太陽能與建筑一體化設計策略分析

仰 陽

(長江大學 湖北 荊州 434020)

一、簡述新時期下的能源危機

新時期以來，人類必須面對石油、糧食、環境等三大危機，其中能源危機是其中最嚴重的危機。今天高速增長的經濟離不開大量的能源消耗，煤炭石油價格高居不下，火電水電不堪重負，并且傳統能源形式對環境也有很大污染，因此開辟新型、干凈的能源是當前各國十分關注的熱點。許多常規能源替代品不斷的出現在世人面前，太陽能、風能、潮汐能等給新能源的發展帶來了強大的動力和希望。

針對我國具體情況，傳統上我國是資源大國，但是我國人口眾多，對資源消耗比較大，并且我國工業在環保要求上還有很大進步空間，從中東、俄羅斯等地輸油管道受到各種地形、政治、經濟因素等的影響，對我國構成潛在風險，因此如何發展新的清潔能源，尋找傳統能源替代產品，是當前我國政府急需解決的問題。

作為建筑規劃人士，我們關注到當前十分火熱的建筑一體化下的太陽能的利用問題。想通過專業知識將新型太陽能的利用與建筑設計結合起來。我們相信太陽能作為一種清潔能源在現在以及未來都將受到大家的重視。

二、國內與國外太陽能的發展過程

相對國內而言，國外太陽能與建筑一體化的發展走在前列。其中比較出名的有美國的“百萬太陽能屋頂計劃”，日本的“綠色政府行動計劃”以及稍隨其后的“陽光計劃”。當然走在世界最前面的便是西歐國家。[1]針對上述計劃，其出發點都是建立在保護環境，節約能源，調整能源結構實現可持續發展。現如今，國外太陽能的利用不僅僅局限于建筑上，正在向城市形態以及BIVP技術等方面發展。當前在歐洲太陽能集熱器安裝面積已經超過1100萬平方米，人均占有量達到較高水平，同時，為了照顧美學上的要求，國內外在建筑一體化與平板集成器的關系上做了大量研究，最近幾年來，在雄厚的財政支持下，相當多西方國家已經落地了大量的“零能房屋”

從國內來看，雖然上世紀我國已經開始著手利用太陽能，但是一直停留在初級階段，對光熱有一定的利用，比如太陽能熱水器，但是在光伏上的利用卻十分滯后，比如光伏發電板是近幾年才興起的，而且僅僅局限于少部分建筑以及區域。比較代表性的有上海世博會中國館對光伏發電板的利用。包括現如今習總書記提出的“兩山論”都要求我們做好太陽能與建筑一體化設計。另外我國三分之二的國土面積日照時間超過2200小時，為太陽能能源的應用創造了堅實的客觀條件。當前我國太陽能集熱器使用面積位居世界前列。因此，如何充分利用這一寶貴資源，是我國當前和未來需要解決的問題。

三、外在美學設計策略分析

太陽能與建筑一體化過程中涉及到各個方面的統一，其中比較重要的就包括外在形式的統一設計，簡單來講就是避免現如今在農村屋頂私搭亂建的現象，做到統一規劃，一體化設計，既避免了安全隱患，也統一了樣式，極大的豐富了天際線。

外在形式的統一設計包括一體化光伏電板的設計以及圍護結構的一體化設計。

就目前技術而言，光伏屋頂主要包括獨立光伏屋頂，集成光伏屋頂，光伏采光屋頂等形式。具體來講，獨立光伏屋頂是在屋頂防水保溫材料外再添加的一層結構，其對屋頂正常結構無任何影響，不會額外占用任何屋頂以外空間，因為居于屋頂上方，其不會受到角度的影響，這種模式也是我們生活中經常遇到的一種形式。

集成光伏屋頂也是在屋頂，但是與獨立光伏電板不同的是，其與傳統屋頂防水、保溫、保護層一體設計，簡單來說將太陽能電板與屋頂結構結合在一起。

光伏采光屋頂直接替代傳統屋頂，用太陽能電池板作為屋頂，當然傳統屋頂要求也必須滿足，與此同時透光性能要好行業內通常采用透光率在10%～50%透光伏元件作為主體結構,但同時也可以使用太陽能電池板與透光頂間隔排列的方式保證透光要求。[2]

因為建筑圍護結構是建筑中很重要的一部分，因此除在屋頂上植入太陽能電池以外，在圍護墻體上也有很成熟的光能電板的應用。與屋頂類似，墻體光伏電板也包括以下幾種：一體化光伏墻體包括獨立光伏墻體、集成光伏墻體和光伏幕墻等。但是不論哪種形式都必須考慮不同立面高度、立面朝向、日照時間、太陽能輻射量這些根本性的問題。我們必須通過大數據分析得出最佳的安裝傾角以及材料選擇。這樣才能最大效率上做到節能環保，其次太陽能的安裝也直接影響到在建筑立面上的美觀問題。如同屋頂太陽能的美化統一樣，現如今，在節能環保、綠色低碳的口號下，立面設計再也無法回避太陽能的利用問題，作為一種新的建筑語言，如何實現多樣統一，融入到形式美法則中去是我們必須思考的。

四、太陽能與建筑一體化的優缺點分析

太陽能與建筑一體化在日新月異的今天得到了高速發展，給國家，百姓帶來了諸多好處概括而言包括以下幾點：

從環保角度來看，太陽能是一種清潔能源，不像煤炭、石油等資源不管是開采還是廢棄物都對環境以及人類有較大的影響，此外相對上述資源而言，太陽能資源可以說是取之不盡，用之不竭的，比較符合可持續發展的要求。

從土地占用及損害來看，太陽能來源于太陽，不像煤炭、石油等需要破壞大量土地來進行開發挖掘，同時從占用土地角度來看，太陽能主要位于建筑屋頂以及立面等處，不需要占 用額外的土地資源，這對寸土寸金的今天顯得十分可貴，而且位于屋頂也有利于對陽光的吸收與轉化。

從建筑節能角度來看，光伏電板在吸收室外太陽能的過程中，無形當中降低了建筑周邊室外溫度，起到了被動式節能作用 ，減少了室內空調負荷。在用電高峰期，每家每戶的太陽能光伏電板通過自身發點，可以緩解國家電網的壓力，同時當光電板所發的電有多余時，也可以通過并網方式將電輸送到國家電網中去。[3]

當然，太陽能與建筑一體化過程中，我們可以發現，大部分天陽能光電板等主要運用在特定區域及示范項目上，并沒有片地開花，走進尋常百姓之家，主要有以下原因：

前期投資較大，國家在政策上的扶持力度還不夠，太陽能發電在全周期內計算，其每度發電量價格為2.5元遠遠高于國家電網的一元左右。[4]

相關材料成本高，一體化設計的帶有光伏電板系統的建筑物造價較高，在科研投入力度有待加強，以便降低造價。

此外由于太陽不是每天都有，因此碰見連續陰天或者雨天，其發電將會受到影響，這也是太陽能利用過程中不穩定性所在，如何儲電是我們急需解決的問題。

五、結語

太陽能與建筑一體化過程中還有很長一段路要走，但是從可持續角度來看，一體化是未來的趨勢，為此政府必須從社會引導，科研投入，立法等角度加大對這一領域的投入，此外我們也用因地制宜，根據不同地方日照不同、光照時間不同、風土人情不同做到不同地域下的“一體化”設計，避免千篇一律，生搬硬套。只有因地制宜才能做到造價適宜，美感適宜。