در سال‌های اخیر نوآوری‌های مرتبط با انرژی در خانه‌ها و شهرها با سرعت قابل‌توجهی پیشرفت کرده است که ترکیبی از فناوری‌های نوین، مدیریت هوشمند و روش‌های جدید به منظور ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر در مقیاس‌های مختلف را شامل می‌شوند. این تحولات نه‌تنها به افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های انرژی کمک می‌کنند، بلکه شکل زندگی شهری و خانگی را نیز به سمت پایداری و دوست‌دار محیط زیست تغییر داده‌اند.

یکی از پیشرفت‌های چشمگیر در این حوزه، فناوری‌های پیشرفته خورشیدی است. سلول‌های خورشیدی پروسکایت که بازدهی بالاتر از ۳۰ درصد دارند، نمونه‌ای از این فناوری‌ها هستند. پنل‌های خورشیدی که به‌طور مستقیم در مصالح ساختمانی همچون کاشی‌های سقف، پنجره‌ها و نماها نصب می‌شوند، به ساختمان‌ها این امکان را می‌دهند که بدون آسیب به ظاهر و نما، انرژی تولید کنند. نمونه‌های شفاف این پنل‌ها نیز تولید انرژی از نمای شیشه‌ای ساختمان‌ها را ممکن ساخته است. در شهرها نیز سایه‌بان‌های خورشیدی در فضاهای عمومی، پارکینگ‌ها و ایستگاه‌های شارژ خودروهای برقی به بهره‌برداری از زمین کمک می‌کنند و با استفاده از پنل‌های دوطرفه، بازده تولید انرژی را افزایش می‌دهند.

پروژه‌های خورشیدی مشترک نقش مهمی در تأمین انرژی مناطق مسکونی ایفا می‌کنند، به‌ویژه برای کسانی که به پشت‌بام‌های شخصی دسترسی ندارند، همچنین مناطق انرژی مثبت شهری (PEDs) نمونه‌هایی از محله‌های هوشمند هستند که ساختمان‌هایشان انرژی تولیدی و مصرفی خود را با مدیریت هوشمند هماهنگ می‌کنند تا به انتشار صفر خالص برسند و الگویی برای شهرهای مقاوم آینده به‌شمار می‌آیند.

در بخش ذخیره و مدیریت انرژی، نسل جدید باتری‌ها از جمله باتری‌های جامد، باتری‌های شنی و ذخیره هیدروژن به بازارهای شهری و خانگی وارد شده‌اند که امکان ذخیره‌سازی بلندمدت انرژی تجدیدپذیر را فراهم می‌کنند. به‌علاوه، سیستم‌های انرژی خانگی مجهز به اینورترهای هوشمند این امکان را به کاربران می‌دهند که تولید، ذخیره و مصرف انرژی خود را از طریق اپلیکیشن‌های مدیریت هوشمند کنترل کنند. این فناوری‌ها موجب افزایش کارایی و بهینه‌سازی مصرف انرژی در خانه‌ها و آپارتمان‌ها شده‌اند.

شهرها نیز در تلاش هستند تا زیرساخت‌های خود را به تولیدکننده انرژی تبدیل کنند. جاده‌ها، پیاده‌روها و نیمکت‌ها مجهز به پنل‌های خورشیدی شده‌اند تا سهمی در تأمین انرژی محلی داشته باشند و امکاناتی همچون شارژ بی‌سیم دستگاه‌ها را فراهم کنند. چراغ‌های خیابانی، تابلوها و شارژرهای عمومی با استفاده از انرژی خورشیدی کار می‌کنند تا بار شبکه را کاهش و قابلیت اطمینان خدمات عمومی را افزایش دهند.

روند جدید استفاده از توربین‌های بادی کوچک روی بام ساختمان‌های مسکونی و در فضاهای اجتماعی به‌عنوان یک راهکار نوین برای تولید انرژی پاک و کاهش وابستگی شهرها به منابع فسیلی در حال گسترش است. این توربین‌ها که با توجه به فناوری‌های پیشرفته، پره‌های سبک و طراحی‌های بهینه ساخته می‌شوند، قادرند حتی از بادهای کم و جریان‌های هوایی ضعیف انرژی الکتریکی تولید کنند. نصب این توربین‌ها روی بام‌های با ارتفاع مناسب و بدون مزاحمت موانع مثل درختان و ساختمان‌های بلند انجام می‌شود تا بهره‌وری آنها افزایش پیدا کند. این توربین‌ها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که نسبت به سروصدا و خطرات احتمالی افتادن پره‌ها تحت کنترل باشند و کمترین مزاحمت را برای ساکنان و پرندگان و سایر حیوانات ایجاد کنند.

شهرها و مناطق مسکونی در سراسر جهان در حال بهره‌گیری از این فناوری‌ها و استراتژی‌های نوآورانه انرژی‌های تجدیدپذیر هستند. در ادامه به بعضی از مهم‌ترین و پیشرفته‌ترین نمونه‌های جهانی اشاره می‌شود.

نصب توربین‌های بادی عمودی در شهر چشمه، ترکیه

پروژه نصب توربین‌های بادی عمودی در شهر چشمه ترکیه در سال ۲۰۲۵ یکی از نمونه‌های پیشرو در بهره‌برداری از انرژی بادی در فضاهای مسکونی است. در این پروژه، توربین‌های بادی عمودی با طراحی‌های مختلف شامل توربین‌های هلیکس (Helix)، توربین‌های آیس‌ویند (IceWind) و مدل‌های ترکیبی در سطح شهر و روی ساختمان‌های پنج‌طبقه نصب شدند. این نوع توربین‌ها به‌دلیل طراحی عمودی و چرخش حول محور مرکزی، مناسب فضای شهری هستند و می‌توانند بادهای نامنظم و چند جهتی را به‌خوبی جذب کنند و نسبت به توربین‌های افقی کارایی بهتری در محیط‌های محدود و پرترافیک دارند.

هر توربین در این پروژه توان تولیدی بین سه تا پنج کیلووات دارد که بسته به‌شدت باد محلی می‌تواند سالانه حدود هفت تا ده هزار کیلووات‌ساعت برق تولید کند. این میزان برق می‌تواند بخش قابل‌توجهی از مصرف برق یک آپارتمان کوچک تا متوسط را تأمین کند. توربین‌ها به سیستم‌های ذخیره‌سازی باتری و اینورترهای هوشمند متصل شده‌اند تا انرژی تولیدی به شکل پایدار و قابل استفاده به شبکه برق ساختمان تزریق شود.

هزینه اولیه نصب هر توربین در این پروژه حدود ۱۵ تا ۲۰ هزار دلار آمریکا برآورد شده که شامل خرید دستگاه، نصب، سیستم‌های کنترلی و اتصال به شبکه برق است. با توجه به میزان تولید برق و صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی، بازگشت سرمایه این پروژه بین هفت تا ۱۰ سال تخمین زده می‌شود که برای پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر در مقیاس کوچک، کاملاً اقتصادی محسوب می‌شود. هزینه نگهداری این توربین‌ها پایین است زیرا ساختار ساده و بدون قطعات متحرک پیچیده، موجب کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

این پروژه علاوه‌بر تأمین برق پاک و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای، موجب افزایش آگاهی ساکنان و مدیران ساختمان‌ها نسبت به مزایای انرژی بادی و انگیزه برای توسعه بیشتر این فناوری در فضاهای شهری شده است. همچنین این توربین‌ها به‌دلیل ابعاد کوچک و صدای کم، کمترین مزاحمت را برای ساکنان ایجاد کرده‌اند و قابلیت یکپارچه‌سازی با نمای ساختمان را نیز دارند.

توربین‌های بادی کوچک در کیپ‌تاون، آفریقا

یکی از نمونه‌های جدید بهره‌گیری از انرژی بادی در فضای مسکونی و شهری، پروژه آزمایشی نصب توربین‌های بادی کوچک هلیکس با ظرفیت هزار کیلووات در منطقه سیلو در شهر کیپ‌تاون آفریقای جنوبی است. این پروژه در مه ۲۰۲۴ آغاز شد و چهار توربین کوچک با طراحی مارپیچی روی ستون‌هایی نصب شدند که قابلیت جذب باد از هر جهت را دارند و به‌دلیل ابعاد فشرده و صدای کم، برای محیط‌های شهری مناسب هستند. هدف از این پروژه، ارزیابی کارایی و پتانسیل این فناوری در تأمین انرژی پایدار در مناطق شهری و همچنین بررسی امکان گسترش آن در مقیاس وسیع‌تر است.

نتایج این پروژه نشان داد که هر توربین می‌تواند سالانه حدود ۴۲۰ کیلوگرم دی‌اکسیدکربن را کاهش دهد و با تأمین بخش قابل‌توجهی از نیاز انرژی یک ساختمان مسکونی، در کاهش وابستگی به شبکه برق عمومی مؤثر باشد. هزینه نصب هر توربین در این پروژه حدود ۱۵ هزار یورو است که شامل خرید دستگاه، نصب، سیستم‌های کنترلی و اتصال به شبکه برق می‌شود. با توجه به میزان تولید برق و صرفه‌جویی در هزینه‌های انرژی، بازگشت سرمایه این پروژه بین هفت تا ۱۰ سال تخمین زده می‌شود.

هر توربین در ابعاد کوچک و با طراحی دقیق نصب شد تا با جریان‌های هوای شهری هماهنگ باشد و علاوه‌بر تولید انرژی، جلوه‌ای هنری به فضای شهری بدهد. این نصب به‌طور مستقیم انرژی تولیدی را به شبکه برق محلی تزریق می‌کند و به‌عنوان طرحی پایلوت برای استفاده از انرژی بادی در فضاهای محدود شهری اجرا شده است. هزینه نگهداری پایین و زیبایی قابل تنظیم سازه، آن را گزینه‌ای جذاب برای شهرهای متوسط و بزرگ کرده است. این پروژه به‌عنوان نقطه شروع مطالعات دقیق‌تر درباره کاربرد توربین‌های عمودی کوچک در شهر، ثبت داده‌های عملکردی، بررسی اقتصادی و شناسایی بهترین ترکیب زیبایی و انرژی در مقیاس شهری عمل می‌کند.

پروژه پاورنست، اروپا

پروژه پاورنست (PowerNEST) یکی از پیشروترین طرح‌ها در زمینه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر شهری است که در آلمان و هلند اجرا شده است. ایده اصلی این پروژه ترکیب فناوری‌های توربین‌های بادی کوچک و متوسط با پنل‌های خورشیدی روی پشت‌بام ساختمان‌هاست تا بتوان حداکثر انرژی را از منابع طبیعی شهری به دست آورد. در این پروژه توربین‌های بادی کوچکی طراحی شده‌اند که در سرعت‌های پایین و شرایط متغیر باد کارایی بالایی دارند و صدای کمی تولید می‌کنند. در کنار این توربین‌ها، پنل‌های خورشیدی با بازده بالا نصب شده‌اند تا در روزهای آفتابی که باد نمی‌وزد، انرژی تولید کنند. نکته مهم در پاورنست، وجود یک سیستم کنترل هوشمند است که میزان تولید انرژی توربین‌ها و پنل‌ها را مدیریت می‌کند تا همیشه بیشترین بهره‌وری از منابع موجود صورت بگیرد. این سیستم همچنین انرژی تولیدشده را در باتری‌های پیشرفته ذخیره می‌کند تا در زمان نیاز قابل استفاده باشد و به بهینه‌سازی مصرف برق کمک کند.

این پروژه با حدود چهار میلیون یورو سرمایه‌گذاری اجرا شده و منابع مالی آن از طریق همکاری‌های چندجانبه بین دانشگاه‌ها، شرکت‌های فناوری و مراکز تحقیقاتی اروپایی تأمین شده است. هدف از این سرمایه‌گذاری ایجاد نمونه‌ای عملی و اقتصادی برای تولید انرژی در مناطق شهری با فضای محدود و کاهش وابستگی به شبکه برق سنتی و سوخت‌های فسیلی است.

نتایج آزمایش‌های انجام‌شده روی نمونه‌های اولیه نشان داده است که ترکیب توربین‌های بادی کوچک با پنل‌های خورشیدی می‌تواند بین دو تا سه برابر انرژی بیشتری نسبت به سیستم‌های خورشیدی تنها تولید کند. به این ترتیب، پروژه توانسته است راهکاری مؤثر برای استفاده بهینه از بادهای شهری ضعیف و غیرقابل ارائه دهد و مصرف انرژی را در محیط‌های شهری بهبود ببخشد.

نصب سیستم‌های خورشیدی در پرژوه‌های مسکن عمومی، آمریکا

در سال‌های اخیر، همکاری‌های گسترده میان بخش‌های عمومی و خصوصی منجر به اجرای پروژه‌های موفقی برای نصب سیستم‌های خورشیدی در مجتمع‌های مسکن عمومی در دو شهر دنور در ایالت کلرادو و سانتا باربارا در کالیفرنیا شده است. هدف اصلی این پروژه‌ها افزایش بهره‌وری انرژی، کاهش هزینه‌های برق و بهبود کیفیت زندگی ساکنان مسکن‌های مقرون‌به‌صرفه بوده است.

در شهر دنور، بیش از ۶۶۵ واحد مسکونی مجهز به بیش از ۱۰ هزار و ۴۰۰ پنل خورشیدی شده‌اند که توان کل این سیستم‌ها به حدود ۲.۵ مگاوات می‌رسد. این سیستم‌ها سالانه حدود ۳.۳ میلیون کیلووات‌ساعت برق تولید می‌کنند که معادل تأمین ۸۰ درصد از نیاز انرژی این جامعه مسکونی است. به واسطه این پروژه، انتشار گازهای گلخانه‌ای بیش از سه هزار تن کاهش یافته است که معادل کاشت بیش از ۲۶۷ هزار و ۶۰۰ درخت است. این پروژه با سرمایه‌گذاری اولیه‌ای نزدیک به ۱۰ میلیون دلار و قرارداد خرید برق به مدت ۲۰ سال با هزینه‌ای معادل ۰.۱۰۹ دلار به ازای هر کیلووات‌ساعت برق به اجرا درآمده است. تأمین مالی این پروژه توسط شرکت بلژیکی انفینیتی انجام شده است و علاوه‌بر کاهش هزینه‌های انرژی ساکنان، فرصت‌های شغلی سبز نیز ایجاد کرده و به کاهش آلودگی هوا کمک کرده است.

در سانتا باربارا، پروژه مشابهی اجرا شده است که شامل نصب بیش از هفت هزار و ۲۰۰ پنل خورشیدی روی ۸۶۳ واحد مسکونی است و ظرفیت کلی به دو مگاوات رسیده است. این سیستم‌ها سالانه حدود ۳.۴ میلیون کیلووات‌ساعت برق تولید می‌کنند و به‌طور صد درصد نیاز انرژی جامعه مسکن عمومی این شهر را تأمین می‌کنند. این پروژه با کمک‌هزینه‌های فدرال و حمایت قانونی از طریق قانون بازیابی و سرمایه‌گذاری آمریکا تأمین مالی شده است و نتیجه آن کاهش هزینه‌های انرژی برای ساکنان و افزایش دسترسی به انرژی پاک است.