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建筑藝術 :光伏建筑的春天已來

2017-02-08 14:49:34 太陽能發電網

2016年12月,深圳藍波綠建集團總裁徐寧先生以《光伏建筑的是是非非》為題發表了主旨演講。

徐寧在演講中說,中國建筑一直堅持的三原則是:實用、經濟、美觀。王思成研究員提出光伏五要素,政策、能效、安全、質量、成本,二者結合,建筑光伏電站的需要遵循的要素應該是:實用、發電、安全、經濟,美觀。

徐寧用了五個不同的停車棚為例,分別說明了這五個要素的表現方式,在他所引用的例子中,沒有一個例子是將五要素全面體現的,這說明,建筑與光伏的結合并沒有被完整的應用在實際案例中。

另外,徐寧通過世界各國BIPV的發展和藍波綠建近十年的BIPV實踐,闡述了光伏建筑一體化是建筑業的一個新方向已經是不爭的事實。

通過對世界優秀案例的分析,以及馬斯克的光伏瓦產品,徐寧進一步說明,建筑的光伏化必將產生建筑的新形式、新形象、新語言。

他表示,光伏建筑的春天已經來了。

以下是徐寧先生在本次論壇上的發言實錄:

沒有一個光伏建筑項目完整的體現了“光伏建筑五要素”

我從2006年開始關注光伏建筑一體化,并開始進行這方面的實踐。國家對建筑一直有一個原則要求,這就是建筑的的三要素:實用、經濟、美觀。這個原則自制定以來一直沒有變,曾經有人提出過修訂意見,但是三要素一直都沒有變。

最近有一個可能的變化,就是有人提出在三要素上加上節能,但目前還只是傳說。

王思成研究員早在2010年的一個演講中就提出了光伏電站的五要素,即政策、能效、安全、質量、成本。作為光伏建筑,就需要既遵循建筑原則,也需要遵循光伏電站的要素,這二者結合,建筑光伏電站所需要遵循的要素應該是:實用、發電、安全、經濟,美觀。其中,“發電”包含了能效和質量的概念,而成本則包含在經濟概念中。

從“光伏建筑五要素”出發,我們來看看一個簡單的車棚是如何實現這些要素的。也許有個人認為車棚不是建筑,充其量就是一個構筑物,一個建筑的小品。但是,我們從簡單的例子開始比較容易說明問題。

這五個例子分別對應了“建筑五要素”,但遺憾的是,沒有一個例子完全體現了五要素的全部要求。而這樣的例子比比皆是。

是不是一個車棚很難實現這些要素呢?如果連一個簡單的車棚都無法做好和光伏的完美結合,那么光伏建筑一體化就更困難、更令人沮喪了。

真的是這樣的嗎?

我們有必要來回顧一下世界光伏建筑的發展。

歐洲的光伏建筑一體化發展已經非常成熟

光伏建筑的實驗應該是從歐洲開始的,1996年在西班牙龐貝的法布拉圖書館(圖一)是最早將光伏發電和建筑進行了完美結合,成為一座非常有辨識度的建筑,光伏材料成為建筑主體構件,并成為建筑形式的主要表現形式。


圖一:西班牙龐貝法布拉圖書館

目前歐洲的光伏建筑一體化發展已經非常成熟。

德國是BIPV發展最快的國家,有著世界上最大的BIPV市場。

意大利由于其完美的氣候條件,曾經被認為會成為世界BIPV的領頭羊,但是由于其政府機構嚴重的官僚主義,阻礙了該產業在意大利的推進。直到2007年,在ContoEnergia法案的頒布后,BIPV在意大利才開始有一些緩慢的發展。

西班牙的光伏市場一直處于歐洲領先,但直到2008年,隨著一些稅率的修改以及政府對BIPV的扶持,BIPV才在西班牙市場得到了重視。

目前,應用BIPV最多的歐洲國家是德國,法國,意大利,西班牙。希臘,葡萄牙,瑞典、比利時、挪威等國家也有一些BIPV項目。

德國的WestendGate大廈在1976年建成,總高度159米,曾經是德國的最高建筑。2010年大廈改成為一座光伏建筑,安裝了10500塊光伏組件。大廈的BIPV系統由Baumgartner,Kippenheim設計,多晶硅組件由SunwaysSolar公司提供。整個大樓可提供電力峰值22kw。改造后的WestdendGate大廈能耗減少了36%,并得到了歐盟的綠色認證。

盧森堡這個國家很小,ArcelorMittal是盧森堡的一家鋼結構制造商,一直專注于研究高性能的鋼結構薄型太陽能屋面。該公司研究鋼結構薄型太陽能屋面的項目Phoster,得到了LIFE基金的支持。

1992年我去了盧森堡一次,當時很震驚,那么小一個國家,建筑的品質真是太棒了。后來我才知道,在鋼結構建筑方面,盧森堡在歐洲是很有地位的。

印象特別深刻的是,一天晚上看到一棟樓的窗戶亮著,從里面的擺設,就可以知道這是總裁辦公室,這是會議室,那是接待室和辦公室。遠看過去,這個建筑似乎沒有窗戶。我當時很奇怪,怎么沒有窗戶呢?原來,他們用非常好的技術把窗戶隱藏在整個墻體里面,看上去是消失的,沒有窗框,而且玻璃很講究,晚上讓室內燈光亮起來,室內場景就是建筑的裝飾。

法國有個做光伏瓦的公司叫IRFTS,也是很牛的公司,生產太陽能瓦(圖二)。


圖二:IRFTS公司的太陽能瓦

IRFTS是法國太陽能技術研究所的簡稱,成立于2009年,位于法國Lyon。他們研制的系統叫EASYROOF,不只是附屬在屋頂上的太陽能瓦片,而是真實的BIPV系統,性能優于屋頂瓦片,致力于讓BIPV被更廣泛的市場接受。

EASYROOF適合于坡度從10°到50°的屋頂,每個模塊重量為2.5KG,相當輕便。安裝時不需要封條也不需要切割,而且每個模塊都可以被單獨替換。EASYROOF的安裝速度也非常快,3kw大約需要6小時就可以安裝完畢。

目前IRFTS在法國屋頂光伏市場占有率大約為40%。在歐洲,已有40000個屋頂使用這個產品。而且已經進入美國,在IRFTS的不懈努力以及美國紐約帝國清潔能源供應機構的協助下,現在在美國加州和科羅拉多州等地區已經有5個項目使用了這個公司的產品。

位于比利時列日迪的金融大廈于2015年5月竣工。該大廈的BIPV工程是由比利時ISSOL公司承建的。除了金融大廈,ISSOL這幾年還承建了法國國防部、法國佩皮尼昂火車站、新歐洲理事會大廈和比利時布魯塞爾IBGE總部等幾個歐洲標志性建筑的BIPV工程。

美國通過BTC指標來衡量是否適合建光伏建筑

在美國,有一個叫做BTC的指標,通過這個來衡量適不適合建光伏建筑。BTC是Break-EvenTurnkeyCost(BTC)perkilowatt的縮寫,BTC計算每千瓦收支平衡成本,用于判斷光伏發電在經濟上是否可行。光伏系統的造價,若低于這個價格,就是經濟上可行的。

下面的地圖(圖三)顯示的就是美國每個州的BTC值。從地圖上可以看出,夏威夷有最高的BTC值,意味著這里電費最貴,最適宜采用光伏發電。加州和紐約也是比


圖三:美國每個州的BTC值

LumosSolar是位于美國科羅拉多州鮑德市的一個太陽能應用公司,其主要產品是戶外實施,如涼棚、露臺、車庫頂部等的BIPV面板。他們的Lumos’LXSs系列面板已經設計為可以直接作為頂棚的建筑材料,而不是傳統屋頂的附著物。該系列面板的構造可以與大部分的建筑結構連接,并可以抵抗四級冰雹。電力布線系統連接簡單,可以與建筑的電力系統并網。

紐約康尼島Stillwell大街地鐵站的屋頂BIPV工程,是美國最大的應用在公共交通系統上的BIPV工程,也是最早介紹到國內的BIPV項目,名聞遐邇。該地鐵站的屋頂布置了2730塊PV板,面積共60000英尺,每年可以產生200000千瓦時的電力,可為整個地鐵站的運行提供2/3的能源。

其他地區的BIPV應用也處于積極發展中

位于阿聯酋的阿萊因動物園是4000多種動物在沙漠地區的天堂,每年也吸引著大量的游客。由奧地利公司Chalabi2013年擴建的工程沙漠學習中心,被譽為阿萊因公園的一顆明珠。

這個學習中心的屋頂是光伏建筑一體化的成功案例。于2013年建成,是中東地區比較知名的一個BIPV項目,獲選2013年世界可持續建筑候選名單,并獲得了Estidama系統的最高級別5顆珍珠認證。Estidama是波斯灣地區綠色建筑認證體系。

非洲由于經濟發展的制約,光伏建筑的發展還只是個案。

位于埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴的發展聯盟安全部,外形模擬非洲大陸的形狀,使用了445塊透明的有機太陽能模塊,透光率75%,系統可以為整幢建筑的LED系統提供電力支持。

這個BIPV項目由德國Belectric光伏公司與建筑承包公司合作完成。工人們只用了5天就完成了整個系統的安裝,并且不需要使用傳統的腳手架。安裝完成后,人們從大廳中仰視時,會感覺這些輕薄的模塊正漂浮在天空。

印度在光伏建筑發展上并沒有重大影響的項目,在印度的第一個應用BIPV技術的住宅項目位于加爾各答。

在經過多次考察后,印度的房管局同意提供位于東部印度西孟加拉邦的首府加爾各答市1.76英畝(近四分之三公頃)土地作為試點,并將該項目命名為RabiRashmiAbasan。這些別墅屋頂采用了Conergy公司的464個C125W太陽能模塊。為了適應每個建筑的屋頂形狀,這些模塊都是單獨定制的。

日本是光伏發展非常早的國家,光伏建筑也發展迅速,我們經常可以看到日本光伏建筑一體化的各種報道。

說到日本,必須提到這個叫“太陽方舟”的項目。這個光伏建筑全長315m,最高位置位于兩邊,分別高37.1米,中央高31.6米,底部寬13.7米,頂部寬4.3米,總重量約3000噸,最大功率630kW,年·發電量53萬kWh,每年可以減排95噸。(圖四)


圖四:日本“太陽方舟”光伏建筑項目

香港開始光伏建筑一體化的研究也比較早,位于香港理工大學的科研樓于1999建成,是香港最早建成的光伏建筑。

我們在2006年建成了南玻總部大廈,這個樓位于深圳蛇口,也是中國最早期的光伏建筑一體化的探索。我們將原來的鋁板幕墻拆掉,改裝成用光伏材料的幕墻,為了解決光伏電子板發熱的問題,當時我們采用了被動式技術的內通風方式。

這個項目成功后,我們做了各種類型建筑的嘗試。包括居住建筑、商業建筑、旅游建筑、工業建筑還有交通建筑等等。

藍波綠建的實踐

我選三個例子。

第一個是位于科威特的Warba保險公司總部大廈,BIPV項目是在2008年完成的,位于科威特的downtown。光伏材料安裝在遮陽板上,很好的體現了中東地區的建筑特點。

第二個例子是位于上海崇明的東灘濕地公園,這個是為2010年上海世博會配套的項目。整個項目從設計之初就將光伏作為必要構件融合進建筑,也是應用光伏特性影響建筑形式的一個例子。

第三個例子是位于山東日照市高新技術產業開發區的服務外包基地1#研發樓(圖五)。這是在建筑立面上安裝光伏材料的一個成功實踐。我個人非常喜歡這個作品,我認為這個建筑的立面設計是建筑師對光伏建筑一體化的啟迪,是對光伏建筑的貢獻。

大家從照片上一定感覺不到光伏材料安裝在哪里,光伏組件通過建筑設計的手段將比例和位置充分的推敲,令這個建筑立面成為建筑邏輯和光伏產品邏輯完美結合的作品,你路過這個建筑,不會發現立面有什么端倪。

正是這種“無我”的設計,才是光伏建筑的完美意義。

通過這個例子,我們一定會堅定的相信,光伏建筑是可以玩成高大上的,光伏之于建筑也是可以不可分割的要素,而不僅僅是補充,更不是補丁。


圖五:日照市高新區服務外包基地研發樓光伏建筑

光伏建筑的設計是一種多專業的結合與融合

在2010年,我和南京大學的馮金龍老師做了一個研究生課題,聯合指導了一個學生魏偉做“建筑師視野的光伏建筑一體化研究”。這個研究有一個建筑學成果,就是揭示了建筑產品和光伏產品的邏輯矛盾。

光伏產品和建筑產品的不同本質在于,前者追求的是標準化、系列化、規模化和成本領先,并且開發周期長。

但建筑不一樣,建筑是多樣的,多變的,功能多變,形式多變,技術綜合,講究個性定制。進入21世紀以后,建筑甚至與時尚潮流為伍,現在很多建筑是追求時尚的。

前面我們將光伏建筑歸納為五大因素,這里美學我們不去說了。其他四個方面,其實都和設計相關,設計的優劣直接和間接的影響到實用性、發電量、安全性和經濟性。

由于光伏建筑設計不僅是孤立的建筑設計,也不是孤立的結構設計、構造設計、發電系統設計等等。不完全的統計,所涉及到的設計內容大致有,規劃設計,功能設計,建筑物理(防結露、熱工性能、隔聲等)設計,創意設計,產品設計,動漫設計,結構設計,安全性設計(如防風、防雨、防滲、防變形、防地震、防雷等),構造系統設計,集成組件設計,電力系統設計,設備負載、蓄電池、逆變器、孤島、防逆流、系統控制、獨立或并網電力線路設計,監控,施工組織設計(吊裝、工期、勞動力、質量控制、安全控制、文明施工等)。

這種設計的多專業結合,令光伏建筑設計變得非常復雜。

大家都知道的是,只要是和建筑相關的設計,都應該是建筑師牽頭。一個不爭的事實是,我國光伏建筑一體化發展到今天應該有十年以上了,但是建筑師卻很少參與進來。

產品設計師是無法代替建筑師的,工業設計師也代替不了,所以我不止一次的呼吁建筑師要加入到了解、學習、設計光伏建筑的實踐中來,創新的創造出建筑的新樣式、新形象、新語言。

所幸的是,已經有不少國外的建筑師投入到了光伏建筑一體化的研究和實踐中,我們現在看到的這些例子都是非常用心的設計,設計師非常理解光伏材料,也研究了光伏系統,更將光伏的特性充分的發揮了出來。

我們看到這樣的設計一定非常興奮,原來這些細部可以設計得如此精致,放大后也仍然很耐看。這表明光伏和建筑之間沒有鴻溝,是可以非常成功結合的,而且可以結合得非常完美。

我們再看一個完美的例子。這個例子在塞爾維亞普里什蒂納,是一個太陽能中央清真寺(圖六)。

這個美麗的建筑是意大利建筑師保羅Venturella的杰作,近似球形的結構,建筑外立面全部覆蓋著太陽能光伏板,并且通過建筑設計將光線引入室內。在這個將太陽的光芒發揮得淋漓盡致的建筑里,祈禱和冥想,成為宗教與現代技術完美結合的典范。

這讓我們相信,太陽能建筑不僅僅是一個能源建筑,它也可以成為卓越的原創的建筑藝術。


圖六:塞爾維亞普里什蒂納太陽能中央清真寺

未來可期,未來已來,光伏建筑的春天已經來了

有一個全世界都知道的科技大咖,就是特斯拉的老板馬斯克,他在2016年10月發布了一個很神秘的產品,其實就是光伏瓦(圖七)。


圖七:馬斯克和他的光伏瓦示范項目

實際上光伏瓦在中國早已經有人做了,特別是浙江企業做得特別好。但馬斯克作為世界科技前沿的領軍人物,他加入到這個領域,將會對光伏建筑一體化的發展產生深遠的影響,如果以此作為一個旗幟和標桿,光伏建筑的未來就太有前景了。

我們開頭說,一個車棚和光伏的結合都不能滿足五要素。那么,我們看看特斯拉是這么做的呢?

大家都知道特斯拉的電動車非常精致,馬斯克對細節的要求,和喬布斯比有過之而無不及,他們那么高大上,做一個車棚會怎么樣呢?

我們看到的這些都是特斯拉的充電站車棚,我們可以看到設計的味道,可以看到用心、細致、講究。雖然簡單的一個車棚,但是依然傾注了設計的熱情,所謂簡約不簡單。

這是一種態度。

這讓我想起一句話,一葉不掃,何以掃天下?

車棚都做不好,怎么做一臺好車呢?同樣的道理,車棚都做不好,怎么能夠做好一個光伏建筑呢?

我在參考消息上看到這么一則消息,美國拉斯維加斯政府宣布,在2016年的12月21日,政府部門已經可以完全用可再生能源實現供電。

有人說2016年是我們中國分布式市場的元年,也有人說是光伏建筑的元年,無論是什么,拉斯維加斯都給了我們一個信心、一個信念:未來可期,未來已來,光伏建筑的春天已經來了。

謝謝大家!




責任編輯: 李穎

標簽:光伏建筑