太陽能發電與建物整合設計應用

太陽能電池採集日光後，藉由光？電轉換取得電能，電能再利用電池蓄積儲存，為常見的被動式太陽能採集機制。Rosstek Limited

部署太陽能發電，最大的困擾就是需要找到足夠大的地坪進行太陽能電池佈建，但都會區寸土寸金可能性不高，因此，太陽能電池佈建就轉往與建築、建材整合，讓建物外牆也可作為太陽能電池佈建環境。

都會區佈建太陽能電池空間有限

企業或商場在嘗試導入綠能源時，必須要在「開源」、「節流」兩方面同步並進。所謂的開源，即是本文討論的導入太陽能電池光電轉換方案，讓再生能源可以挹注日常用電，進而減少透過石化能源或是核能源這類具污染疑慮或是非再生能源的依賴度。

開源部分容易理解，而節流的部份在建物本身也要導入節能設計方案，透過減低能源耗損、導入高能源效益的機電設備，使得建物或商場的能源耗用壓低，一方面降低耗能、同時又導入再生能源挹注，可在節約與新能源挹注雙重整合下，讓導入綠能源的節能效益大幅發揮，同時又可降低非再生能源的依賴度。

對於建物或商場，可行的太陽能電池設置條件並不相同，以往大多會選擇較簡單的方式，即在頂樓樓板面積進行太陽能電池發電機組的設備佈建。但實際上辦公大樓、商場的頂樓面積相當有限，透過有限的摟板面積進行設備佈建也無法達到較顯著的綠能源導入效益，可能頂多只能作為綠能或再生能源導入建物設計的宣傳樣本設施，對於實質建物的能耗問題並無顯著改善效果。

但能源消耗的問題一直都存在，以都會區辦公大樓或商場用電觀察，除照明用電力外，另還需針對空調設備、大樓維運系統持續耗用電能以維持功能運轉。以商用建築的系統能源消耗來說，若太陽能電池轉換而來的電力還須透過電力網輸送，中間產生的能源消耗也會抵消或減低投入太陽能電池部署的預期效益。

將太陽能電池就近佈建於能源負載周遭，其實已經成為改善建築能源消耗的設計方針。但實際的問題是，太陽能電池、發電系統，在建物可以快速取得的平整空間，僅有極有限的大樓頂樓或廠房頂樓，能佈建的太陽能電池數量、面積上無法取得「量」的擴展，自然也會影響導入綠能源改善企業能耗的效益。

另一方面，在導入太陽能電池或其他綠能源前，也必須針對目標建築進行現有能源耗用現況盤點，透過具體的數據資料累積建構可以回溯查詢、參照的比較基礎，可在長期追蹤導入綠能源後的實際效益，透過有系統的資料累積、對比程序，可有效評估目前導入的綠能源、再生能源系統是否有達到預期目標，針對改善程度、投入資源進行新的系統有效性評估，作為未來太陽能電池發電系統架構或規模改善的參照基礎，避免以不明確的目標貿然投入綠能源導入的應用需求。

導入太陽能前需先對環境進行評估

實際上每個建物或商場，在導入再生能源或太陽能電池發電系統時，都必須先對建物周圍的氣候、地理環境特徵進行分析，尤其是建物的地理位置限制下，會導致太陽能資源的投射、分佈出現差異。

裝設太陽能能源採集設施的設置方案並無一定之標準，必須因地適宜合理針對建物的布局與型態進行對應整合設計。若是建物還在規劃中，即可將再生能源的機組設置空間在進行土地與建物開發前就一併考慮。例如：若是為減少太陽能電池的設備維護成本、減低設備投入成本，通常會選用固定式的能量採集設計部署，因為少了追日系統設計，固定式的太陽能電池配置較能達到降低整體佈建成本要求，同時也可省下維護追日系統的人力與維修成本。

此外，面對固定配置的能量採集設計架構，若建物規劃時就能納入太陽能電池佈建需求，就可將最具能量採集效率的太陽能電池配置方案納入建物設計中，以達到所期待的高光電轉換效率。

實際作法包含：規劃建物時即儘可能將建築長邊採南？北向方位配置，搭配太陽能電池機組可以將集光板導向正南+/-30度的設置條件，同時針對現地天候微調太陽能電池板的配置角度，使太陽能電池本體可以儘可能取得最大的朝陽面，減少太陽能的耗散；至於建物本身也可以在外型設計前提下，採圓形、方形、扇形等不同組合，利用太陽能電池的平面布局進行搭配。

應用太陽能需尋找合宜方案導入

雖然主動式的能源採集方案，在採集太陽能源是最具效率的最法，但實際上也會使得建物花在再生能源採集的機？電整合複雜度增高，導致建置與維運成本增加。

目前主流仍是以被動式能量採集設計方案為主，也就是不管有沒有使用再生能源，太陽能採集設備會採取固定式設計方案，發電設備會直接將採集能源透過轉換(電能？熱能)後利用蓄存設備(電池或是儲熱水槽)方式將太陽能量轉換並儲存備用，在使用需求設備進行電力或是資源傳遞。

而太陽能量的利用也不光僅有電能與轉換的熱水儲蓄用途，建物利用玻璃帷幕的特殊設計，也可在建物的公用採光設計進行改善，讓建物平日可以善用日照達到環境採光，而不需使用大量電力耗用在公用照明應用上。而為了避免建物內儲蓄日照的輻射熱、卻又需要日照提供照明，則可利用建物的結構設計搭配玻璃帷幕的設計，減低日照輻射熱的影像，讓建物空調負載減輕，甚至透過建物的空間對流設計，減少空調冷氣的依賴程度。

現在已有不少建物在導入再生能源時，將建物的垂直牆面空間導入太陽能電池的佈建區塊。像是整合太陽能電池集電設計元件的壁面材料元件設計，在基礎技術已經相當完整，但應用推廣上目前還難以成形，因為建築的外牆設計往往是建物的關鍵設計風格展現，而當前的太陽能電池材料以玻璃材與深暗顏色為主，會造成建築設計師規劃建物設計時的限制。

材料的構型與規格化設計選擇太少，同時這類建材也因為使用量少形成單價過高問題，太陽能電池概念建材在美學與成本上都需要加以突破，才有可能使建物垂直壁面擴展太陽能發電設備的可能性增加。

另太陽能採集器本身會有朝陽角度的設置限制(為達到最大化能量採集目的)，而在對應管線、線路、儲能設計等都有嚴苛的安全與技術要求，在達到建物最大化佈建太陽能採集設備的前提下，對於安全與材料應用限制，也會直接影響到建物部署太陽能再生能源的複雜度。

此外，在都會區、商業區的商業大樓棟距極為接近，也會造成垂直壁面的太陽能量採集受到臨棟建物的影響而導致儲能效益偏低，這也需要在評估環境時一併納入佈建前的選材、工程考量。