太阳能与建筑一体化设计策略分析

仰 阳

(长江大学 湖北 荆州 434020)

一、简述新时期下的能源危机

新时期以来，人类必须面对石油、粮食、环境等三大危机，其中能源危机是其中最严重的危机。今天高速增长的经济离不开大量的能源消耗，煤炭石油价格高居不下，火电水电不堪重负，并且传统能源形式对环境也有很大污染，因此开辟新型、干净的能源是当前各国十分关注的热点。许多常规能源替代品不断的出现在世人面前，太阳能、风能、潮汐能等给新能源的发展带来了强大的动力和希望。

针对我国具体情况，传统上我国是资源大国，但是我国人口众多，对资源消耗比较大，并且我国工业在环保要求上还有很大进步空间，从中东、俄罗斯等地输油管道受到各种地形、政治、经济因素等的影响，对我国构成潜在风险，因此如何发展新的清洁能源，寻找传统能源替代产品，是当前我国政府急需解决的问题。

作为建筑规划人士，我们关注到当前十分火热的建筑一体化下的太阳能的利用问题。想通过专业知识将新型太阳能的利用与建筑设计结合起来。我们相信太阳能作为一种清洁能源在现在以及未来都将受到大家的重视。

二、国内与国外太阳能的发展过程

相对国内而言，国外太阳能与建筑一体化的发展走在前列。其中比较出名的有美国的“百万太阳能屋顶计划”，日本的“绿色政府行动计划”以及稍随其后的“阳光计划”。当然走在世界最前面的便是西欧国家。[1]针对上述计划，其出发点都是建立在保护环境，节约能源，调整能源结构实现可持续发展。现如今，国外太阳能的利用不仅仅局限于建筑上，正在向城市形态以及BIVP技术等方面发展。当前在欧洲太阳能集热器安装面积已经超过1100万平方米，人均占有量达到较高水平，同时，为了照顾美学上的要求，国内外在建筑一体化与平板集成器的关系上做了大量研究，最近几年来，在雄厚的财政支持下，相当多西方国家已经落地了大量的“零能房屋”

从国内来看，虽然上世纪我国已经开始着手利用太阳能，但是一直停留在初级阶段，对光热有一定的利用，比如太阳能热水器，但是在光伏上的利用却十分滞后，比如光伏发电板是近几年才兴起的，而且仅仅局限于少部分建筑以及区域。比较代表性的有上海世博会中国馆对光伏发电板的利用。包括现如今习总书记提出的“两山论”都要求我们做好太阳能与建筑一体化设计。另外我国三分之二的国土面积日照时间超过2200小时，为太阳能能源的应用创造了坚实的客观条件。当前我国太阳能集热器使用面积位居世界前列。因此，如何充分利用这一宝贵资源，是我国当前和未来需要解决的问题。

三、外在美学设计策略分析

太阳能与建筑一体化过程中涉及到各个方面的统一，其中比较重要的就包括外在形式的统一设计，简单来讲就是避免现如今在农村屋顶私搭乱建的现象，做到统一规划，一体化设计，既避免了安全隐患，也统一了样式，极大的丰富了天际线。

外在形式的统一设计包括一体化光伏电板的设计以及围护结构的一体化设计。

就目前技术而言，光伏屋顶主要包括独立光伏屋顶，集成光伏屋顶，光伏采光屋顶等形式。具体来讲，独立光伏屋顶是在屋顶防水保温材料外再添加的一层结构，其对屋顶正常结构无任何影响，不会额外占用任何屋顶以外空间，因为居于屋顶上方，其不会受到角度的影响，这种模式也是我们生活中经常遇到的一种形式。

集成光伏屋顶也是在屋顶，但是与独立光伏电板不同的是，其与传统屋顶防水、保温、保护层一体设计，简单来说将太阳能电板与屋顶结构结合在一起。

光伏采光屋顶直接替代传统屋顶，用太阳能电池板作为屋顶，当然传统屋顶要求也必须满足，与此同时透光性能要好行业内通常采用透光率在10%～50%透光伏元件作为主体结构,但同时也可以使用太阳能电池板与透光顶间隔排列的方式保证透光要求。[2]

因为建筑围护结构是建筑中很重要的一部分，因此除在屋顶上植入太阳能电池以外，在围护墙体上也有很成熟的光能电板的应用。与屋顶类似，墙体光伏电板也包括以下几种：一体化光伏墙体包括独立光伏墙体、集成光伏墙体和光伏幕墙等。但是不论哪种形式都必须考虑不同立面高度、立面朝向、日照时间、太阳能辐射量这些根本性的问题。我们必须通过大数据分析得出最佳的安装倾角以及材料选择。这样才能最大效率上做到节能环保，其次太阳能的安装也直接影响到在建筑立面上的美观问题。如同屋顶太阳能的美化统一样，现如今，在节能环保、绿色低碳的口号下，立面设计再也无法回避太阳能的利用问题，作为一种新的建筑语言，如何实现多样统一，融入到形式美法则中去是我们必须思考的。

四、太阳能与建筑一体化的优缺点分析

太阳能与建筑一体化在日新月异的今天得到了高速发展，给国家，百姓带来了诸多好处概括而言包括以下几点：

从环保角度来看，太阳能是一种清洁能源，不像煤炭、石油等资源不管是开采还是废弃物都对环境以及人类有较大的影响，此外相对上述资源而言，太阳能资源可以说是取之不尽，用之不竭的，比较符合可持续发展的要求。

从土地占用及损害来看，太阳能来源于太阳，不像煤炭、石油等需要破坏大量土地来进行开发挖掘，同时从占用土地角度来看，太阳能主要位于建筑屋顶以及立面等处，不需要占 用额外的土地资源，这对寸土寸金的今天显得十分可贵，而且位于屋顶也有利于对阳光的吸收与转化。

从建筑节能角度来看，光伏电板在吸收室外太阳能的过程中，无形当中降低了建筑周边室外温度，起到了被动式节能作用 ，减少了室内空调负荷。在用电高峰期，每家每户的太阳能光伏电板通过自身发点，可以缓解国家电网的压力，同时当光电板所发的电有多余时，也可以通过并网方式将电输送到国家电网中去。[3]

当然，太阳能与建筑一体化过程中，我们可以发现，大部分天阳能光电板等主要运用在特定区域及示范项目上，并没有片地开花，走进寻常百姓之家，主要有以下原因：

前期投资较大，国家在政策上的扶持力度还不够，太阳能发电在全周期内计算，其每度发电量价格为2.5元远远高于国家电网的一元左右。[4]

相关材料成本高，一体化设计的带有光伏电板系统的建筑物造价较高，在科研投入力度有待加强，以便降低造价。

此外由于太阳不是每天都有，因此碰见连续阴天或者雨天，其发电将会受到影响，这也是太阳能利用过程中不稳定性所在，如何储电是我们急需解决的问题。

五、结语

太阳能与建筑一体化过程中还有很长一段路要走，但是从可持续角度来看，一体化是未来的趋势，为此政府必须从社会引导，科研投入，立法等角度加大对这一领域的投入，此外我们也用因地制宜，根据不同地方日照不同、光照时间不同、风土人情不同做到不同地域下的“一体化”设计，避免千篇一律，生搬硬套。只有因地制宜才能做到造价适宜，美感适宜。