作者 | Author：師劭航 SHI Shaohang，褚英男 CHU Yingnan，高唯芷 GAO Weizhi，宋曄皓 SONG Yehao/ 清華大學(xué)建筑學(xué)院 School of Architecture,Tsinghua University;清華大學(xué)生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，Key Laboratory of Eco Planning &Green Building,Ministry of Education (Tsinghua University)

1.引言

隨著全球變暖等環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，能源節(jié)約與低碳發(fā)展已成為世界各國(guó)的共識(shí)[1]，我國(guó)也在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)中提出了2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。建筑在全生命周期產(chǎn)生的碳排放量在總二氧化碳排放量中占比巨大，如何通過(guò)“開(kāi)源節(jié)流”的方式降低建筑的能源消耗與碳排放量具有重要意義?？稍偕茉唇ㄖ惑w化技術(shù)是一種有效的可持續(xù)路徑。而隨著我國(guó)《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范GB55015-2021》的頒布與執(zhí)行，太陽(yáng)能建筑技術(shù)也成為了諸多建筑工作者關(guān)注的焦點(diǎn)，規(guī)范強(qiáng)調(diào)了新建建筑與太陽(yáng)能系統(tǒng)整合的重要性，并要求太陽(yáng)能系統(tǒng)通過(guò)全年綜合利用滿足建筑能源需求[2]。

建筑光伏一體化（Building Integrated Photovoltaic，以下簡(jiǎn)稱BIPV）立面指的是將光伏電池集成于建筑立面系統(tǒng)中，取代原有的建筑構(gòu)件，使之成為建筑能源系統(tǒng)的組成部分[3]。隨著分布式發(fā)電技術(shù)日漸普及，BIPV立面可以通過(guò)就地發(fā)電，在一定程度上滿足建筑運(yùn)行能耗需求，從而提高了建筑的節(jié)能潛力[4,5]。

圖2.丹麥根本哈根國(guó)際學(xué)校的BIPV 立面（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[10]）

圖3 -a.柔性銅銦鎵硒光伏電池（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[11]）

圖3 -b.柔性CIGS 光伏在曲線型立面中的應(yīng)用（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[12]）

近年來(lái)，隨著綠色建筑技術(shù)的快速發(fā)展和新型BIPV產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，BIPV立面設(shè)計(jì)實(shí)踐與研究成果越來(lái)越多，為相關(guān)建筑設(shè)計(jì)的落成和前沿技術(shù)的開(kāi)發(fā)提供了更多可能性[6,7]。本文立足光伏產(chǎn)品、控制策略和整合設(shè)計(jì)三個(gè)方面，對(duì)不同BIPV立面技術(shù)原型在設(shè)計(jì)實(shí)踐中的應(yīng)用進(jìn)行了討論與分析，旨在為高品質(zhì)BIPV立面項(xiàng)目提供參考或啟示。

2.BIPV立面技術(shù)的應(yīng)用思考

建筑立面作為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，是直觀表達(dá)建筑藝術(shù)的載體，并極大程度上影響了建筑能耗水平[8]，因此，可持續(xù)建筑技術(shù)在建筑立面中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，具有重要的研究意義。BIPV設(shè)計(jì)實(shí)踐與建筑形體、建筑功能、項(xiàng)目選址的氣候條件與經(jīng)濟(jì)水平等密切相關(guān)，伴隨BIPV材料與工藝的多樣化趨勢(shì)，不同BIPV立面技術(shù)的應(yīng)用可歸納為三個(gè)層面：豐富的光伏產(chǎn)品滿足了建筑不同的功能與場(chǎng)景需求、性能可調(diào)策略提高了建筑節(jié)能潛力、整合設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了外觀效果與性能目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化。

2.1.光伏產(chǎn)品

隨著光伏電池技術(shù)的不斷發(fā)展和綠色建筑系統(tǒng)的迫切需要，光伏材料和產(chǎn)品加工工藝的種類越來(lái)越多，已有的多樣化光伏產(chǎn)品可以滿足建筑師的設(shè)計(jì)需求，建筑設(shè)計(jì)不再受到產(chǎn)品種類和樣式的限制。根據(jù)光伏產(chǎn)品在不同類型立面圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，可劃分為不透光BIPV立面和透光BIPV立面。

（1）不透光BIPV立面中的光伏產(chǎn)品

對(duì)于不透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)，將光伏電池加裝于其外表面是一種節(jié)約空間、提高能源性能的選擇，該BIPV立面原型不會(huì)影響室內(nèi)人員窗景的視線，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)就地發(fā)電。例如位于加拿大的SOLO House（圖1），在建筑南立面上安裝了32kW的光伏電池，實(shí)現(xiàn)了住宅的“離網(wǎng)”運(yùn)行目標(biāo)[9]，有效降低了建筑在運(yùn)行期間的碳排放。

彩色不透光光伏電池為建筑立面創(chuàng)作提供了新機(jī)遇。此類光伏立面采用彩色光伏電池固定于建筑外墻，在顏色、模數(shù)和表面肌理上打破了人們對(duì)光伏建筑的“標(biāo)簽印象”，可以打造獨(dú)特的建筑外觀效果。例如丹麥哥本哈根國(guó)際學(xué)校（圖2）在建筑立面上安裝了由SolarLab定制設(shè)計(jì)的12000塊相同的藍(lán)綠色的太陽(yáng)能玻璃，與常見(jiàn)的晶硅光伏的顏色與肌理都不同，該項(xiàng)目的光伏模塊還通過(guò)角度的隨機(jī)設(shè)計(jì)使得建筑立面形成了豐富的視覺(jué)效果；在滿足產(chǎn)能需求方面，該國(guó)際學(xué)校采用的太陽(yáng)能電池可以在建筑全生命周期層面帶來(lái)顯著收益，據(jù)估算該項(xiàng)目可以在投入使用多年后實(shí)現(xiàn)能源碳足跡回收，成為一座“免費(fèi)發(fā)電”的學(xué)校[10]。

在參數(shù)化設(shè)計(jì)與建造技術(shù)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，曲線立面建筑層出不窮，柔性光伏電池具有良好彎曲能力（圖3-a），為曲線型BIPV立面的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了可能性（圖3-b）。此外，柔性光伏電池在材料運(yùn)輸方面，還發(fā)電量最大；而傾斜角度為20°時(shí)，光伏系統(tǒng)的全年總電力效益最大。

光伏組件集成于BIPV窗、BIPV幕墻系統(tǒng)中，可以在發(fā)電的同時(shí)，保留透光圍護(hù)結(jié)構(gòu)的部分采光性能，適當(dāng)減少太陽(yáng)輻射室內(nèi)得熱量，還具有節(jié)約建筑材料、節(jié)約空間等優(yōu)勢(shì)。例如中國(guó)北京旭輝零碳空間示范項(xiàng)目的立面中采用的光伏模塊陣列分布的光伏玻璃（圖9），在外觀效果上營(yíng)造了整齊的立面形態(tài)模數(shù)；建筑性能方面，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了采光、得熱和發(fā)電。此項(xiàng)目還結(jié)合了屋頂光伏板、太陽(yáng)能熱水等技術(shù)措施，多種策略的結(jié)合應(yīng)用有效降低了建筑的運(yùn)行能耗[18]。而澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Yang等人[19]則采用建筑性能模擬的方法量化了四種光電光熱建筑一體化（BIPV/T）幕墻原型在澳大利亞不同氣候區(qū)應(yīng)用的綜合性能表現(xiàn)，涉及非晶硅光伏、染料敏化太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池三種光伏材料。結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)技術(shù)，基于設(shè)定工況，三個(gè)代表城市達(dá)爾文、悉尼和堪培拉的BIPV幕墻實(shí)現(xiàn)的總節(jié)能率均可達(dá)30%以上，堪培拉地區(qū)性能表現(xiàn)最佳的幕墻原型總節(jié)能率可達(dá)106%，有效論證了BIPV幕墻的綜合節(jié)能效益。

較為特殊的是，染料敏化電池、碲化鎘電池等彩色透光薄膜光伏可以打造出特色建筑空間與室內(nèi)光環(huán)境，并一定程度上優(yōu)化室內(nèi)熱環(huán)境。例如瑞士科技會(huì)展中心（圖10）的建筑立面采用了300平方米的透光染料敏化電池光伏玻璃，采用的紅色和橙色電池模塊可以阻擋一部分太陽(yáng)輻射進(jìn)入室內(nèi)，避免了室內(nèi)溫度過(guò)高[20]。此外，碲化鎘電池同樣可以擁有彩色透光的特性，例如瑞典 Vallastaden 立體車庫(kù)的立面（圖11）采用的雙層皮結(jié)構(gòu)，外側(cè)表皮使用了彩色碲化鎘薄膜電池；該雙層皮結(jié)構(gòu)還集成了LED照明設(shè)計(jì)，可以在夜間煥發(fā)光彩[21]。但此類BIPV立面技術(shù)的應(yīng)用也存在一定短板，在特殊功能的建筑或房間中使用時(shí)，需要綜合考慮人員的視覺(jué)與色彩感知問(wèn)題[22]。

2.2.控制策略

隨著建筑節(jié)能技術(shù)的推廣與人們對(duì)室內(nèi)環(huán)境要求的不斷提高，BIPV立面逐漸從以往的穩(wěn)定性立面轉(zhuǎn)向性能可調(diào)立面。BIPV產(chǎn)品應(yīng)結(jié)合智控系統(tǒng)、性能可變材料等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)物理環(huán)境的動(dòng)態(tài)優(yōu)化、挖掘性能可調(diào)BIPV構(gòu)造的節(jié)能效益?；诓煌臉?gòu)造方式，性能可調(diào)BIPV立面主要可分為三類：光伏構(gòu)件可調(diào)立面、性能可調(diào)光伏幕墻和光伏智能窗。

（1）光伏構(gòu)件可調(diào)立面

光伏構(gòu)件可調(diào)立面通過(guò)對(duì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可以調(diào)控建筑的室內(nèi)被動(dòng)輻射得熱和天然光分布，有效優(yōu)化了建筑的“光電熱”性能，從而達(dá)到節(jié)能目的。例如瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Nagy等人[23]提出了一種模塊化的動(dòng)態(tài)BIPV遮陽(yáng)系統(tǒng)（圖12），基于建筑性能模具有重量輕、靈活性強(qiáng)、運(yùn)輸成本較低和不易發(fā)生運(yùn)輸損壞等優(yōu)勢(shì)[11]。

圖4.不同光伏產(chǎn)品模擬建筑立面應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)測(cè)試（圖片來(lái)源：作者自攝）

圖5.不同光伏產(chǎn)品在模擬建筑立面實(shí)驗(yàn)中的光電轉(zhuǎn)化率對(duì)比（圖片來(lái)源：作者自繪）

圖6.不同光伏產(chǎn)品在模擬建筑立面實(shí)驗(yàn)中的溫度對(duì)比（圖片來(lái)源：作者自繪）

表1.不同光伏產(chǎn)品戶外實(shí)驗(yàn)中的熱性能分析（表格來(lái)源：作者自繪）

在性能實(shí)測(cè)方面，筆者研究團(tuán)隊(duì)采用單晶硅、多晶硅、碲化鎘和銅銦鎵硒四種不透光光伏產(chǎn)品，模擬它們?cè)诮ㄖ⒚嬷械膽?yīng)用場(chǎng)景（圖4），并以北京地區(qū)夏季為例，探究了不同光伏產(chǎn)品的電熱性能差異。通過(guò)性能測(cè)試與數(shù)據(jù)挖掘建立了光伏性能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集，包含光伏產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)化率、光伏溫度、環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度等指標(biāo)（圖5，圖6，表1）。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，光電轉(zhuǎn)化效率方面，四種光伏電池的轉(zhuǎn)化效率平均值排序?yàn)閱尉Ч瑁俱~銦鎵硒＞碲化鎘＞多晶硅。光伏板溫度方面，碲化鎘在夏季溫度可達(dá)近70℃，平均溫度高于另外三種光伏電池；結(jié)合光伏板溫度與環(huán)境參數(shù)的相關(guān)性分析，可以看出，與不同光伏產(chǎn)品溫度高度相關(guān)的變量參數(shù)主要包括太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、室外溫度和風(fēng)溫，而太陽(yáng)輻射強(qiáng)度對(duì)光伏板溫度的影響排序?yàn)轫诨k＞多晶硅＞銅銦鎵硒＞單晶硅，究其原因，主要與不同光伏產(chǎn)品的表面發(fā)射率有關(guān)。

雖然不同的光伏產(chǎn)品的光電轉(zhuǎn)化效率、熱性能存在差異，但是它們有各自適用的立面場(chǎng)景。以碲化鎘電池為例，在弱光條件下其性能表現(xiàn)更佳[13]；此外，當(dāng)前研究實(shí)驗(yàn)是夏季進(jìn)行的，BIPV立面的光伏選材需要根據(jù)設(shè)計(jì)與技術(shù)目標(biāo)綜合考慮光伏產(chǎn)品全年的性能表現(xiàn)，以及光伏系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性[14]、能源回收期和溫室氣體排放回收期[15]等因素。

（2）透光BIPV立面中的光伏產(chǎn)品

基于綠色建筑“少費(fèi)多用”的理念和BIPV產(chǎn)品的一體化特征，光伏構(gòu)件在透光立面圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用往往可以集成多種功能。BIPV產(chǎn)品不再局限于發(fā)電，還可結(jié)合建筑遮陽(yáng)、余熱利用等技術(shù)優(yōu)化特定能源目標(biāo)，拓展建筑節(jié)能的維度。

光伏遮陽(yáng)設(shè)備兼具了遮熱和光伏產(chǎn)能兩方面效益，可以有效減少夏季室內(nèi)得熱，從而減少建筑制冷能耗，因此尤其適用于我國(guó)夏熱冬暖地區(qū)等炎熱氣候區(qū)。例如中國(guó)廣州珠江城大廈在建筑窗檐中加入了光伏組件（圖7），形成了光伏遮陽(yáng)立面[16]，有效提高了建筑的節(jié)能潛力。但需要注意的是，光伏遮陽(yáng)設(shè)備在不同氣候區(qū)的適用性存在差異，其全年總節(jié)能潛力應(yīng)進(jìn)行綜合模擬評(píng)估，以確定最佳設(shè)計(jì)參數(shù)能否滿足預(yù)期的建筑能源目標(biāo)。中國(guó)香港理工大學(xué)的Zhang等人[17]采用EnergyPlus建筑性能模擬軟件研究了在香港地區(qū)將光伏板作為固定式外遮陽(yáng)構(gòu)件（圖8）的最佳角度，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括光伏遮陽(yáng)系統(tǒng)的熱性能、采光性能和發(fā)電性能，即綜合考慮了遮陽(yáng)設(shè)備導(dǎo)致的冬季供暖和人工照明能耗的增加。結(jié)果表明，不同能源目標(biāo)導(dǎo)向的光伏遮陽(yáng)構(gòu)造的最佳設(shè)計(jì)角度并不相同——光伏遮陽(yáng)構(gòu)造傾斜角度為30°時(shí)，光伏系統(tǒng)的擬軟件數(shù)據(jù)顯示，在溫和地區(qū)的設(shè)定情況下，該系統(tǒng)的總節(jié)能率可達(dá)25%；如果在炎熱氣候應(yīng)用該構(gòu)造，其綜合節(jié)能效果可能更好。

圖7.中國(guó)廣州珠江城大廈項(xiàng)目中的光伏遮陽(yáng)一體化設(shè)計(jì)（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[16]）

圖8.固定式光伏外遮陽(yáng)系統(tǒng)示意圖（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[17]）

圖9.中國(guó)北京旭輝零碳空間示范項(xiàng)目中的光伏玻璃（圖片來(lái)源：素樸工作室）

（2）性能可調(diào)光伏幕墻

光伏幕墻可以整合通風(fēng)可調(diào)、傳熱可調(diào)等功能，從而根據(jù)環(huán)境變化或室內(nèi)人員需求做出快速響應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能目標(biāo)。以通風(fēng)性能可調(diào)幕墻為例，由于雙層幕墻空腔的溫室效應(yīng)，當(dāng)空腔關(guān)閉時(shí)，在太陽(yáng)輻射主導(dǎo)作用下，其內(nèi)的溫度會(huì)比開(kāi)啟狀態(tài)下的溫度更高，因此在不同季節(jié)，開(kāi)啟和關(guān)閉BIPV幕墻可以在一定程度上改進(jìn)室內(nèi)熱舒適。例如韓國(guó)農(nóng)村研究所未來(lái)農(nóng)業(yè)部的Lee等人[24]在一間南向辦公室安裝了一種通風(fēng)和發(fā)電性能可調(diào)的BIPV幕墻系統(tǒng)（圖13），并通過(guò)軟件模擬與性能實(shí)測(cè)結(jié)合的方式，針對(duì)該幕墻原型研究了不同季節(jié)調(diào)控策略的節(jié)能潛力。冬季和夏季該幕墻有不同的操作模式——冬季關(guān)閉光伏組件減少對(duì)流換熱，夏季則通過(guò)開(kāi)啟光伏組件增加對(duì)流換熱；此外，在夏季，當(dāng)角度可調(diào)的光伏組件開(kāi)啟時(shí)，太陽(yáng)能電池由垂直轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜，增加了光伏表面輻射量，一定程度上提高了光伏系統(tǒng)的產(chǎn)能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該構(gòu)造可以有效改進(jìn)冬季室內(nèi)熱舒適，還可以降低夏季至少10%的制冷能耗。

（3）光伏智能窗

將性能可變材料集成于BIPV窗系統(tǒng)中形成的光伏智能窗，具有就地發(fā)電、不額外占用空間等優(yōu)點(diǎn)。整合了變色玻璃的光伏器件在變色過(guò)程中，太陽(yáng)輻射透過(guò)率和可見(jiàn)光透過(guò)率均會(huì)發(fā)生改變，因此未來(lái)如果能將相關(guān)構(gòu)造應(yīng)用于窗系統(tǒng)中，將實(shí)現(xiàn)巨大的減碳效益。例如意大利CNR納米科學(xué)研究所的Malara等人[25]研發(fā)了一種電致變色智能光伏組件（圖14），其可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的同時(shí)，調(diào)整其光學(xué)透過(guò)率，即改變室內(nèi)得熱與采光分布情況，可以有效降低建筑制冷能耗水平。而英國(guó)諾丁漢大學(xué)的Connelly等人[26]研制了一種新型光伏熱致變色窗模塊（圖15），該組件中的熱致變色層可以根據(jù)環(huán)境溫度變化被動(dòng)地呈現(xiàn)出不同的透光性能，智能地調(diào)控室內(nèi)得熱與采光，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)——冬季室外溫度較低，光伏智能窗呈現(xiàn)透明狀態(tài)，可以有效增加太陽(yáng)輻射室內(nèi)得熱量；夏季室外溫度較高，窗戶呈現(xiàn)半透明狀態(tài)，與之對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)輻射室內(nèi)熱增益減少。但是應(yīng)當(dāng)注意的是，變色玻璃在窗系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)需要評(píng)估其變色能力的循環(huán)穩(wěn)定性，因?yàn)檫@可能會(huì)在一定程度上限制BIPV智能窗的使用壽命。

2.3.整合設(shè)計(jì)

隨著國(guó)內(nèi)外綠色標(biāo)準(zhǔn)的推廣普及，以及各類光伏產(chǎn)品的市場(chǎng)化，BIPV立面項(xiàng)目應(yīng)關(guān)注設(shè)計(jì)與技術(shù)的深度整合，避免以光伏系統(tǒng)發(fā)電量作為唯一設(shè)計(jì)目標(biāo)，旨在保障建筑外觀效果、集成優(yōu)化建筑采光傳熱等多方面性能。具體而言，BIPV立面項(xiàng)目的整合設(shè)計(jì)可以從建筑單體、建筑與周圍環(huán)境兩個(gè)層面開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1）建筑單體整合設(shè)計(jì)

整合設(shè)計(jì)導(dǎo)向的BIPV立面建筑單體，應(yīng)采取適宜的外觀設(shè)計(jì)與技術(shù)策略來(lái)回應(yīng)建筑空間功能、所處的氣候環(huán)境等，使得光伏系統(tǒng)與建筑單體具有良好的協(xié)調(diào)性。BIPV產(chǎn)品不只是簡(jiǎn)單的立面構(gòu)件，還在建筑外觀效果、建筑性能優(yōu)化、空間利用等方面兼顧一定支持作用。例如位于韓國(guó)首爾的FKI大廈（圖16-a）的折線形建筑立面，交替地采用了晶硅光伏組件和采光玻璃，營(yíng)造了立面形態(tài)整齊的韻律感，同時(shí)，光伏系統(tǒng)還可以有效滿足建筑能耗需求。該項(xiàng)目的光伏板與采光玻璃的角度經(jīng)過(guò)了精細(xì)化設(shè)計(jì)，二者分別設(shè)置為30°和15°（圖16-b），以保證不透光的光伏部分發(fā)電量最大和透光部分輻射得熱最小化[27]，實(shí)現(xiàn)了建筑美觀與性能優(yōu)化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。而在中國(guó)河北省的“2021國(guó)際太陽(yáng)能十項(xiàng)全能競(jìng)賽”的草原方舟項(xiàng)目（圖17）中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)采用了屋頂立面一體化光伏設(shè)計(jì)，基于玻璃襯底的碲化鎘電池可以在日間反射出周圍景物及天空的鏡像效果，具有創(chuàng)新性。此外，該項(xiàng)目的光伏構(gòu)造的傾斜角度經(jīng)過(guò)預(yù)先的模擬計(jì)算，確?？稍偕茉聪到y(tǒng)發(fā)電量充足。光伏構(gòu)造背后還預(yù)留出了空腔，便于維修人員進(jìn)入空腔中檢修機(jī)電系統(tǒng)，還可以用于儲(chǔ)物，實(shí)現(xiàn)了空間的高效利用；性能優(yōu)化層面，此空腔還保證了光伏電池的有效散熱——防止溫度過(guò)高導(dǎo)致的光伏系統(tǒng)損壞或光電轉(zhuǎn)化率降低。因此，草原方舟的BIPV設(shè)計(jì)將建筑外觀效果、光伏系統(tǒng)產(chǎn)能、閑置空間綜合利用等多項(xiàng)要素自然地集成在一起，實(shí)現(xiàn)了整合優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）建筑與周圍環(huán)境整合設(shè)計(jì)

BIPV立面的外觀效果設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證與周圍環(huán)境有良好的協(xié)調(diào)效果，在光伏立面設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)充分關(guān)注建筑所在片區(qū)的城市街道肌理、場(chǎng)地周圍建筑的體量模數(shù)、場(chǎng)地周圍建筑表皮的色彩與材料等；BIPV立面技術(shù)的應(yīng)用還應(yīng)考慮建筑本體對(duì)太陽(yáng)光的自遮擋，或場(chǎng)地環(huán)境對(duì)建筑立面光伏系統(tǒng)的遮擋（圖18），以減少因遮擋現(xiàn)象導(dǎo)致的光伏系統(tǒng)發(fā)電量的折損[28]。

圖10.瑞士科技會(huì)展中心的染料敏化光伏立面（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[20]）

圖11.瑞典 Vallastaden 立體車庫(kù)的彩色幕墻（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[21]）

圖12.動(dòng)態(tài)BIPV 遮陽(yáng)系統(tǒng)的構(gòu)造原型（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[23]）

圖13.一種性能可調(diào)的光伏雙層幕墻（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[24]）

圖14.光伏器件變色前后的光學(xué)透過(guò)效果（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[25]）

3.總結(jié)

BIPV立面可以有效利用可再生能源實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能，不僅降低了建筑能耗水平，還可以優(yōu)化建筑外觀效果，是一種極具前景的建筑技術(shù)。本文基于國(guó)內(nèi)外建成項(xiàng)目與前沿研究中的BIPV立面原型，提出了BIPV立面技術(shù)的應(yīng)用思考，相關(guān)討論與分析可以為未來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)踐提供參考或啟示。豐富的光伏產(chǎn)品滿足了建筑不同的功能與場(chǎng)景需求，性能可調(diào)策略提高了建筑節(jié)能潛力，整合設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了外觀效果與性能目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化。BIPV立面在建筑的設(shè)計(jì)與技術(shù)兩個(gè)維度有著長(zhǎng)足的應(yīng)用前景與推廣價(jià)值，將會(huì)在我國(guó)“2030碳達(dá)峰”、“2060碳中和”背景下助力打造越來(lái)越多的可持續(xù)建筑。

圖16.韓國(guó)首爾FKI 大廈

圖15.光伏智能窗在夏季和冬季具有不同的光學(xué)透過(guò)率（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[26]）

圖17.草原方舟采用的BIPV 技術(shù)

圖18.BIPV 項(xiàng)目受到的太陽(yáng)輻射遮擋（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)[28]）

本研究由國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(52078264)支持