光电建筑专栏 | 浅析碳中和目标下的光电幕墙设计原则
杭州市太阳能光伏产业协会光电建筑委员会首席专家；
杭州市太阳能光优产业协会标准化技术委员会委员；
中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会专家；
中国材料与试验团体标准委员会建筑材料领域委员会太阳能光伏系统应用技术委员会委员；
中国光优行业协会标准化技术委员会BIPV标准工作组成员；
受邀作为演讲嘉宾、对话嘉宾、主持人或评审专家参加多个光电建筑领域论坛活动。
光电幕墙其本质是幕墙的光电化，或者也可以理解为将光伏发电材料及其电气系统与幕墙构造方式方法结合而产生的新的品类。
正如光电建筑行业归属于建筑行业，光电幕墙归属于幕墙，光电幕墙是幕墙的新兴领域与分支，幕墙面板材料具有光伏基因、发电属性是其典型特征。
光电幕墙是光电建筑最为典型的表现形式，对其设计方法的研究与探讨有利于光电建材的正确应用、有助于行业的健康发展。从项目的前期策划、方案构思阶段就全面思考建筑光电化系统性解决方案，是光电幕墙设计的重要基础。
受制于文章篇幅，本文从建筑设计、幕墙设计的角度浅析光电幕墙相关设计原则，不再赘述其它与传统幕墙设计相关的内容。
光电幕墙设计的分类
目前，光电幕墙行业处于快速发展的阶段，相关材料、技术不断创新发展，相应的构造技术、施工工法等不断进步完善，行业内还没有建立明确的分类规则。在此，仅根据现有的应用形式、材料、技术等进行粗略的分类，以便于为读者呈现较为简单、清晰的认知体系。
1. 从幕墙面板发电材料角度分类：晶硅类、薄膜类
2. 从透光性角度分类：透光型、半透光型、非透光型
3. 从能源角度分类：产能型、产能节能综合型
当然，还有从其它角度进行分类的方式，例如：从面板材料、构造技术、边框材料、智能控制系统等角度形成不同的分类方式，相信伴随应用场景的丰富、材料科学与应用技术的进步与发展，分类方式会更加丰富和完善。
薄膜类光电幕墙是最为主流的应用方式，由于能够根据设计要求对透光性、色彩、纹理、图案等艺术化处理和个性化定制，使得薄膜类光电幕墙应用更为广泛、适应性更佳。目前，实际应用最为广泛、适应场景最为丰富的是碲化镉薄膜光电幕墙。
光电幕墙设计的基本原则
1. 安全为先、统筹协调的原则
在保障构造安全、电气安全等安全要素的前提下，将多种影响因素综合起来进行评估，妥善、有机地将光伏发电材料及其系统融合于幕墙系统之中。事实上，这种融合是不能追求单方面的极致或最佳的，比如：一味追求发电效率及经济性，而忽视安全性及建筑对幕墙的各种功能要求，是错误和危险的。
事实上，结合广泛的应用实践，在绝大多数情况下，由于光电幕墙难以获得最佳朝向与倾角，光电幕墙的光伏发电面板难以处于最佳发电状态；由于建筑投资人及建筑师对于光电幕墙有色彩、透光等要求，也一定程度地降低了发电效率；确保安全及相关功能的实现，加之建筑艺术表现需求，也一定程度地增加了光电幕墙的单位成本，从而导致经济性降低，单纯从发电收益的角度来看，其经济性弱于屋面分布式光伏电站。因此，如何将安全、发电效率、建筑艺术表现、功能、经济性等各维度的诉求与要素做更好的结合，做到综合最佳是对设计的考验，综合各种因素解决设计中的矛盾与冲突的方法、路径和结果不是唯一的，但安全为先、统筹协调应是最为基本的设计原则。
2. 满足建材功能的基础上，提高发电效率的原则
光电幕墙首先要承担的是建筑外围护功能，在建筑设计中，对该部分光电幕墙应承担的相关功能均需全面响应与满足，如：隔音、隔热、防结霜、防潮、抗风等。在这些功能需求得以满足的基础上，根据项目具体情况进行场景分析，判断是否存在对透光率、色彩、朝向、倾角等进行调整进而提高发电效率的可行性；通常，这样的调整需要与项目投资人、材料供应商进行充分地沟通，以更好的材料语言、构造方式确保与投资目标及建筑艺术创作相协调。
3. 响应建筑艺术创作表现的基础上，提高发电效率的原则
光电幕墙除了具有相应的建筑外围护结构功能外，因其材料语言的丰富与多元化，使其具有较好的响应建筑艺术创作表现的能力，通过有机地组合应用，为建筑设计创作提供更为丰富的材料与工具，从而丰富建筑形态、充分体现光电幕墙的建筑艺术价值。
建筑师在进行建筑方案构思创作时，应将光电幕墙系统化地纳入整体方案中进行统筹考量、整体设计。当建筑艺术创作表现与提高发电效率之间出现矛盾冲突时，应当优先保障建筑艺术创作表现，在此基础上，首先对光电幕墙相关技术路线和产品、系统进行适应性选型、适配，然后同上所述，根据项目具体情况进行场景分析，判断是否存在对透光率、色彩、朝向、倾角等进行调整进而提高发电效率的可行性；通常，这样的调整需要与项目投资人、材料供应商进行充分地沟通，以更好的材料语言、构造方式确保与投资目标及建筑艺术创作相协调。
4. 响应碳目标，产能与节能相结合的原则
在碳中和宏伟目标指引之下，从碳目标的角度而言，无论产能与节能都是对碳目标的贡献，单纯的光伏发电产能思维或者单纯的建筑节能思维都是狭隘的、有局限性的。在建筑设计工作中，从方案创作之初，就为建筑植入光伏的基因，根据实际应用场景的需求，将光伏发电与建筑节能相关的技术及产品进行有机地融合、统筹利用，在节能的基础上产能（根据应用场景需求，在被动式技术的基础上灵活应用主动式技术），主、被动结合的技术路线才是未来的、可持续的主流技术路线。
目前，绝大多数的应用形式是产能型的、对节能没有明显贡献，甚至由于没有有效解决光伏组件发电时的散热问题，而致使部分热辐射朝室内空间散发，一定程度上增加了夏季建筑空调能耗，也因此会在冬季有热贡献。
业内已经出现了产能节能综合型的产品与技术，主要有两类：
1
一类是双层幕墙方式，主要应用于有采光、透视需求的场景，光伏发电材料置于外层幕墙，两层幕墙之间的空气间层及相关构造措施能够有效地解决通风散热、遮阳等问题，对建筑节能有较大贡献，但成本也明显增加；
2
另一类是替代建筑实墙体表皮装饰层的非透光的装配式光电墙体系统，其内部构造具有通风散热系统，其不透光性能对建筑外墙构建了全面、完整的外遮阳系统，很好地将发电产能与建筑节能的功能需求与跨学科技术进行了融合与创新，相较于双层幕墙方式，节能效果更为显著、经济性更为突出，尤其适用于空调能耗较大的地区和建筑。
碳目标之宏大、任务之艰巨，要求全行业特别是建筑师群体采取积极行动，科学、有效地将光伏技术及产品应用于建筑上，而光电幕墙显然是最为重要的方法与途径。
原载于：《绿色建筑与建筑工业化杂志》 来源：浙品光伏
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