光伏建筑一體化細(xì)部設(shè)計探析

1、光伏建筑一體化（ BIPV ）細(xì)部設(shè)計探析【摘要】在建筑中注人綠色元素逐漸成為建筑發(fā)展的 趨勢，且綠色建筑也將成為未來建筑的主流。代表太陽能應(yīng) 用最尖端、最先進(jìn)、最有潛力的光伏發(fā)電將是綠色建筑的主 角。本文對光伏建筑一體化細(xì)部設(shè)計進(jìn)行研究和探索，為建 筑師在光伏建筑的創(chuàng)作中提供一定的參考依據(jù)?！娟P(guān)鍵字】光伏建筑；一體化；細(xì)部設(shè)計1、光伏建筑的概念 光伏建筑一體化是用光電材料替代常規(guī)的建筑材料，作 為建筑外表皮，比如屋頂，或者是立面，也就是將太陽能發(fā) 電（光伏）產(chǎn)品與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合。光伏技術(shù)的使用要 和自然采光、通風(fēng)相互協(xié)調(diào)，集成了光伏材料的建筑圍護(hù)結(jié) 構(gòu)要具有良好的熱工性能，使建筑整體節(jié)能

2、效果最優(yōu)，滿足 防水要求。光伏建筑中，因為減少了原本應(yīng)使用的常規(guī)建筑 材料，使得光伏設(shè)備帶來的高出造價得以部分抵消，使用周 期中的成本也會降低，投資有望在若干年后收回。這些好處 正在使得 BIPV 成為發(fā)展最快的光伏產(chǎn)業(yè)之一。光伏發(fā)電系 統(tǒng)植入建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)中是高科技與建筑結(jié)合的一種新的表 達(dá)形式，是功能需要同時也是新的建筑符號和語匯，體現(xiàn)的 是一種時代感，功能感及生態(tài)感。2、光伏建筑的優(yōu)點2.1 光伏陣列一般安裝在閑置的屋頂或墻面上，無需額 外用地或增建其他設(shè)施，適用于人口密集的地方使用，這對 于土地昂貴的城市建筑尤其重要。2.2 光伏電池板和建筑的結(jié)合以代替部分建筑貼面材料， 從而減少太陽能

3、利用的初投資。2.3 可原地發(fā)電、原地用電，在一定距離范圍內(nèi)可以節(jié) 省電站送電網(wǎng)的投資，對于聯(lián)網(wǎng)用戶系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)電 力既可供給本建筑物負(fù)載使用，也可送入電網(wǎng)，在陰雨天、 夜晚或光強很小的時候，負(fù)載可由供電網(wǎng)供電，由于光伏陣 列和公共電網(wǎng)協(xié)同供給負(fù)載供應(yīng)電力，增加了供電的安全 性。2.4 由于光伏陣列安裝在屋頂和墻壁等外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上， 吸收太陽能，轉(zhuǎn)化為電能，減少了墻體得熱和室內(nèi)空調(diào)冷負(fù) 荷，節(jié)省了能源。2.5 避免了由于使用一般化石燃料發(fā)電所導(dǎo)致的空氣污 染和廢渣污染，這對于環(huán)保要求嚴(yán)格的今天與未來更為重 要。2.6在建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上安裝光伏陣列， 可以促進(jìn) PV 部件 的大規(guī)模生產(chǎn)，從而能

4、夠進(jìn)一步降低 PV 部件的市場價格， 這對于 BIPV 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用有著極大的推動作用。3、光伏建筑的細(xì)部設(shè)計3.1 坡屋面就光伏材料發(fā)電效率，坡屋面的布置方式優(yōu)于平屋面和 豎直墻面。從構(gòu)造角度坡屋面布置光伏構(gòu)件分為 2 種方式： 一種是在現(xiàn)有的屋面系統(tǒng)上鋪設(shè)光伏構(gòu)件，稱為鋪設(shè)式；另 一種是把光伏構(gòu)件集成到屋面系統(tǒng)內(nèi)，稱為嵌入式。前一種 方式，光伏構(gòu)件只負(fù)責(zé)發(fā)電， 原有的屋面系統(tǒng)負(fù)責(zé)保溫防水， 二者相互獨立，這種方式特別適合改建和加建項目，可根據(jù) 屋面的不同材料（瓦、金屬）采用不同的構(gòu)造連接方式，但 構(gòu)造處理上需注意連接件不要破壞原有防水層，光伏構(gòu)件需 連接牢固，并充分考慮風(fēng)荷載（臺風(fēng)地區(qū)不

5、宜采用此方式） 后一種方式， 光伏材料和屋面系統(tǒng)合二為一， 具有光伏發(fā)電、 保溫防水防噪、屋頂采光等多種功能，結(jié)構(gòu)更可靠，但造價 較高。3.2 平屋面 在我國城市住宅和公共建筑更多采用的是平屋面。平屋 面光伏構(gòu)件的布置有支架式和嵌入式兩種。支架式布置光伏 構(gòu)件以傾斜面接收太陽輻射，布置的自由度和靈活性較大， 光伏陣列可以調(diào)整傾斜角、方位角以及前后組光伏構(gòu)件的間 距，以此避免陰影，最大效率的發(fā)電。支架式構(gòu)造簡單，適 用于各類平屋面建筑，比較容易普及。同時支架式布置的情 況下光伏和建筑二者的關(guān)系比較松散，融合的程度低，支架 式布置光伏構(gòu)件對提升建筑美觀的作用較小。嵌入式的布置 方式是在屋面系統(tǒng)集成

6、光伏材料。光伏構(gòu)件的使用可以與被 動式利用太陽能、 自然采光相互協(xié)調(diào)， 有利于降低建筑能耗。 但水平的光伏構(gòu)件由于難以利用雨水自潔，灰塵和樹葉往往 會影響其發(fā)電效率，因而需要定期清掃。平屋頂?shù)慕ㄖ部?以同時使用兩種布置方式，不需要天窗的部分屋面采用支架 式，需要設(shè)置天窗的部分采用嵌入式光伏屋面。3.3 曲屋面 與坡屋面類似，曲線光伏屋面也有鋪設(shè)式和嵌入式兩種 構(gòu)造方式。曲屋面的造型本身往往是建筑設(shè)計的亮點，考慮 到建筑第五立面的美觀和室內(nèi)光影效果，需精心選擇光伏材 料的光澤、色彩和紋理， 設(shè)計中突出光伏材料的視覺表現(xiàn)力。3.4 中庭 中庭上鋪設(shè)光伏構(gòu)件的構(gòu)造處理方式，同嵌入式的墻面 或屋面類

7、似。在辦公樓、商場展覽建筑中，往往設(shè)有中庭， 夏季大量的太陽輻射往往使中庭成為建筑節(jié)能的薄弱環(huán)節(jié)。 在中庭上布置光伏構(gòu)件，一方面可獲得電能，另一方面，調(diào) 節(jié)光伏電池的間距和不透明度，可有效控制室內(nèi)照度，避免 室內(nèi)熱負(fù)荷過大。3.5 豎直墻面 在豎直的墻面上布置光伏構(gòu)件是較直接的方式?？紤]到 建筑立面效果，光伏構(gòu)件的顏色需要與其他建筑材料協(xié)調(diào)。 光伏構(gòu)件的構(gòu)造方式可根據(jù)不同墻面系統(tǒng)（實墻，窗戶與窗 間墻，玻璃幕墻）來確定，總體上可分為外掛和內(nèi)嵌兩種方 式。考慮到采光和視線的因素，在豎向高度上要區(qū)分光伏材 料的不透明度，如視線上下范圍內(nèi)采用透明玻璃窗或半透明 光伏材料，其他窗間墻可采用不透明光伏材

8、料。3.6 水平向鋸齒狀墻面 建筑平面布局有時不能面向太陽光輻射最優(yōu)的朝向，局 部采用水平向鋸齒狀布置方式，是巧妙化整為零的處理手 法，以此優(yōu)化光伏構(gòu)件布置的方向，趣味變化的造型也改變 了建筑的視線和景觀。3.7 豎直向鋸齒狀墻面 為使光伏構(gòu)件獲得更多的太陽輻射，可采用豎直向鋸齒 狀墻面的設(shè)計方式。人視線以上的墻面傾斜向上，外側(cè)布置 光伏構(gòu)件；人視線以下的墻面傾斜向下，布置窗和墻體。從 剖面上看，建筑每層鋸齒狀凸出，景觀視線和遮陽問題一并 解決。但此布置方式帶來建造施工的麻煩和清潔維護(hù)的不 便。3.8 遮陽光伏構(gòu)件可布置在遮陽板上，成為建筑的附屬構(gòu)件，光 伏遮陽板與建筑表皮獨立， 不影響外墻的保溫、 防水和防噪 對于新建或改建的情況都比較適用，建造成本也較低。總之，為了可持續(xù)利用自然資源，必須提倡建筑節(jié)能。 它不僅能緩解能源緊張、社會經(jīng)濟發(fā)展與能源供應(yīng)不足的問 題，而且能降低污染物排放，有效保護(hù)環(huán)境。因此，研發(fā)太陽能在建筑中綜合利用的技術(shù)，探究太陽能技術(shù)與建筑的有 機結(jié)合將具有積極而深遠(yuǎn)的意義。參考文獻(xiàn)1 黃柯太陽能光伏電技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用J，建筑學(xué)報，2011, (