光伏建筑的整體造型和細部設(shè)計

黑龍江省建筑設(shè)計研究院

摘要：隨著市場經(jīng)濟體制的逐漸完善，綠色建筑受到了廣泛的關(guān)注和重視，為了有效降低建筑工程對生態(tài)環(huán)境的影響，所以，光伏建筑受到了普遍的歡迎?，F(xiàn)本文就光伏建筑的整提造型和細部設(shè)計進行探究，僅供交流借鑒。

關(guān)鍵詞：光伏建筑；整體造型；細部設(shè)計

光伏材料發(fā)電是依賴于太陽輻射，因而集成于建筑上的光伏材料實際發(fā)電效率除與光伏材料自身的特性相關(guān)外，還與建筑所在地的地理緯度和氣候條件，光伏模塊的布置方式和位置（方位角和傾斜角）、以及周邊場地（遮擋情況）等因素相關(guān)。

一、光伏建筑的整體造型

一般情況下，建筑整體造型是在設(shè)計建筑概念和初步設(shè)計階段就被確定下來的，在一定程度上，光伏構(gòu)件的布置方式也就得到了確定，對其的發(fā)電效果具有較大的影響。所以在設(shè)計光伏建筑的整體造型過程中，設(shè)計人員不僅需要考慮建筑的功能和面積，還需要考慮對太陽能的利用和挖掘，只有這樣，光伏建筑的整體造型設(shè)計才能趨于合理。

1、水平面

一般情況下，建筑實體的設(shè)計大多規(guī)整，因此在豎直的墻面或者是平平屋頂上，光伏構(gòu)件都是可以設(shè)置的，但是前提需要保證建筑的光伏構(gòu)件的朝向是合適的前提下。但是建筑光伏構(gòu)件的布置需要滿足建筑的規(guī)模來確定，同時建筑所在當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥纫残枰紤]。太陽高度角因素更需要考慮。在高緯度地區(qū)，太陽對豎向面的直接輻射比較多，而在地理緯度比較低的地區(qū)，建筑平面受到的太陽直射是比較多的。對于高層建筑來書，建筑樹枝墻面的面積較大，因此可以設(shè)計光伏材料在其的南向墻面，如果高層建筑所在的地理位置是高緯度地區(qū)，單晶硅和多晶硅光伏材料是高層建筑光伏墻面比較適用的光伏材料，這樣考慮的一個重要的原因是晶體硅具有較高的光電轉(zhuǎn)化率的特征。如果高層建筑的地理位置是在低緯度地區(qū)，建筑墻面在夏季時的提太陽直射比較少，明顯低于太陽對平面的直射，非晶體硅材料是比較適合該地區(qū)的高層建筑，在室外溫度持續(xù)較高的情況下，非晶體硅光伏材料大的光轉(zhuǎn)化率隨著室外溫度變化而逐漸降減小，對太陽能直射的吸收能力和對太陽的間接吸收能力是一樣的，因此該光伏才材料在緯度比較低的地區(qū)比較適用，并且這種材料的造價比較低，更適用低緯度的建筑墻面。

2、傾斜面

建筑朝南方向的傾斜面會受到較多的太陽直射，所以這方便光伏構(gòu)建的布置。在綜合考慮建筑造型的過程中，就住宅建筑和別墅建筑來說，天然的傾斜面是南向坡屋頂；但就公共建筑而言，建筑功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一是布置光伏構(gòu)件時需要考慮的，盡可能的設(shè)計南向傾斜面的造型。使用的主要材料是晶體硅光伏材料，建筑的大廳成為一個緩沖熱度的空間，在冬季時期，充分利用太陽能進行采暖，保證建筑室內(nèi)溫度的舒適性；而在夏季時節(jié)，利用光伏構(gòu)件能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)的降溫和通風(fēng)。在設(shè)計過程中，光伏材料的不透明度和光伏電池之間的間距是需要重點考慮的，對室內(nèi)的照明度具有調(diào)節(jié)作用，有利于眩光的減少，對自然采光進行充分的利用。

3、退臺

在建筑工程的造型設(shè)計過程中，退臺是一種常用的設(shè)計手法，而南向退臺對建筑光伏構(gòu)件的布置具有較大的優(yōu)勢，在一定程度上，建筑接收太陽直射的面積得到了一定程度的增加，有利于光伏構(gòu)件的布置。一次同時，通過設(shè)計退臺，有效的避免周圍建筑對光伏材料太陽直射的遮擋，從而保證光伏材料功能的正常發(fā)揮。

二、光伏建筑的細部設(shè)計

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)件只負責(zé)發(fā)電，原有的屋面系統(tǒng)負責(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。

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。

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。

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)熱負荷過大。

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?？紤]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，其他窗聞墻可采用不透明光伏材料。

6、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的不便。

三、結(jié)語

綜上所述，環(huán)境保護是全人類共同追求的一個目標，因此，光伏建筑在現(xiàn)代城市中較為常見，其是在建筑的墻面或者是地頂部設(shè)計光伏構(gòu)件，促使其有效的吸收太陽能，然后進行光化學(xué)反應(yīng)，保證建筑室內(nèi)的溫度平衡。隨著人類對環(huán)保的逐漸重視，光伏建筑已經(jīng)實現(xiàn)一定程度的普及，我國建筑在未來的發(fā)展過程中也會廣泛的借鑒這一成果。

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