A napelemes építészet olyan építészeti megközelítés, amellyel különféle épületek építhetők tiszta és megújuló napenergia felhasználásával . Közvetlenül ehhez a megközelítéshez kapcsolódnak: optika , termodinamika , elektronika , fotovoltaika , anyagtudomány , energiatakarékosság .
Az ilyen építészetet mind a passzív, mind az aktív napelemes épületek tervezésének sajátosságai jellemzik.
Legfontosabb jellemzői az épületek nap felé való tájolása, a környező tér figyelembevétele, a kedvező hőtömegű és fényszórási tulajdonságú anyagok megválasztása. passzív napelemes épület tervezési ötleteaz ókori Görögországban a Kr.e. V. század környékén jelent meg . Görögországban addig a fő tüzelőanyag a szén volt , de az akut fahiány miatt új módot kellett találni a lakások fűtésére [1] .
A görögök elkezdték használni az építőanyagokat, amelyek elnyelik a napenergiát, főként a követ, valamint az épületek déli tájolására, valamint napellenzők és karzatok kialakítására [2] .
Szókratész azt mondta:
„A déli fekvésű házakban a nap télen belép a karzatba, nyáron pedig közvetlenül a fejünk felett süt, árnyékot teremtve a tető alatt.”
A rómaiak továbbfejlesztették a görög dizájnt azáltal, hogy a déli oldalon lévő ablakokat különféle átlátszó anyagokkal borították [1] [3] .
A korai szoláris építészet másik példája az Észak-Amerika délnyugati régióiban található barlanglakások [4] [5]
| Szantorini házak és templomok fehér falai | Fekete fal egy ház Norvégiában |
A falak színe is fontos szerepet játszik. A görög szigeteken az épületek falait hagyományosan fehérre festik, hogy jobban visszaverjék a napsugarakat a melegben, és hűvös maradjanak a beltérben. A fehér mészborítású falak és a kék tetők tipikus stílust képviselnek a délre látogató turisták körében.
Északon, a skandináv országokban ennek az ellenkezője igaz: a házakat feketére festik, hogy a falak jobban elnyelik a nap melegét. Alkalmas anyag a bazalt , mivel fekete és nagy hőkapacitású.
A napelemes építészet modern megtestesülését a fotovoltaikának a gyakorlati célokra való felhasználása jellemezte, hogy a napfényt elektromos energiává alakítsák.
1954-ben a Bell Labs bejelentette az első napelemek elkészítését. 1973-ban a Delaware Egyetem építette a világ egyik első napelemes házát.
1984-ben, Alexandros Tombazis tervezteaz athéni Pefka külvárosban a napelemes építészet elveinek megfelelően megépült az "Iliako-Chorio" ( "Ηλιακό Χωριό" , "Sunny Village").
Az aktív napelemes épületek tervezési elemei: üvegházak, modulok, hő- és energiatárolók, kémények, napelemes nyomkövető, napelemes maszk és szoláris parabola.
| Üvegház Kanadában | Napparabola Auroville -ben |
Az üvegház megtartja a nap hőjét. A dupla üvegezésű üvegházban három hatás jelentkezik: nincs konvekció (a levegő elzáródása miatt); sugárvisszatartás (a talaj elnyeli a fotonokat , kisebb infravörös energiával bocsátja ki, az üveg ezt az infravörös sugárzást visszaveri a talajra): alacsony hővezető képesség (dupla üvegezéssel).
A szoláris parabola (vagy parabola tükör) koncentrálja a napfényt, hogy magas hőmérsékletet hozzon létre. A paraboloid tükörre épülő szoláris sütőket a 20. század eleje óta használják főzéshez .
A napelemes parabola ipari építkezésekhez is használható. Az Odeily napelemes kemencéje , amely 63 heliosztátot tartalmaz , olyan hőmérsékletre melegíti fel, hogy még a gyémánt is megolvad .
| Fototermikus modulok | Fotovoltaikus csempe |
A fototermikus modulok a napfényt hővé alakítják, felmelegítve a vizet a házban [6] . Ezek a modulok népszerűvé váltak a mediterrán országok körében. Görögországban és Spanyolországban a házak 30-40%-a van felszerelve ezzel a rendszerrel.
A magánházakban népszerű a kültéri zuhanyzó, amelynek tartályát napfény melegíti.
A fotovoltaikus modulok a napenergiát elektromos árammá alakítják. A klasszikus szilícium napelem modulok hatásfoka akár 25%, de merevek. A vékonyrétegű napelem modulok rugalmasak, de alacsonyabb hatásfokkal és rövid élettartammal rendelkeznek. [6]
Az elektromos energia felhalmozását egy szivattyús tárolós erőmű biztosítja , de a lakás elrendezésének néhány módja barkácsolással is megoldható .
napelemes nyomkövetőnyomon követi a nap mozgását az égen. Utána kanyarodva a nyomkövető rögzíti a fényt, ami modulok segítségével elektromossággá változik, és átlátszó üvegen keresztül felmelegíti a házat [7] .
A napelemes maszk gondoskodik az éghajlat évszakos változásairól, így nyáron több árnyék, télen pedig fény lesz. A ház úgy épült, hogy nyáron a tető véd a napfénytől, nehogy túlmelegedjen, télen viszont a tető beengedi a napfényt [8] .
A napkollektoros kémény párosítható badgir vagy fa kéménnyel az erősebb hatás érdekében.
A szoláris építészet fokozatosan viszonylag független stílussá válik, amely formálisan követi a konstruktivizmus és a funkcionalizmus hagyományait, de egyre inkább az organikus építészet ihlette [9] .
Az egyik első nagy felhőkarcoló , a beépített napelemekkel és energiahatékony technológiával felszerelt Conde Nast Building 1995-ben épült New Yorkban [4] .
2009- ben Tajvanon befejeződött egy multifunkcionális stadion építése Kaohsiungban , amelyet a híres japán építész , Toyeo Ito tervezett , aki aktívan alkalmazta a napelemes építészet elveit [10] .
| Condé Nast New Yorkban | Nemzeti Stadion Kaohsiungban |
A 2016 -os Rio de Janeirói Olimpiai Játékokra egy napelemes várostorony ( eng. Solar City Tower ) felállítását tervezték [11] [12] .
A napelemes építészet magas befektetést igényel, de az ár megtérül, mivel a lakosok működőképes megújuló és tiszta energiaforrással rendelkeznek. A kitermelés más módjainak látszólagos előnyei miatt a lakosságnak egyre inkább túl sokat kell fizetnie. A Fukusima-1 atomerőmű balesete a 21. század környezeti katasztrófájává vált [13] .
A globális felmelegedés már egyes rovar- és emlősfajok kihalását okozta [14] .
A napelemes építészetről szóló cikkek kritizálják annak magas kezdeti költségeit. A kritikusok ugyanakkor elismerik, hogy a kölcsönök visszafizetése után észrevehető előnyökkel jár [15] [16] [17] [18] .