太阳能发电与建物整合设计应用

太阳能电池采集日光后，藉由光？电转换取得电能，电能再利用电池蓄积存储，为常见的被动式太阳能采集机制。Rosstek Limited

部署太阳能发电，最大的困扰就是需要找到足够大的地坪进行太阳能电池布建，但都会区寸土寸金可能性不高，因此，太阳能电池布建就转往与建筑、建材整合，让建物外墙也可作为太阳能电池布建环境。

都会区布建太阳能电池空间有限

企业或商场在尝试导入绿能源时，必须要在「开源」、「节流」两方面同步并进。所谓的开源，即是本文讨论的导入太阳能电池光电转换方案，让再生能源可以挹注日常用电，进而减少透过石化能源或是核能源这类具污染疑虑或是非再生能源的依赖度。

开源部分容易理解，而节流的部份在建物本身也要导入节能设计方案，透过减低能源耗损、导入高能源效益的机电设备，使得建物或商场的能源耗用压低，一方面降低耗能、同时又导入再生能源挹注，可在节约与新能源挹注双重整合下，让导入绿能源的节能效益大幅发挥，同时又可降低非再生能源的依赖度。

对于建物或商场，可行的太阳能电池设置条件并不相同，以往大多会选择较简单的方式，即在顶楼楼板面积进行太阳能电池发电机组的设备布建。但实际上办公大楼、商场的顶楼面积相当有限，透过有限的搂板面积进行设备布建也无法达到较显着的绿能源导入效益，可能顶多只能作为绿能或再生能源导入建物设计的宣传样本设施，对于实质建物的能耗问题并无显着改善效果。

但能源消耗的问题一直都存在，以都会区办公大楼或商场用电观察，除照明用电力外，另还需针对空调设备、大楼维运系统持续耗用电能以维持功能运转。以商用建筑的系统能源消耗来说，若太阳能电池转换而来的电力还须透过电力网输送，中间产生的能源消耗也会抵消或减低投入太阳能电池部署的预期效益。

将太阳能电池就近布建于能源负载周遭，其实已经成为改善建筑能源消耗的设计方针。但实际的问题是，太阳能电池、发电系统，在建物可以快速取得的平整空间，仅有极有限的大楼顶楼或厂房顶楼，能布建的太阳能电池数量、面积上无法取得「量」的扩展，自然也会影响导入绿能源改善企业能耗的效益。

另一方面，在导入太阳能电池或其他绿能源前，也必须针对目标建筑进行现有能源耗用现况盘点，透过具体的数据数据累积建构可以回溯查询、参照的比较基础，可在长期追踪导入绿能源后的实际效益，透过有系统的数据累积、对比程序，可有效评估目前导入的绿能源、再生能源系统是否有达到预期目标，针对改善程度、投入资源进行新的系统有效性评估，作为未来太阳能电池发电系统架构或规模改善的参照基础，避免以不明确的目标贸然投入绿能源导入的应用需求。

导入太阳能前需先对环境进行评估

实际上每个建物或商场，在导入再生能源或太阳能电池发电系统时，都必须先对建物周围的气候、地理环境特徵进行分析，尤其是建物的地理位置限制下，会导致太阳能资源的投射、分布出现差异。

装设太阳能能源采集设施的设置方案并无一定之标准，必须因地适宜合理针对建物的布局与型态进行对应整合设计。若是建物还在规划中，即可将再生能源的机组设置空间在进行土地与建物开发前就一并考虑。例如：若是为减少太阳能电池的设备维护成本、减低设备投入成本，通常会选用固定式的能量采集设计部署，因为少了追日系统设计，固定式的太阳能电池配置较能达到降低整体布建成本要求，同时也可省下维护追日系统的人力与维修成本。

此外，面对固定配置的能量采集设计架构，若建物规划时就能纳入太阳能电池布建需求，就可将最具能量采集效率的太阳能电池配置方案纳入建物设计中，以达到所期待的高光电转换效率。

实际作法包含：规划建物时即尽可能将建筑长边采南？北向方位配置，搭配太阳能电池机组可以将集光板导向正南+/-30度的设置条件，同时针对现地天候微调太阳能电池板的配置角度，使太阳能电池本体可以尽可能取得最大的朝阳面，减少太阳能的耗散；至于建物本身也可以在外型设计前提下，采圆形、方形、扇形等不同组合，利用太阳能电池的平面布局进行搭配。

应用太阳能需寻找合宜方案导入

虽然主动式的能源采集方案，在采集太阳能源是最具效率的最法，但实际上也会使得建物花在再生能源采集的机？电整合复杂度增高，导致建置与维运成本增加。

目前主流仍是以被动式能量采集设计方案为主，也就是不管有没有使用再生能源，太阳能采集设备会采取固定式设计方案，发电设备会直接将采集能源透过转换(电能？热能)后利用蓄存设备(电池或是储热水槽)方式将太阳能量转换并存储备用，在使用需求设备进行电力或是资源传递。

而太阳能量的利用也不光仅有电能与转换的热水储蓄用途，建物利用玻璃帷幕的特殊设计，也可在建物的公用采光设计进行改善，让建物平日可以善用日照达到环境采光，而不需使用大量电力耗用在公用照明应用上。而为了避免建物内储蓄日照的辐射热、却又需要日照提供照明，则可利用建物的结构设计搭配玻璃帷幕的设计，减低日照辐射热的影像，让建物空调负载减轻，甚至透过建物的空间对流设计，减少空调冷气的依赖程度。

现在已有不少建物在导入再生能源时，将建物的垂直墙面空间导入太阳能电池的布建区块。像是整合太阳能电池集电设计元件的壁面材料元件设计，在基础技术已经相当完整，但应用推广上目前还难以成形，因为建筑的外墙设计往往是建物的关键设计风格展现，而当前的太阳能电池材料以玻璃材与深暗颜色为主，会造成建筑设计师规划建物设计时的限制。

材料的构型与规格化设计选择太少，同时这类建材也因为使用量少形成单价过高问题，太阳能电池概念建材在美学与成本上都需要加以突破，才有可能使建物垂直壁面扩展太阳能发电设备的可能性增加。

另太阳能采集器本身会有朝阳角度的设置限制(为达到最大化能量采集目的)，而在对应管线、线路、储能设计等都有严苛的安全与技术要求，在达到建物最大化布建太阳能采集设备的前提下，对于安全与材料应用限制，也会直接影响到建物部署太阳能再生能源的复杂度。

此外，在都会区、商业区的商业大楼栋距极为接近，也会造成垂直壁面的太阳能量采集受到临栋建物的影响而导致储能效益偏低，这也需要在评估环境时一并纳入布建前的选材、工程考量。