هاي فلت پليت « نسل گذشته» )
- قيمت بالا
- بادگير بودن
- جذب انرژي پائين
- نياز به ضديخ و منبع انبساط براي جلوگيري از يخ زدگي بکارگيري مس در ساختار آن با توجه به گران بودن اين فلز تعويض کل صفحه ي شيشه اي جذب انرژي در صورت شکستگي
اين آبگرمکن ها عمدتا در اماکنی همچون، منازل شهري وروستائي وهتل ها، بيمارستان ها، ادارات دولتي و ورزشگاه ها ، پارک ها وکمپ هاي تابستاني کارخانجات و مراکز صنعتي، کشاورزي و دامپروري مرغداري ها، گلخانه ها، قاليشوئي ها، رستوران ها و بسياري ديگر از مراکز تجاري استفاده جهت گرم نمودن آب استخر هاي منازل و استخر هاي عمومي در تمامي فصول سال مورد استفاده قرار مي گيرد.
مزاياي استفاده از آبگرمکن هاي خورشيدي عبارتند از: ::
عدم وجود ادوات متحرک در سيستم يعني اينکه کاملا بدون صدا مي باشد، بسيار قابل اطمينان بوده زيرا طول عمر سيستم بين ده الي پانزده سال است. کاملا امن و بي خطربوده و هميشه در دسترس می باشد. پاک و بدون آلايندگي محيط زيست است و در نهايت صرفه جوئي بسيار قابل ملاحظه در هزينه ها را به ارمغان خواهد داشت.
کمپانی برتر تولید کننده پنل های خورشیدی در جهان
هر چند هزينه استفاده از انرژي خورشيدي بسيار بالاست، ولي امروزه در سياست گذاري ها فقط هزينه سيستم هاي خورشيدي در نظر گرفته نمي شود، بلكه فوايد حاصل از بكارگيري آن ها، مانند كاهش آلودگي محيط زيست مدنظر قرار دارد.
به گزارش گروه بین الملل زیست نیوز، هر چند هزينه استفاده از انرژي خورشيدي بسيار بالاست، ولي امروزه در سياست گذاري ها فقط هزينه سيستم هاي خورشيدي در نظر گرفته نمي شود، بلكه فوايد حاصل از بكارگيري آنها، مانند كاهش آلودگي محيط زيست مدنظر قرار دارد. براساس بررسیها و مطالعات، انرژی خورشیدی وسیعترین منبع انرژی در جهان است. كارشناسان بخش انرژی میگویند انرژی نوری كه توسط خورشید در هر ساعت به زمین میتابد، بیش از كل انرژی است كه ساكنان زمین در طول یك سال مصرف میكنند. از این رو به منظور بهرهگیری از این منبع باید راهی جست تا انرژی پراكنده آن با بازده بالا و هزینه كم به انرژی قابل مصرف الكتریكی تبدیل شود.
انواع پنل های خورشیدی
در حال حاضر انواع مختلفی از پنل های خورشیدی که انرژی دریافتی را به انرژی الکتریسیته تبدیل می کنند، در بازار موجود است. معمولا کارخانه های تولید کننده پنل های خورشیدی بنابر نیاز بازار، توانایی تولید انواع مختلف را دارا هستند.
پنل های خورشیدی تک بلوری
دسته اول پنل های خورشیدی شامل پنل های مونوکریستال یا تک بلوری است. این نوع از پنل ها (به ضخامت تقريبي 1.2 تا 1.3 ميلي متر) از يك قطعه تك بلوري بزرگ در دماي حدود 1400 درجه سانتيگراد تشكيل شده است. سيليسيم به کار رفته در ساخت این نوع پنل بايد تا حد ممکن خالص بوده و ساختار بلوري كامل داشته باشد، از این رو انواع مونوکریستال قیمت بالاتر و البته توانائی جذب بسیار بالاتری نسبت به سایر انواع دارند.
پنل های خورشیدی چند بلوری
نوع دوم پنل های خورشیدی اصطلاحا پلی کریستال یا چندبلوری نام دارد. در این نوع از پنل ها لايه هاي چندبلوري به وسيله فرآيند ريختهگري تهيه مي شوند، سيليسيم مذاب را در يك قالب مي ريزند و اجازه مي دهند متبلور شود. لايه هاي چند بلوري كه به وسيله ريختهگري درست شدهاند عمدتاً ارزانتر هستند و البته بازده پايينتری دارند و این به دلیل به نقص در ساختار بلور حاصل از فرآيند ريختهگري است.
پنل های خورشیدی سیلیسیم
نوع سوم پنل های خورشیدی «فیلم باریک» و یا سيليسيم بي شكل نام دارد، اگر يك لايه سيليسيم روي شيشه يا يك ماده ديگر قرار گيرد در واقع پنل خورشیدی از نوع « فیلم باریک» تشکیل شده است. ضخامت اين لايه كمتر از يك ميكرومتر است، بنابراين توليد اين سلول ها و هزينه آن کمتر است. به هر حال، بازده «فیلم باریک» به مراتب کمتر از انواع ديگر است و به اين علت است كه اساساً آن ها در وسایل با توان كم مانند ماشينحساب مورد استفاده قرار می گیرند. در ادامه برترین کمپانی های تولید کننده پنل های خورشیدی بر اساس آخرین رده بندی ارائه شده (مربوط به ماه های پایانی سال2011) معرفی خواهند شد.
سیستم های خود به خودی گرمایش، سرمایش و تهویه
این سیستم را به فارسی غیر فعال، غیر مکانیکی و خود به خودی نیز ترجمه کرده اند؛ در این جا ما معادل خود به خودی را برگزیده ایم. واژه ی خود به خودی در واقع تفاوت های اساسی بین دو حالت مجزا در گرمایش و سرمایش خورشیدی را مطرح می کند. سیستم های خورشیدی را که با استفاده از فن ها یا پمپ ها کار، و نیز مکانیکی عمل می کنند، سیستم خورشیدی فعال یا مکانیکی می نامند. واژه ی خود به خودی در واقع بیان کننده فناوری ساده ای است که از روش استفاده از عوامل و شرایط آب و هوایی منطقه و لحاظ کردن آن در طراحی معماری ساختمان و استفاده از انرژی خورشیدی به جای استفاده از دستگاه های مکانیکی برای سرمایش و گرمایش ساختمان بهره می برد.
سیستم خودی به خودی
برای درک هر چه بهتر سیستم خود به خودی باید سه عامل اولیه و مهم آن را شناخت. سیستم های خود به خودی که از انرژی موجود در محل استفاده می کنند. در این سیستم ها با استفاده از چشمه ها و چاه های انرژی طبیعی موجود در محل، گرمایش و سرمایش ساختمان تامین می شود. هر چیزی در محیط طبیعی که باعث اضافه کردن گرما به ساختمان شود، چشمه انرژی و هر عاملی که باعث جذب آن شود، چاه می نامند. تابش خورشید یکی از چشمه های گرما در محل، و آسمان یکی از چاه های گرما است. استفاده از این چشمه ها و چاه های گرمای محلی این امکان را می دهد که بدون استفاده یا با حداقل استفاده از سوخت های فسیلی مرسوم وموجود غیر محلی و با سیستم خود به خودی، عمل گرمایش و سرمایش در ساختمان را انجام دهیم. بنابراین سیستم خود به خودی با عوامل بیش از انرژی خورشیدی ارتباط دارد، و آن انتقال حرارت از چشمه ها به چاه های طبیعی است. البته تغییرات چگالی انرژی طبیعی مرتبط با چاه ها و چشمه های محیط چندان بزرگ نیست، ولی این مقدار می تواند از محلی به محل دیگر تغییرات چشمگیری داشته باشد. بنابراین بحث آن با بحث چشمه ها و چاه هایی که توسط منابع انرژی های متداول تامین می گردد، متفاوت است. سیستم های خود به خودی با استفاده از جریان طبیعی انرژی در سیستم خود به خودی انتقال حرارت از راه تابش، هدایت و جابه جایی و با کم ترین استفاده و یا حتی بدون استفاده از پمپ ها و فن ها صورت می گیرد که این خود باعث آرامش و آسایش بیش تر نسبت به سیستم های متداول می گردد؛ گرچه سیستم خود به خودی معمولاً تغییرات دمایی بیش تری در داخل ساختمان دارد.
سیستم خود به خودی که از ساختمان استفاده حرارتی می کند. در سیستم خود به خودی اجزایی که باعث جمع آوری، ذخیره سازی، انتقال، و دفع گرما می گردند، با اجزای معماری نظیر دیوارها و سقف های مجتمع، یکپارچه گشته اند. مثلاً یک دیوار می تواند یک واحد گردآور و انباره ی گرما باشد. بنابراین یک عنصر معماری علاوه بر فضاسازی وشکل دادن به ساختمان، می تواند به عنوان عاملی در گرمایش و سرمایش ساختمان عمل نماید و این بر خلاف روش های مرسوم و نیز سیستم های فعال خورشیدی در گرمایش و سرمایش ساختمان است که در آن، هر عنصر تشکیل دهنده ی ساختمان کارکردی واحد و مشخص دارد. ترکیب کارکردها به شرح فوق بسیار اقتصادی است ولی برای پیش گویی نتیجه ی حاصل از این عملیات، نیاز به محاسبات پیچیده داریم. با توجه به پیشرفت های حاصله در شبیه سازی مدل های رایانه ای در سال های اخیر، ابزار موثری در تحلیل سیستم های خود به خودی به دست آمده است که امکان پیشرفت و نیز پیش بینی نتایج حاصل از این روش را فراهم می سازد..
به طور خلاصه می توان گفت، سیستم خود به خودی از انرژی محلی استفاده می کند، از جریان انرژی طبیعی بهره می گیرد و ازاجزای سنتی تشکیل دهنده ی معماری در ساختمان برای گرمایش و سرمایش استفاده می کند. سیستم خود به خودی ضمن کاهش مصرف سوخت های فسیلی و اتمی و همسو با جدیدترین استانداردهای آسایش، اقتصادی ترین عملکرد را دارد. بنابراین در طراحی سیستم های خورشیدی خود به خودی، بر خلاف گرمایش و سرمایش مکانیکی، شخص طراح با تغییراتی در انرژی طبیعی منطقه، نوسانات بزرگ دما و معادلات پیچیده ی ریاضی سروکار دارد