太阳能在开放空间设计中的应用

编者按：太阳能电池元素能够被用在建筑及建造结构中来提供电能。与科技设备的结合，使得这种设计上的挑战不仅用在了建筑上，也能够用在景观设计中。太阳能电池元素提供的太阳能产生的电能和热能将会在开放空间设计中得到广泛应用。

Article Source: MARIA PFEIFFER,Photovoltaics in Open Space Design,TOPOS 70,2010.03

Notice: This article is a reprinted version in Chinese with the official permission of the author MARIA PFEIFFER. Do not copy without permission.
声明：此翻译为正式授权文章，已征得作者同意在风景园林新青年(Youth Landscape Architecture)上发表，严禁转载。

仿佛在执行一项有规律的夜晚的仪式，年轻人和老年人，游客和当地居民步行来到Zadar（扎达尔）半岛的末端，等待太阳落到海里,，然后脚下的灯一一亮起。这是在有着超过2000年建筑历史的克罗地亚的Zadar（扎达尔），这里进行着一场人类与太阳的对话: 把一个圆嵌入地面，太阳能模块在白天收集太阳光，转换成电能，然后在晚上照亮整个广场。“没有什么是新的”建筑师Nikola Basic强调道，唯一的改变是它的应用：在数百个过路人的脚下。广场提供了它自己的能量，并使得周围的灯也在同一时间亮了起来。

在克罗地亚的城市Zadar（扎达尔）的人行道上，太阳能模块组成的圆在夜晚闪耀着不同的色彩。这里的太阳能是通过白天机器的运行产生的，不仅提供了夜间的景色，也照亮了整个海滨地区。Photo Credit: Maria Pfeiffer

太阳是最伟大的能量之源，拥有不可估量的能源潜能。即使在太阳能工业稀少但是能源消耗高的国家，每户居民如果能有几平方米的太阳能电池设备，就能满足所以的能源需求。比如在德国，这个数字是每个人八平米。如果建筑能够在自身承载功能之外收集太阳能，田地及耕地就不会被额外占用了。

太阳能电池设备和建筑的结合越来越流行了，这要感谢它设计的多样化。最近，建筑师们越来越注重能源储备及低碳建筑的竞争。毫无疑问，建筑的能源消耗占据了欧洲总能源消耗的40%，是最多的，紧随其后的是运输，占了31%。对于景观设计师而言，这样做为提供生态能源开启了一片广阔的空间：太阳能不仅仅能够用来照明，也能够用来提供运输所需的电力。

在Zadar（扎达尔）的滨海区建筑事务所Nikola Basic设计了人行道和太阳纪念碑，是一个地面上可穿行的直径为22米的圆形雕塑作品。Photo Credit: Maria Pfeiffer

这些用途中的其中一种已经被用在Zadar（扎达尔）的公共空间里了，这在世界上还是第一次。这个建在海角边上，拥有古老的白石灰房子的历史古城，是宝贵的世界文化遗产。旅游业是这里经济的主要支柱。 来自Ancona（安科纳），Trieste（的里雅斯特湾）和Venice（威尼斯）的船通常会停泊在这个。Nikola Basic，是来自于这个地方的著名建筑师，他重新设计了沿海岸的马路及人行道，为了给巡航舰修建一个停泊的位置。在那里他建立了“Pozdrav Suncu”（对太阳的问候—太阳纪念碑），一个直径为22米的圆形地面构建，你可行走其上。这个设计灵感来源于Zadar（扎达尔）1292年的年历，一部以太阳为基础的最古老的天文历书。为了让人们关注Zadar（扎达尔）的文化和科学遗产，并建立这个城市和太阳间的联系，在分离太阳纪念碑和周边广场的环状铺砌上，刻有城市保护神的名字及各个神忌日时太阳的位置。

这个太阳纪念碑围绕了300个太阳能电池模块在里面，总共有10000个LED灯在电池另一面。每到日落之时，一场设计好的灯光秀便上演，随着波浪和风琴声音的节奏而起。在那里，Basic设计了70米长的台阶，为的是把风琴的管子安置在里面，而后声音便随着波浪带来的空气压力产生。

Photo credit: Zvonimir Barisin

因为在白天产生的太阳能不光是为了晚上的灯光表演，还要照亮整个港口地区，所以此项目得到了欧洲低碳项目的赞助。观景台的材质除了玻璃的模块就是钢制的边缘，这个是为了衬托当地的石灰石。为了保证行人在玻璃上面行走的安全性，玻璃模块都采用了印刷表面。

当新的社区活动中心在澳大利亚的Ludesch镇上建起来时，建筑师Hermann Kaufmann在屋顶安装了太阳能设备。这个锯齿状的屋顶的12行面朝西南，当达到30度的时候，就自动朝向太阳。Photo Credit: Maria Pfeiffer

太阳能玻璃收集模块的使用通常是在屋顶上。屋顶为太阳能设备的集成提供了非常好的条件。它们无遮蔽的位置理想的为太阳提供了无障碍通道。带有太阳能屋顶的公共汽车站很多年前就已经到处可见了。盈利同样是停车场的两倍。太阳射线照到屋顶也同样适用于有着极端气候的地区。举一个成功的例子，在澳大利亚的Ludesch镇。 社区活动中心是在2005年完工的。位于它前面的广场被三面围合，因为将来会被用来作为集散地，所以被装上了顶棚。因为屋顶暴露的部分会被雪覆盖，所以不仅是结构的涉及，材料的选择也是一项特殊的挑战。出于采光（当冰雪覆盖屋顶时，则太暗）和遮阴（当阳光直射时，则太亮）的考虑，直接引出了屋顶光导集成太阳能系统使用的观点。让几乎五分之一的光通过屋顶，满足了广场内的遮阴要求而又不会使得广场太暗。除了能够提供阻挡阳光和特殊天气的保护以外，这些半透明的太阳能网每年能够把太阳能转换成11300欧元。

在Zadar（扎达尔）和Ludesch的例子证明了在开阔空间的水平表面安置太阳能设备的可行性。然而，从数量方面来说，竖直平面有着更大的潜力。隔音设施为此提供了很多的可能性。在德国根据法律规定，成百上千的隔音墙在公路及铁路旁筑起，这花去了很多纳税人的钱。早在十年前，有一项涉及英国，德国，法国，意大利，瑞士及荷兰范围内的研究，决定从公路边隔音墙中挑出噪音指向最好的那部分，可望用来产出超过300瓦的太阳能。除此之外，原则上朝向不好的的南北路线隔音墙，也被放入研究之中。因为南北路线的隔音墙双面都有太阳能电池，如此效果的好坏便有了参照。这些太阳能板能够俘获早晨来自东面的阳光以及下午来自西面的阳光。在瑞士这些隔音墙建在苏黎世的路边及Muensingen的铁路旁，用来试验这种安装的可行性。史无前例地，铁路偿还了Muensingen投资人部分的投资。毫无疑问，这是这类项目在财政上的里程碑事件。如果推而广之，那么太阳能和公共设施的组合将会收益更快些。如此将隔音设施和太阳能电池结合起来通常是一项双赢的事情。

对于公共空间的太阳能技术应用来说，可能薄膜硅太阳能会更具吸引力。虽然非晶硅太阳能单元还不能够达到上述例子中所举的单晶体太阳能电池的效率。但是从它们的基本性质来看，是有希望的。比如，非晶硅太阳能单元也能够容忍植物，行人和涂鸦带来的部分或临时的阴影。它们对于高的温度不太敏感，比如中午的炎热。它们甚至能够在阴天吸收并转化太阳能。它们（几乎）能够被生产成各种大小，然后用于箔或者灵活的材料-它们是那样的平滑，特别的薄，以至于它们令方格子看起来不过是被染上颜色了。然而，它们的价格要比单晶体太阳能单元便宜好多。

当太阳光直射的时候，太阳能板的运转能够达到最大功率。薄膜硅太阳能板因此在冬天被挂着，因为此时的太阳位置很低，在夏天就直接展开在地上。 瑞士设计师Christof Seiler和Reto Schmid鉴于非晶硅太阳能单元的灵活性，用它们来进行一场旅游形式的露天电影秀。等到夜幕降临时，太阳能便释放到了投影机上，带动16毫米的电影胶片缓缓运行。Photo Credit: Maria Pfeiffer

一个吸引人的非晶硅太阳能单元的使用是Samuel和Teresita Cochran的GROW。这个兄妹组合，在纽约建立了SMIT设计公司（Sustainably Minded Interactive Technology），他们从攀援植物那里受到启发，设计一个楼房，使得它的外墙具有储藏太阳能和风能的功能。这个设计用小的太阳能“叶子”取代了传统的太阳能模块，我们叫它“常春藤”。

这个模块结构是由五片叶子形成的砖来构成的。这种设计非常容易适应任何形状的墙，也容易被替换，维修或者延展。每一个叶子都是由一个灵活的太阳能单元构成，用来收获太阳能。如果叶子的翼转向风里，则能够同时通过叶柄里面微小的发电机产生风能。太阳能电池以及发电机组件都能够被多次使用。所有的人造纤维都可以完全再利用，甚至在生产阶段，都尽可能多的使用可回收利用的材料。

攀援植物启发了纽约的SMIT设计公司来设计一个外墙具有储藏太阳能风能的功能的建筑。Photo Credit: Maria Pfeiffer

鉴于非晶硅太阳能单元的灵活性，瑞士设计师Christof Seiler和Reto Schmid用它们来进行一场旅游形式的露天电影秀。他们用一辆拖车装着薄膜硅太阳能板，另一辆车装着放映电影的设备。临近目的地时，就打开太阳能板，收集一天的太阳能。等到夜幕降临时，太阳能便释放到了投影机上，带动16毫米的电影胶片缓缓运行。观看者只需要带上自己的椅子和零食，而且在换卷轴的间隔中的冰淇淋是免费的。在冬天他们把太阳能板挂起来，因为太阳的位置低。在夏天他们就直接把它展开在地上。

诸如此类的太阳能板也可以被用在街边的遮阳建筑或者蓬式建筑上。方案和想法是很多的，但是只要提到太阳能板的重量（放映10平米的电影要15千克）就只能反对。他们坚持的力学支撑，还没有达到最适宜的水平。这也就是为什么，在他们的太阳能电影放映两年后，这两个瑞士设计师把他们的太阳能帆留在家里，而换成使用两块笨重的单晶体太阳能板，这个会稳定很多。

与VEIL Solar Shades一起，澳洲设计事务所North利用实际的应用来教育学生太阳能设备和电力之间的直接联系。 眼镜蛇太阳能伞有很多灵活的太阳能单元在顶部，并顺着表面的弯度安装，就如鱼鳞一般。在它们高高的穹顶下面能够提供阴凉。Photo Credit: Maria Pfeiffer

在许可的范围内传播太阳能知识也是澳洲设计事务所North和VEIL Solar Shades的目的。这个交互式的方案产生于与Victorian Eco-Innovation 实验室的合作中（VEIL）。它的目的在于利用实际的应用教学来教育学生太阳能设备和电力之间的直接联系，与此同时让他们体验科技的应用。太阳能伞的形状看起来像眼镜蛇的头。在伞的迎接太阳光的一面，有很多灵活的太阳能单元，并顺着表面的弯度安装，就如鱼鳞一般。在它们高高的穹顶下面能够提供阴凉。在操作柄的帮助下，孩子们可以转动阴影找到最合适的位置，因为太阳在一整天里要换不同的位置。LED灯会显示产生多少电量以及穹顶的方向是否是最高效的。这个项目由澳洲政府委任，并计划用在小学的操场和公共空间的设计里。

太阳能以及太阳能发热元件都将会发展成为开放空间设计的普遍元素。太阳能使用的潜能应该尽早被确认在最初的概念阶段。此外，在支持开放空间设计，创造吸引人的方案及实现太阳能城市区域等方面，及时的跨学科间合作也将产生巨大作用。