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開始在太陽光底下──建築整合型光電外遮陽設計與應用

2004/04/05 經濟部能源局 點閱人次: 384

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▓整輯:謝惠子 ▓圖片提供:台北科技大學建築系

國內第一座兼具太陽能發電與外遮陽功能的整合型光電系統(Building-Integrated Photovoltaic;BIPV),日前在台北科技大學正式啟用。這座由國內照明廠商東亞照明與台北科技大學合作的「太陽光電系統」,為首度應用在舊有建築物之上,經過建築規劃設計重新改良建築物外殼,還可以擷取太陽能發電並利用外遮陽節約空調耗能,其環保、永續的再生能源運用特色,使它成為國內第一座具有創新、整合及多功能特色之建築整合型光電外遮陽系統的建築物。

建築整合型太陽光電系統(Building-Integrated Photovoltaic;BIPV),是以建築設計手法將太陽光電板系統導入建築物外殼構造,讓系統元件不僅可以發電,同時也是建築外殼的一部份。BIPV設計的考量要點,首重在台灣平均日照條件可達4.5sun-hour以上,比歐洲及現有溫帶太陽能源先進國家更適合發展太陽光電能源,如果可以將太陽能光電板與遮陽板整合一併設置,將可同時獲得發電效益以及建築物開口部減少陽光直射熱、減少冷房負荷之雙重效果。

研究過程及成果

建築整合型太陽光電系統(BIPV)係以北科大設計館南向立面之外遮陽改善工程為例,該建築物南向立面開口多,全年均受日照,夏季時尤其日曬嚴重,為了改善現有室內熱環境舒適、降低空調冷房熱負荷,並使用再生能源而採用整合型光電外遮陽改善工程,北科大做了下列設計:

在外遮陽部份的工程設計方面:
*外遮陽係數ki值必須小於0.5:亦即窗面外遮陽必須能阻擋全年日射熱一半以上;
*安全耐久之要求:必須考慮外遮陽抗風壓強度與結構支撐之安全;
*視覺美觀原則:外遮陽設計需使美學和節能效果合而為一,採用金屬化、預鑄化、輕量化的外遮陽設計。

在光電系統部份工程設計方面:
*太陽能電池模板:太陽能電池模板的主體結構設計使用年限需達二十年以上,必須承受長期室外各種惡劣環境的考驗,具有非常佳的耐候、防腐蝕及防水、防污染等條件;
*電力轉換及控制裝置:控制器(能源管理系統)除了有電力轉換的主要功能,亦需安全性維護功能,防止過充電與過放電或防範雷擊等機能,並要能與市電併聯;
*監控管理及解說告示系統:配合整合型太陽光電系統安裝之位置,在設計館6F設置監控管理及解說告示牌系統,除了可以長時間監視執行情況供後續研究外,也具有教育解說之功能。

理論與實用並進

該案研究初期是以如何運用電腦3D繪圖軟體(3DS-VIZ)、BIPV光電發電動態模擬軟體(PVSYST)及建築動態耗能電腦模擬(DOE-2),探討太陽光電板應用於建築外殼構造之設計方式。為進行BIPV外觀設計、遮陽效果及發電效益之分析,該研究方法與步驟共包含:BIPV對建築物外觀造型之影響、BIPV發電效益計算、BIPV對建築耗能之影響三大部份,最後並綜合上述建築物外觀造型、太陽光發電、降低建築耗能進行評估比較,並建議整合型太陽光電系統最佳之設計方案。

負責該項太陽光電改良工程的北科大建築系周鼎金教授表示,內政部建築研究所補助該項改良工程,讓原本日曬嚴重、室內熱環境、空調負荷沉重的情形得到良好的改善,建築物本身也能以太陽能光電板自行生產電能,實為其他舊有建築物利用太陽光電整合型功能的典範。北科大李魁鵬老師亦指出,本案之BIPV共使用64片太陽能模板,發電最大功率達3.6kW,可與市電進行併聯,其經濟、節能、環保之未來效益可期;台北市建築師公會更推崇本計畫將綠建築設計理念與太陽光電能源的結合運用,並進一步指出,93年起5,000萬元以上新建工程將納入綠建築的規範,以及再生能源運用的觀念逐漸被接受,將是國內營造綠建築產業的新趨勢。

方興未艾的陽光趨勢

國內有關再生能源太陽光電建築整合型功能的研究方興未艾,而北科大設計館的太陽光電改良工程是國內第一個完工的具體個案,勢必引領國內新一波再生能源和太陽光電運用的風潮。且東亞照明與北科大的「產學合作」協定簽訂,在產業界的實務面和學術界的理論面亦進行了另一層次的產學整合研究,正如東亞照明總經理韓啟富與北科大校長張天津所說的:「這是一個開始,開始在太陽光底下!」(感謝台北科技大學建築系周鼎金教授及邱繼哲助理研究員提供參考資料)


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