TOWARDS OPTIMIZING (BAPV) AND (BIPV) APPLICATIONS IN EDUCATIONAL BUILSINGS IN EGYPT [By aid of (IT) applications validated by real (PV) Experimental station]

Environmental threats of: [Climate changes, Green House gasses (GHG) emissions, and Economic crisis] led to paradigm shift towards renewable clean Energy, which becomes a major strategy. Egypt taking steps by raising its potentials of Renewable energies production from (2%) in 2010 aiming to be (53%) of electricity from Renewables by 2035, basically depends on development in Solar Energy. Photovoltaics (PV) applications become a major approach for Solar Energy utilization on: (buildings “Rooftop” and Façades) through two major systems: [Building Applied Photovoltaics (BAPV), and Building Integrated Photovoltaics (BIPV)]. Applications of (PV) in buildings have great double impacts; Active: of Clean Energy production, and Passive: duo to shading, thermal Insulation and time lag effects.
Research aims to Optimize (PV) applications on: [“Rooftop” and Façades] to get visible Efficient Operation according to parameters: [Tilt angel – Orientation – Type of applications] thus, to propose a reliable Matrix, that can help: [Architects– (PV) Developers] in decision making of the most Prior of (PV) applications. Depending on Research Methodology, and by aid of reliable (IT) Simulation tools used (“PVSYST” – “Energy+”), then Validated Results by records of Experimental (PV) Station, found that; Optimizing the application of (PV) Panels on standard educational building “Rooftop”; can save more than (37 %) of conventional annual Energy consumptions. Otherwise, optimizing the whole application of (PV) Panels on both: [“Rooftop” and (South, East, and West facades respectively)] can save more than (81%) of “Base-Case” Energy consumptions, which approaches to be a Zero Net Energy Educational Building (ZNB), by clear source.
لقد مثلت التهديدات والمخاطر البيئية الراهنة من [ التغير المناخي – الاحتباس الحراري – الانبعاثات الغازية الضارة – الازمات المالية /الاقتصادية العالمية] الدافع القوي والرئيسي لتحول المفهوم العالمي نحو الاعتماد علي مصادر الطاقات الجديدة والمتجددة واعتبارها توجه استراتيجي دولي تعقد له المؤتمرات الدورية وتتخذ له القرارت الدولية الملزمة. و قد تحركت مصر مؤخراً في هذا الاتجاه بخطوات واعدة بزيادة الاعتماد علي مصادر الطاقة المتجددة لديها ليرتفع من 2% في عام 2012 لتحقق 22% في عام 22/23 وتسعي جاهدة علي عدة محاور لتصل بمقدار انتاجيتها من الكهرباء النظيفة لنسبة 53% من مصادر متجددة بحلول عام 2035، معتمدة في ذلك علي مصدر الطاقة الشمسية لديها بصورة رئيسية نظراً لموقعها الجعرافي المتميز– وعليه قد أصبح الاعتماد علي نظم الخلايا الشمسية/الكهروضوئية (المضافة و المدمجة) في تصميم أغلفة المباني ( المُحدثة و الجديدة) مصدراً هاماً للبحث العلمي و التطوير المعماري المتلازمين ليس فقط لدور هذه الأنظمة النشط (الفعال) بما يضيفه للشبكات/للمباني من طاقة نظيفة مُنتجة، و لكن أيضاً لدوره الايجابي في توفير الظلال الذاتية والعزل الحراري لغلاف المبني نتيجة (التركيب – الدمج) ومايتبعه من تخلف زمني يساعد علي تحسين خصائص الانتقالية الحرارية للفراغات الداخلية و من ثم تحسين كفاءة الطاقة بخفض استهلاكاتها اليومية.
هذا و يهدف البحث لتطوير (منهج /نموذج/ اطار تقييم) بناء علي تحليل علمي منهجي لتحسين كفاءة تطبيقات نظم الخلايا الشمسية بأغلفة المباني التعليمية بمصر وفق دراسة مجموعة من البدائل التصميمية بكل عنصر( الأسقف – الواجهات) اعتماداً علي أهم العوامل و المتغيرات بهذه النظم :[ التوجية – الموقع – زوايا الميل للألواح – مكان التركيب بالغلاف – ....] وذلك قياساً علي دراسة حالة حقيقية لمبني تعليمـي قياسـي بإحدي الجامعات المصرية- بإقليم القـاهرة الكبري، مع  الاستعانةً بأدوات محاكاة رقمية لها اعتمادية دولية في نمذجة و تحليل نتائج الاختبارات، مع تأكيد صلاحية و تصحيح النتائج بالاستعانة بمحطة تجارب خلايا كهروضوئية حقيقية موجودة بالموقع.
و باعتبار أن الطاقة التي يتم (اكتسابها/خفضها) هي نتاج حاصل جمع [الطاقة النظيفة المُنتجة من النظام والتي يتم ضخها للشبكة + الطاقة  التقليدية التي تم توفيرها نظراً للعزل الحراري للغلاف والظلال الذاتية الناتجة عن استخدام النظام مقارنة بالوضع الأساسي]، هذا و توصل البحث للنتائج التالية : انه  بنمذجة الاستخدام الأمثل لنظم الخلايا الشمسية بالأسقف فقط للمبني محل الدراسة يمكن خفض استهلاكات الطاقة بمقدار 37%-  بينما في الواجهات تصل إلي:[ 25% في الواجهات الجنوبية – 10% في الواجهات الشرقية – 9% بالواجهات الغربية]، و ذلك  لنفس عدد وحدات الألواح الشمسية– لذا يعتبر الاستثمار في نظم الخلايا الكهروضوئية بالأسقف أفضل نسبيا يليه الواجهة الجنوبية ثم الشرقية . كما توصل البحث بأنه في حالة الاعتماد علي النمذجة المثالية المسبقة لتطبيقات نظم الخلايا الشمسية علي غلاف المبني  بالكامل (الأسقف + الواجهات الثلاث: الجنوبية - الشرقية - الغربية) قد تصل نسبة الوفر الكلي السنوي للطاقة 81% وربما أكثر، و ذلك مقارنة بالاستهلاك الأساسي ،و مع التحسين المستمر لكفاءة تطبيق نظم/أنواع الخلايا الشمسية قد نصل به ليكون مبني صفري الطاقة.