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摘要：随着光伏材料应用在建筑物上，光伏建筑一体化的美观要求应运而生，通过对于光伏阵列作为建筑表皮的组合表现力组合表现特点的描述，从形状，颜色，材质，以及和环境结合案例分析提出光伏阵列作为建筑表皮的美观呈现。
关键词：光伏阵列 建筑表皮 形状 颜色 材质 环境
1 光伏阵列作为建筑表皮的组合表现力组合表现的特点
光伏表皮通常由多种材料组合而成，这之间包括多种光伏材料运用在不同部位，也有光伏材料和其他材料诸如：混凝土，木材，玻璃，金属等材料组合使用。由于光伏材料其特有的形式，色彩，质感和比例，所以最终呈现的表皮状态也会有不同的色彩和肌理。光伏表皮的组合表现研究包括三个方面：（1）光伏组件如何表现建筑形体。（2）光伏组件在相互组合阵列与其他材料组合中如何表现自身。（3）光伏材料的运用如何结合光线和环境等表现建筑特征。这三个方面总体来说跟视觉是有关的，在以下论述中应用很多视觉造型理论和经验，从四个方面阐述。
1.1光伏阵列表皮中建筑形态的组合表现
光伏阵列的“形”与“质”与建筑形态的展现是相辅相成的。为了表达建筑造型特征，其外表不宜采用过多材质，而光伏材料阵列的效果可以将形体变化统一起来，在实现大规模发电的同时，形成整体的艺术效果。但是光伏组件由于其构造和功能限制，往往很难做到塑性。这往往需要建筑形态和光伏阵列一体化设计。结合实际案例分析不同建筑形体和光伏阵列的表达与对话。
1.1.1规则平面建筑形态表达
案例分析：SolarCube——Discovery科学应用中心（如图1）
应用方式：光伏立面
组件类型：薄膜
竣工：2007年
地点：加利福尼亚州，美国
4000㎡薄膜光伏模块（BP SOLAREX）每年产生约30000Kwh电力，南向倾斜角高效率吸收太阳能，黑框薄膜光伏组件镜面效果达到很到的反射效果的同时给建筑形体赋予高技表达。发电量为20kwp。
1.1.2弧面建筑形态表达
案例分析：Solarshowcase——G8峰会会议展厅（如图2）
应用方式：光伏立面
组件类型：单晶硅
竣工：2009年
地点：伯明翰，英国
该建筑建于英国政府作为8国峰会的展览建筑，1998年英国伯明翰。奥雅纳工程顾问，无框单晶硅太阳能电池和塑性钢材一起，形成弯曲的一体化设计。由于单晶硅模块的限制，尽可能缩小每块尺寸以顺应表面弧度。
1.1.3反曲面建筑形态表达
案例分析：柏林太阳能墙展厅（如图3）
应用方式：光伏墙面
组件类型：薄膜
建筑师：msp Architekten，海尔布隆
竣工：2007年
地点：柏林，德国
费迪南德布劳恩高频技术研究所重组计划，该技术和生产设施，光伏一体化区域既有其城市美学功能通过西南太阳辐射，朝向一个最佳方向，优雅的弧形墙脱离其主体结构，其支撑结构为平行多边形。薄膜组件技术通过其均匀的黑色外观达到统一视觉效果，每块组件提供45-60W功率。
1.1.4非常规建筑形态表达
这里的非常规是指相对于光伏板现有结构来说很难以做到的形态表达方式，例如三角形屋面或者其他不规则平面形式。常用的方法是用光伏板材料制作成不规则组件，但牺牲光伏板发电功能，不将不规则光伏板接入电路，以保证建筑整个形体的美学特征。
案例分析：2010年世博会主题馆（如图4）
应用方式：光伏屋顶一体化
组件类型：多晶硅
竣工：2010年
地点：上海，中国
2010年世博会主题馆屋面菱形分割，为保证整体美观效果，在菱形边角处单独处理制作假模块，不接入电网发电。
1.2光伏表皮中材料色彩组合及表现
色彩具有很强的视觉效应，在建筑表皮设计中成为非常重要因素之一，光伏表皮的材料组合包括色彩的造型，色彩的对比和色彩的协调三个方面。
1.2.1色彩构成变化
其中色彩的造型主要有点线面综合等形式。大多数光伏板的造型以矩形为主。这里着重讨论光伏板的面式色彩，即由大规模光伏组件形成的色块组成的建筑外表面的构图效果。其造型效果鲜明，对比强烈，在群里环境中，面式色彩具有较强影响力。
案例分析：Thyssen krupp Stahl公司总部（如图5）
应用方式：光伏立面一体化
组件类型：薄膜
竣工：2002年
地点：杜伊斯堡，德国
设计的挑战如何最大限度得增强建筑物的外观效果，建筑师选择黄绿色彩钢板和蓝色光伏板，通过大面积的彩钢板和线性蓝色光伏板的对比形成一个具有吸引力的太阳能光伏系统。
1.2.2色彩的对比
色彩的对比，由于大多数光伏板在色彩呈现上是以蓝黑色为主，故在整体建筑设计上考虑到其他建筑材料和它一体化设计，如通过色彩上对比，色块面积大小，形状对比，色线长短，对比色的应用等变化。达到一体化视觉艺术效果。
1.2.3色彩的协调
色彩的调和即材料近似色的使用，其表现方式有多种：同色调和，临色调和，间色调和，如果建筑形体本身比较复杂，又有多种材料组合，那让不同材料色彩尽可能和谐统一。就光伏表皮而言，光伏组件材料的颜色以深色为主可选择其他深色建筑例如深色金属面板，通过色彩的协调共同突出变化丰富的建筑形体。
1.3光伏表皮中材料质感和肌理的组合及表现
质感和肌理组合表现主要讨论是光伏组件和混凝土，木材，玻璃，金属等常用建筑材料组合使用后的表现效果。光伏材料质地光滑，具有光线的照射效果。与其他建筑材料组合后，质地的光滑和粗糙，颜色的轻与重，反光和透明等多样性是表现建筑个性和丰富性的重要方面。 1.3.1光伏材料和混凝土
光伏材料和混凝土的组合体现了光滑与粗糙，轻与重质感的对比。
案例分析：Esplanade光伏发电站（如图6）
应用方式：光伏屋面一体化
建筑师：Martinez Lapena
组件类型：单晶硅
竣工：2004年
地点：巴塞罗那，西班牙
位于巴塞罗那海滩边光伏发电站被设计成一个具有雕塑感的形式，在发电功能和为海滩景观做贡献的同时为游人提供一个休闲和遮阳空间。混凝土粗糙的质感和光伏板平滑半透明的特性形成对比。加强了整个雕塑形体的空间表现力。
1.3.2光伏材料和木材
木材本身是环保材料，和光伏组件组合使用通过冷色和暖色的对比，坚硬和柔软的质感对比，从整体上达到一种对比和谐。
1.3.3光伏材料和玻璃
光伏材料和玻璃都是工业化生产下的现代建筑材料。两种的组合通常体现在光伏板的暗与玻璃的明，光伏的实与玻璃的虚。而形成阴影效果，强化两种材料的功能，展现全新表现效果。
1.3.4光伏材料和金属
晶硅光伏原料硅是金属的一种，与其他金属材料组合中，光伏组件在色泽，形式以及偏冷的质感上更容易与之协调，表达出高技派和节能理念。
2光伏表皮和光线环境的组合
光伏表皮的视觉效果不可孤立，要结合建筑所处的空间环境，有阳光，灯光照明以及周围的自然和人文景观。
2.1内外空间渗透
这里的空间渗透是指作为内外空间的分界，光伏通过自己的肌理和阴影变化，同自然光共同演绎内外空间的光影变化。
案例分析：2010年太阳能住宅竞赛——德国柏林技术应用大学代表队（如图7）
应用方式：光伏构件一体化
组件类型：单晶硅
竣工：2010年
地点：马德里，西班牙
单晶硅晶片和可动式折叠推拉门一体化设计，实现了内外空间的互相渗透和变化。而光伏晶片通过内外空间过渡与界定，赋予建筑物具有特色的空间变化。
2.2灯光照明效果
案例分析：北京LED光伏媒体墙（如图8）
应用方式：光伏立面照明一体化
组件类型：单晶硅
竣工：2008年
地点：北京，中国
位于北京朝阳区一酒店，立面设计上，光伏金属表皮和LED人工照明完美结合，光伏发电直接用于LED人工照明上，达到形式和功能的高度结合。光伏组件内置LED灯通过控制光源分布和灯光色彩变化达到同周边环境高度对话。
2.3自然环境融合
光伏表皮在于环境的组合表现中，有时候是环境的影响引发光伏表皮的生成，有时是选择的光伏表皮营造了一种环境氛围，向建筑周边的环境延伸，形成一种感染力。
案例分析：蒂宾根大学体育馆（如图9）
应用方式：光伏立面一体化
组件类型：多晶硅
竣工：2004年
地点：蒂宾根
西南立面太阳能建筑一体化，广泛的通风口和架空屋顶绿化第五立面，建筑师希望太阳能电池提供一个开放的湿地景观和建筑体块之间的过渡。建筑师选择太阳能电池组件和白色边框。晶体薄膜层压板和白色边框。该太阳能电池板被看作典型冷色调外墙面板。正面玻璃盖板是8mm厚安全玻璃。530㎡门面，共970个模块，43.7kw。绿色sunways多晶硅太阳能电池赋予建筑特别的吸引力。同周边环境绿化相互融合。形成独特的视觉效果。而绿色的光伏光伏表皮相当于周边绿化的延伸，在贯彻绿色节能理念的同时，同环境色调融合的同时光伏特殊的质地反射周边景色，体现出光伏作为设计材料的优势和魅力所在。
3结语
光伏板不同于传统的建材，不应该只是简单的附加到建筑表皮上。从建筑设计的角度，需要考虑光伏材料的色彩，质地等美学要素，保温隔热等物理性能等物理因素：从能源角度来看，建筑是一座电站，光伏材料对建筑形体提出要求，要最大效率的利用太阳能：同时设计中药兼顾造价成本和发电收益。因为，优秀的光伏建筑一体化设计应该是既满足光伏发电功能，又与建筑物友好，从而提升建筑物的使用功能和美感的绿色节能作品。
参考文献：
[1] 史永高 材料呈现：19和20世纪西方建筑中材料的建造空间双重性研究. 南京：东南大学出版社，2008
[2] 罗伯特.贡萨洛. 建筑节能设计——从规划到施工. 北京：中国建筑工业出版社，2008
[3] 中国建筑标准设计研究院. 建筑太阳能光伏系统设计与安装. 北京：国家建筑标准图集10J908-5，2010
个人简介：孙薇薇（198607），女，上海建筑设计研究院有限公司设计师。
关键词：光伏阵列 建筑表皮 形状 颜色 材质 环境
1 光伏阵列作为建筑表皮的组合表现力组合表现的特点
光伏表皮通常由多种材料组合而成，这之间包括多种光伏材料运用在不同部位，也有光伏材料和其他材料诸如：混凝土，木材，玻璃，金属等材料组合使用。由于光伏材料其特有的形式，色彩，质感和比例，所以最终呈现的表皮状态也会有不同的色彩和肌理。光伏表皮的组合表现研究包括三个方面：（1）光伏组件如何表现建筑形体。（2）光伏组件在相互组合阵列与其他材料组合中如何表现自身。（3）光伏材料的运用如何结合光线和环境等表现建筑特征。这三个方面总体来说跟视觉是有关的，在以下论述中应用很多视觉造型理论和经验，从四个方面阐述。
1.1光伏阵列表皮中建筑形态的组合表现
光伏阵列的“形”与“质”与建筑形态的展现是相辅相成的。为了表达建筑造型特征，其外表不宜采用过多材质，而光伏材料阵列的效果可以将形体变化统一起来，在实现大规模发电的同时，形成整体的艺术效果。但是光伏组件由于其构造和功能限制，往往很难做到塑性。这往往需要建筑形态和光伏阵列一体化设计。结合实际案例分析不同建筑形体和光伏阵列的表达与对话。
1.1.1规则平面建筑形态表达
案例分析：SolarCube——Discovery科学应用中心（如图1）
应用方式：光伏立面
组件类型：薄膜
竣工：2007年
地点：加利福尼亚州，美国
4000㎡薄膜光伏模块（BP SOLAREX）每年产生约30000Kwh电力，南向倾斜角高效率吸收太阳能，黑框薄膜光伏组件镜面效果达到很到的反射效果的同时给建筑形体赋予高技表达。发电量为20kwp。
1.1.2弧面建筑形态表达
案例分析：Solarshowcase——G8峰会会议展厅（如图2）
应用方式：光伏立面
组件类型：单晶硅
竣工：2009年
地点：伯明翰，英国
该建筑建于英国政府作为8国峰会的展览建筑，1998年英国伯明翰。奥雅纳工程顾问，无框单晶硅太阳能电池和塑性钢材一起，形成弯曲的一体化设计。由于单晶硅模块的限制，尽可能缩小每块尺寸以顺应表面弧度。
1.1.3反曲面建筑形态表达
案例分析：柏林太阳能墙展厅（如图3）
应用方式：光伏墙面
组件类型：薄膜
建筑师：msp Architekten，海尔布隆
竣工：2007年
地点：柏林，德国
费迪南德布劳恩高频技术研究所重组计划，该技术和生产设施，光伏一体化区域既有其城市美学功能通过西南太阳辐射，朝向一个最佳方向，优雅的弧形墙脱离其主体结构，其支撑结构为平行多边形。薄膜组件技术通过其均匀的黑色外观达到统一视觉效果，每块组件提供45-60W功率。
1.1.4非常规建筑形态表达
这里的非常规是指相对于光伏板现有结构来说很难以做到的形态表达方式，例如三角形屋面或者其他不规则平面形式。常用的方法是用光伏板材料制作成不规则组件，但牺牲光伏板发电功能，不将不规则光伏板接入电路，以保证建筑整个形体的美学特征。
案例分析：2010年世博会主题馆（如图4）
应用方式：光伏屋顶一体化
组件类型：多晶硅
竣工：2010年
地点：上海，中国
2010年世博会主题馆屋面菱形分割，为保证整体美观效果，在菱形边角处单独处理制作假模块，不接入电网发电。
1.2光伏表皮中材料色彩组合及表现
色彩具有很强的视觉效应，在建筑表皮设计中成为非常重要因素之一，光伏表皮的材料组合包括色彩的造型，色彩的对比和色彩的协调三个方面。
1.2.1色彩构成变化
其中色彩的造型主要有点线面综合等形式。大多数光伏板的造型以矩形为主。这里着重讨论光伏板的面式色彩，即由大规模光伏组件形成的色块组成的建筑外表面的构图效果。其造型效果鲜明，对比强烈，在群里环境中，面式色彩具有较强影响力。
案例分析：Thyssen krupp Stahl公司总部（如图5）
应用方式：光伏立面一体化
组件类型：薄膜
竣工：2002年
地点：杜伊斯堡，德国
设计的挑战如何最大限度得增强建筑物的外观效果，建筑师选择黄绿色彩钢板和蓝色光伏板，通过大面积的彩钢板和线性蓝色光伏板的对比形成一个具有吸引力的太阳能光伏系统。
1.2.2色彩的对比
色彩的对比，由于大多数光伏板在色彩呈现上是以蓝黑色为主，故在整体建筑设计上考虑到其他建筑材料和它一体化设计，如通过色彩上对比，色块面积大小，形状对比，色线长短，对比色的应用等变化。达到一体化视觉艺术效果。
1.2.3色彩的协调
色彩的调和即材料近似色的使用，其表现方式有多种：同色调和，临色调和，间色调和，如果建筑形体本身比较复杂，又有多种材料组合，那让不同材料色彩尽可能和谐统一。就光伏表皮而言，光伏组件材料的颜色以深色为主可选择其他深色建筑例如深色金属面板，通过色彩的协调共同突出变化丰富的建筑形体。
1.3光伏表皮中材料质感和肌理的组合及表现
质感和肌理组合表现主要讨论是光伏组件和混凝土，木材，玻璃，金属等常用建筑材料组合使用后的表现效果。光伏材料质地光滑，具有光线的照射效果。与其他建筑材料组合后，质地的光滑和粗糙，颜色的轻与重，反光和透明等多样性是表现建筑个性和丰富性的重要方面。 1.3.1光伏材料和混凝土
光伏材料和混凝土的组合体现了光滑与粗糙，轻与重质感的对比。
案例分析：Esplanade光伏发电站（如图6）
应用方式：光伏屋面一体化
建筑师：Martinez Lapena
组件类型：单晶硅
竣工：2004年
地点：巴塞罗那，西班牙
位于巴塞罗那海滩边光伏发电站被设计成一个具有雕塑感的形式，在发电功能和为海滩景观做贡献的同时为游人提供一个休闲和遮阳空间。混凝土粗糙的质感和光伏板平滑半透明的特性形成对比。加强了整个雕塑形体的空间表现力。
1.3.2光伏材料和木材
木材本身是环保材料，和光伏组件组合使用通过冷色和暖色的对比，坚硬和柔软的质感对比，从整体上达到一种对比和谐。
1.3.3光伏材料和玻璃
光伏材料和玻璃都是工业化生产下的现代建筑材料。两种的组合通常体现在光伏板的暗与玻璃的明，光伏的实与玻璃的虚。而形成阴影效果，强化两种材料的功能，展现全新表现效果。
1.3.4光伏材料和金属
晶硅光伏原料硅是金属的一种，与其他金属材料组合中，光伏组件在色泽，形式以及偏冷的质感上更容易与之协调，表达出高技派和节能理念。
2光伏表皮和光线环境的组合
光伏表皮的视觉效果不可孤立，要结合建筑所处的空间环境，有阳光，灯光照明以及周围的自然和人文景观。
2.1内外空间渗透
这里的空间渗透是指作为内外空间的分界，光伏通过自己的肌理和阴影变化，同自然光共同演绎内外空间的光影变化。
案例分析：2010年太阳能住宅竞赛——德国柏林技术应用大学代表队（如图7）
应用方式：光伏构件一体化
组件类型：单晶硅
竣工：2010年
地点：马德里，西班牙
单晶硅晶片和可动式折叠推拉门一体化设计，实现了内外空间的互相渗透和变化。而光伏晶片通过内外空间过渡与界定，赋予建筑物具有特色的空间变化。
2.2灯光照明效果
案例分析：北京LED光伏媒体墙（如图8）
应用方式：光伏立面照明一体化
组件类型：单晶硅
竣工：2008年
地点：北京，中国
位于北京朝阳区一酒店，立面设计上，光伏金属表皮和LED人工照明完美结合，光伏发电直接用于LED人工照明上，达到形式和功能的高度结合。光伏组件内置LED灯通过控制光源分布和灯光色彩变化达到同周边环境高度对话。
2.3自然环境融合
光伏表皮在于环境的组合表现中，有时候是环境的影响引发光伏表皮的生成，有时是选择的光伏表皮营造了一种环境氛围，向建筑周边的环境延伸，形成一种感染力。
案例分析：蒂宾根大学体育馆（如图9）
应用方式：光伏立面一体化
组件类型：多晶硅
竣工：2004年
地点：蒂宾根
西南立面太阳能建筑一体化，广泛的通风口和架空屋顶绿化第五立面，建筑师希望太阳能电池提供一个开放的湿地景观和建筑体块之间的过渡。建筑师选择太阳能电池组件和白色边框。晶体薄膜层压板和白色边框。该太阳能电池板被看作典型冷色调外墙面板。正面玻璃盖板是8mm厚安全玻璃。530㎡门面，共970个模块，43.7kw。绿色sunways多晶硅太阳能电池赋予建筑特别的吸引力。同周边环境绿化相互融合。形成独特的视觉效果。而绿色的光伏光伏表皮相当于周边绿化的延伸，在贯彻绿色节能理念的同时，同环境色调融合的同时光伏特殊的质地反射周边景色，体现出光伏作为设计材料的优势和魅力所在。
3结语
光伏板不同于传统的建材，不应该只是简单的附加到建筑表皮上。从建筑设计的角度，需要考虑光伏材料的色彩，质地等美学要素，保温隔热等物理性能等物理因素：从能源角度来看，建筑是一座电站，光伏材料对建筑形体提出要求，要最大效率的利用太阳能：同时设计中药兼顾造价成本和发电收益。因为，优秀的光伏建筑一体化设计应该是既满足光伏发电功能，又与建筑物友好，从而提升建筑物的使用功能和美感的绿色节能作品。
参考文献：
[1] 史永高 材料呈现：19和20世纪西方建筑中材料的建造空间双重性研究. 南京：东南大学出版社，2008
[2] 罗伯特.贡萨洛. 建筑节能设计——从规划到施工. 北京：中国建筑工业出版社，2008
[3] 中国建筑标准设计研究院. 建筑太阳能光伏系统设计与安装. 北京：国家建筑标准图集10J908-5，2010
个人简介：孙薇薇（198607），女，上海建筑设计研究院有限公司设计师。