چکیده: یک fasade سبز فتوولتاییک قابل تنظیم (APVGF) نوآورانه پیشنهاد شده است که سیستم صدف‌های فتوولتاییک قابل تنظیم را با fasade سبز (GF) ترکیب می‌کند. این سیستم انعطاف‌پذیری بالا، تولید انرژی قابل توجه، زیبایی معماری عالی و پتانسیل قابل توجهی برای صرفه‌جویی در انرژی ساختمان را ارائه می‌دهد. ارزیابی‌های تجربی با جعبه‌های آزمایشی یکسان نشان دهندهٔ مزایای چندوجهی این سیستم بوده است. این مزایا شامل کاهش قابل توجه در دمای میانگین روزانهٔ شیشهٔ پنجره به میزان 4.2 درجه سانتیگراد و 5.2 درجه سانتیگراد برای GF و APVGF به ترتیب، و کاهش قله‌ای به میزان 9.7 درجه سانتیگراد و 13.7 درجه سانتیگراد است. دماهای داخلی هوا نیز به طور میانگین 6.5 درجه سانتیگراد و 7.7 درجه سانتیگراد کاهش یافت، با کاهش حداکثری به میزان 15.3 درجه سانتیگراد و 18.6 درجه سانتیگراد. علاوه بر این، GF و APVGF میزان نور داخل جعبهٔ آزمایشی را به طور میانگین روزانه به میزان 6837 لکس و 7706 لکس کاهش دادند که از خطر نور فراوان جلوگیری می‌کند. دماهای بالا و سایه‌زدن خودکار کارایی تولید برق ماژول‌های PV را به شدت کاهش داده است. با این حال، مجموع تابش معادل (GE) بیشتر در حالت زاویه قابل تنظیم منجر به تولید برق روزانه به میزان 17.2٪ و 22.5٪ بیشتر نسبت به حالت زاویه ثابت 30 درجه و 90 درجه شد. نوآوری اصلی سیستم APVGF طراحی دو منظوره‌اش است: تنظیم زاویه صدف‌های PV بر اساس موقعیت خورشید و نیازهای محیطی، که کارایی PV را افزایش می‌دهد، و همچنین ارزش اکولوژیکی و زیبایی ساختمان را با fasade سبز افزایش می‌دهد. این سیستم پیشرفتی در تکنولوژی ساختمان سبز است و رویکردی جدید برای پایداری شهری ارائه می‌دهد.

مقدمه: تفاق شدید تغییرات آب و هوایی مخاطرات موجود در امنیت انرژی جهانی را افزایش می‌دهد. ساختمان‌ها بیش از سوم سوم تقاضای انرژی جهانی و گازهای گلخانه‌ای را تشکیل می‌دهند. دو استراتژی مهم برای کاهش گازهای گلخانه‌ای ساختمان شامل کاهش مصرف انرژی تولید شده از سوخت‌های فسیلی و افزایش جذب کربن است. استفاده از تکنولوژی‌های انرژی تمیز هزینه‌برابر، غیر تنها کاهش گازهای گلخانه‌ای را به طور مؤثر انجام می‌دهد بلکه وابستگی به سوخت‌هایی که به تناوب و اختلالات آسیب‌پذیر هستند را کاهش می‌دهد. در سال 2021، سهم انرژی تجدیدپذیر در ساختمان‌ها در مصرف کل انرژی نهایی (TFEC) 15.9٪ بود. فتوولتاییک درون‌سازی ساختمان (BIPV) یک تکنولوژی انرژی تجدیدپذیر چندمنظوره است که به طور تدریجی در ساختمان‌ها کاربرد پیدا کرده است. از طرف دیگر، سیستم سبز سازی ساختمان نه تنها پوشش سبز را افزایش می‌دهد بلکه کیفیت محیط و جذب کربن را از طریق فتوسنتز بهبود می‌بخشد و در سال‌های اخیر توجه فراوانی را جلب کرده است.

فتوولتاییک درون‌سازی ساختمان (BIPVs) ماژول‌های PV هستند که به عنوان جایگزین مواد ساختمانی سنتی عمل می‌کنند. برعکس فتوولتاییک‌های متصل به ساختمان، BIPVs طراحی شده‌اند تا یا به عنوان یا به جای یک ماده ساختمانی در فرآیند ساخت عمل کنند و اصلًا در نصب‌های屋رووف، دیوارهای خارجی ساختمان یا fasades شبه‌شفاف کاربرد دارند. سایه‌زنی PV نه تنها ظاهر ساختمان‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد بلکه عملکرد انرژی آنها و راحتی افراد داخلی را نیز تغییر می‌دهد. این سیستم می‌تواند انرژی خورشیدی را به برق تبدیل کند، در حالی که از نور فراوان، نور طبیعی و حرارت خورشیدی کنترل می‌کند و از این طریق نیازهای انرژی برای گرمایش و سرمایش را کاهش می‌دهد. سایه‌زنی PV می‌تواند به انواع مختلفی دسته‌بندی شود، از جمله PVSD-facade، PV-overhang، PV-trombe wall، PV-blind، PV-awning و PV-window. PV-blind مزایایی مانند طراحی انعطاف‌پذیر و زیبا، راحتی در دفع حرارت و تنظیم دارد.

سیستم‌های سایه‌زنی PV دینامیک می‌توانند به تغییرات محیطی خارجی پاسخ دهند توسط تغییر در زاویه ماژول‌های PV. نسبت به سیستم‌های سایه‌زنی PV استاتیک، سیستم‌های سایه‌زنی PV دینامیک نه تنها کارایی استفاده از انرژی خورشیدی را افزایش می‌دهند بلکه انعطاف‌پذیری بیشتری در حفظ راحتی داخلی ارائه می‌دهند.

Systeem سبز سازی ساختمان شامل سقف‌های سبز و سیستم‌های سبز عمودی (VGS) است. VGS می‌تواند به fasade سبز (GF) و سیستم‌های دیوار زنده (LWS) بر اساس روش کشت تقسیم بشود. سیستم سبز سازی ساختمان نه تنها عملکرد حرارتی ساختمان را بهینه می‌کند، بلکه مزایای اضافی دیگری نیز ارائه می‌دهد مثل جذب کربن، تولید غذا، کاهش صدا، مدیریت هیدرولوژی بهبود یافته، جذب آلودگی‌های هوا و کاهش تأثیرات روانی و فیزیولوژیک منفی ناشی از استرس.

برای بهره‌برداری کامل از انرژی خورشیدی با سطوح ساختمان، این مطالعه یک fasade سبز فتوولتاییک قابل تنظیم (APVGF) شامل GF و صدف‌های PV قابل تنظیم پیشنهاد می‌کند. هدف از این پروژه بهینه‌سازی بیشتر هماهنگی و مزایای ترکیب سبزی‌سازی عمودی با سیستم‌های PV است، در حالی که انعطاف‌پذیری سطح ساختمان را افزایش می‌دهد و بین محیط حرارتی و نوری داخلی تعادل ایجاد می‌کند.

برای آزمایش عملکرد حرارتی، نوری و انرژی، یک نمونه تجربی مقیاس‌بندی شده از APVGF طراحی و ساخته شد و با GF و fasade معمول مقایسه شد. ساختار این مقاله به شرح زیر است: بخش 1 معرفی زمینه تحقیق و مرور ادبیات است. بخش 2 به توضیح طراحی و عملکرد APVGF می‌پردازد. بخش 3 به تولید نمونه تجربی و تنظیمات آزمایشی می‌پردازد. بخش 4 نتایج آزمایشی را ارائه می‌دهد. بخش 5 بحث‌ها و محدودیت‌ها را بررسی می‌کند و بخش 6 نتایج اصلی را ارائه می‌دهد.