以陽光構築空間 光電建築

680期

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文 陳怡 圖 林滄輝

光電建築(Building-integrated Photovoltaics,BIPV),字面之意為「一體型建築整合太陽能電板」,亦即將太陽能板當作建材,成為建築物內建的一部分。過往建築師將陽光視為詩意的語彙,追求光影與建築交融的意境,而光電建築不但能創造詩意和美感,還可實際利用太陽能來發電,扮演生產能源的角色。

廣義的太陽能建築分為兩類:第一類是屋頂型及距置型,將太陽能電板建置在屋頂、魚塭或農田等,即透過外加的方式,在既有的空間上建置太陽能板。第二類可稱作光電建築(BIPV),則是將太陽能板作為建築材料,可以取代屋頂、採光罩、立面窗等。換句話說,太陽能光電發電系統就是建築物本體的一部分。

建築師葉世宗於15年前就致力於光電建築,曾經手不少相關項目。針對光電建築的概念,他進一步解釋:「一般大眾容易誤解,以為光電建築分作『一般標準模組的光電板』和『BIPV模組的光電板』,其實並非如此,光電板就是光電板,只要能取代建築元素,都可稱為BIPV;所以BIPV不是一種太陽能板模組的名詞,而是一種工法和觀念。不管使用哪一種太陽能板的模組,只要可以取代窗戶、作為屋頂的採光罩等,都叫BIPV太陽能光電發電系統。」

葉世宗簡單舉例,「假如有一天你想改造一家餐廳,只要屋頂改用太陽能板採光罩、或是使用太陽能光電薄膜,那麼這棟建築物也可以叫做光電建築。」

除此之外,光電建築的設計會受到陽光照射角度的影響。例如北歐及日本的緯度較高,建築物裝設太陽能板的角度幾乎垂直地表,較常作為玻璃立面;臺灣的地理位置則較接近赤道,因此光電板較不適合做在立面上,裝設角度約15至20度,多半設在屋頂上或做成採光罩。

友善環境的知性建築

葉世宗說明光電建築的兩大優點,第一是友善環境。地球有三大人為殺手─交通、工業和建築,這三種產業大量消耗能源,對環境帶來巨大影響。以往建築為耗能的實體,而光電建築將太陽能轉化成電能供空間使用,抵銷建築生產過程消耗的能源,不但達到節能的目的,還可主動生產電能。「假如城市裡每一棟建築物皆可裝置光電板,即微型電廠的觀念,那麼整體的效益將更可觀。」第二個優點,是讓建築美學從感性的空間體驗,變成知性的美學。「以往建築物以磚、石、鋼構、玻璃等來打造,直到21世紀才大量出現商用太陽能板,及使用太陽能板來設計建築物,可以兼顧美學和產能,在感性的體驗之外還有知性的收穫。」

葉世宗分析,雖然光電建築初期成本高昂,但是BIPV的成本可從下列幾點抵銷:首先它可取代建築材料,因此能節省營建成本;其次,太陽光電模板的保用為20年,雖然每10年發電率大約衰減10%,但不影響發電系統運作,長期使用經濟效益高。除此之外,光電建築維護成本低,除非落塵量多,否則只須雨水沖刷就能洗淨光電板,即使模板遭到破壞也能輕易拆換,不致影響整體系統運作。而光電建築最重要的發電效益,還會實際反映在與台電併聯躉購的電費上。

融入建築美學的發電系統

外加式的太陽能發電系統,只須透過專業廠商操作,將光電板架設在建築物、農田或魚塭即可完成;光電建築則將光電板作為建築元素之一,除了達到發電目的,整體設計仍須回歸「建築美學」。

葉世宗說,「其實臺灣光電建築相關技術都已成熟,因此施作上並無太大困難,真正的挑戰反而在建築師身上,建築師要思考怎麼將光電板和建築物優美地結合。」另一方面,長期輕忽建築美學的社會大眾,也須加強對空間美學的重視。

葉世宗經手改建的臺南市政府民治中心(原臺南縣政府)一案,即是將老屋改造成光電建築的最佳範例。案址位於臺南市新營區,改造前為一屋齡30年的建物,翻修的重點在於建築立面,建築師利用原本建物的三個RC雨庇,設計成具有「煙囪效應」的玻璃盒,讓冷空氣由下而上進出,並在玻璃盒外裝設太陽能板作為遮陽板。煥然一新的立面設計,賦予整體建築物全新氣象。

位於臺南市政府民治中心對面的南瀛綠都心公園,則有臺灣第一座全新建造、整體的光電建築物。公園的地下廣場出口運用BIPV技術來設計,並將光電頂罩南傾,取得最佳日照角度,整體設計猶如大型公共藝術雕塑。此外,建築物在夜間照明下更顯「光彩奪幕」,為民眾帶來全新的空間體驗。葉世宗的設計初衷,便是跳出「裝置光電板」的思維,將具有發電功能的「材料」應用在建築上,並結合富含美感的造型設計,藉此融入環境。值得一提的是,此項目從光電板的生產、建材構造、技術結構施作等全為臺灣製造,足見臺灣技術早已成熟,深具發展光電建築的潛力。

重新整建的新北市中和區錦和運動公園當中的「風光中和」區便以再生能源為主題,分別建置鋼構光電涼亭和木構光電涼亭。涼亭以採光罩及太陽能板構成,並採用透光率5%的薄膜光電模組,皆為光電建築代表;運動公園後方低矮的郊山上還建置了小型風力發電機,可作為再生能源教育示範。

除此之外,也有將太陽能光電發電系統應用在廊道的案例。例如臺北市萬華運動中心,其屋頂花園為射箭練習場,於此設計一座光電廊道,可兼顧視覺穿透及透光性。另一屋頂光電廊道案例位在臺北市南門市場,此處為光電建築集大成之作,含括各式BIPV應用示範,包括屋頂型、距置型等,為一能源教育示範場域。

臺灣最大的採光罩改建光電建築案場位於嘉義縣中正大學活動中心,其太陽光電的總設置容量達200kWp,其中100kWp為屋頂距置型,另外100kWp為BIPV模組的採光罩。當時活動中心中庭的採光罩處於損壞而無法維修的狀態,又適逢經濟部能源局推廣光電建築,校方也積極發展太陽能光電系統的應用研究,因此葉世宗與校方合作,趁著改建之際將BIPV工法應用在採光罩的翻修,新建的採光罩不僅能採光蔽雨,還可生產電力。

葉世宗表示,雖在十多年前,國內的光電建築一度有鵲起之勢,但因成本過高,且建築師仍不熟悉相關領域,因此未能形成潮流,國內目前仍停留在屋頂型太陽光電發電系統的建置。如今再生能源已是臺灣能源轉型過程最重要的關鍵詞,而光電建築能兼顧節能減碳和審美體驗,技術面也已成熟,為呼應能源趨勢的構築形式,未來在臺灣的發展仍值得期待。

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