风能发电与太阳能发电
——二者在建筑中的应用
制作人：王佳怡 董杭 张并辰 闻婷
￭风力发电
￭高层建筑风力发电设计原理 ￭风力机的类型 ￭风力机的安装部位 ￭一体化的建筑外形 ￭高层建筑风力发电设计实例
￭太阳能发电
￭光电技术的原理 ￭光电技术的类型 ￭光电技术的安装特点 ￭光电装置的建筑设计实例
￭风能与太阳能发电的结合
中国口前低层住宅太阳能光电 系统设计多采用第一种方式一 独立式供电方式，因为“幵网 供电方式”中太阳能光伏发电 系统的逆变器输出与电网幵联。 而当一组电源与另一组幵联时， 必须保持两组电源电压、相位、 频率等电器特性一致，否则就 会产生两组电源之间的充放电， 造成整个电源系统的内耗和不 稳定。
￭光电技术的安装特点
￭首都博物馆，其安装在屋顶上 的300 千瓦太阳能发电系统，完 全与建筑触为一体。除了采集天 光的玻璃顶棚和拱形的多功能厅 顶部，建筑顶层的其余部分已经 全部被黑色的太阳能板覆盖。此 方案采用的是国际上最先迚的技 术———太阳能光伏发电系统。 与大多数采用太阳能供电的系统 工程一样，新馆建筑仍然与传统 供电网络连接，可以实现幵网供 电。在太阳能供电系统无法达到 用电需求的时候，可使用传统电 网供电。
由于与光电产品相结合的建筑物显示出的优越性，越来越多的 国家正在计划把光电作为一种有潜力的电源，幵开始较大觃模 地建筑和经营与光电产品相结合的建筑。在这些建筑中，光电 产品与建筑师的立面设计结合在一起，成为建筑物外围护结构 的组成部分，如‘光电屋面板 光电外墙板 光电遮阳板 光电窗 间墙 光电天窗等等。在一些使用玻璃幕墙的商业建筑中，还利 用半透明的光电玻璃作为幕墙的一部分，使大量消耗能量的玻 璃幕墙建筑大幅度的降低了能耗。
风力发电系统由风力 机（风轮叶片），发电机， 蓄电，传输等部分组成。 按旋转轴方向可分为： 1.水平轴类 2.垂直轴类
风电机常见种类
￭风力机的安装部位
1.屋顶 风力大，环境干扰小，是安装的最佳位置 2.楼身洞口 风力被汇聚和强化，产生强劲的“穿堂风”，适合安
装定向式风力机 3.建筑边角 除了有自由通过的风，还有建筑形体引导过来的风， 此处可安装小型风力机组，甚至可以将整个外墙作为发电机的受风 体
4.建筑夹缝 建筑物之间垂直缝隙可以产生“峡谷风”，且风力
随着建筑体量的增大而增大，此处适合安装垂直轴风力机或水平 轴风力机组。
风力机安装部位
￭一体化的建筑外形
由于风力发电机的特殊工作原理，高层风电建筑除了遵循 功能，美学等传统法则之外，还多了空气动力学制约，简 称为“形式随风”法则。
巴林世界贸易中心
￭光电技术的类型
独立式供电方式(stand-alone)和幵网供电方式(grid 一 connection )
当不可能或没必要与电网连接时，独立 式光电系统较适用。在此条件下，需用 电池组为夜间、多云天或使用高峰期供 能。光电阵板则在正常白昼情况下和更 换电池组时起作用。电池组的费用大大 增加了设备投入的费用和维护保养的费 用。当有电网的时，就不需要电池组储 能了。晴朗的白天，多余的光电能出售 给公共韦业系统:夜间，电网则释放电能。 实际上，电网充当了一个巨大的蓄电池， 它可使光电系统所有者和许多电力公司 都受益，因为时常是酷热晴朗的夏日最 需要电网，而夜间电力公司就有足够的 储存能量去出售。
￭光电装置的建筑设计实例
￭ 1990 年间举办的埃森公园国际建筑展，鲁尔区
Herne 的一个废矿区重建计划 Akademie Mont-Cenis， 以“微气候帷幕”新环境建筑为概念，采用“屋 中屋”（house in house ）的原则兴建的，外层建 筑是采用玻璃帷幕，内层建筑群才是让人们使用 的真正的室内空间，就像是一个大温室中间盖了 建筑群。Mont-Cenis 温室的玻璃顶，把太阳能板 与采光罩结合，是全世界最大的屋顶集中式发电 设备。整个建筑以镶嵌式、易拆解回收的轻量结 构做为建筑主体。采用高效率的隔热玻璃。屋顶 及墙面都可开窗，以利自然对流换气。而原本旧 煤矿坑底下，仍然残留不 少瓦斯，改设置汽电共生 装置。排气的废热在用热 交换器回收做为热水及暖 房。
光电技术是利用半导体把太阳能转化为电能的技术，它主要 是通过不同类型的光电电池来实现的，光电电池是光电系统 的最基本的部分。光电电池产生的电为直流电，通常在光电 阵列的输出口端安装一个电流逆变器，以便把电流转换与当 地所供电流的电压和频率相匹配的交流电。
￭光电产品的优越性 （1）多功能性，可以被安装在建筑物的表面，
日本神户市展销的带有屋顶一体化太阳能发电 系统的别墅
英贝格隆园区光电幕墙
活动的光电板遮阳板
￭风能与太阳能发电的结合实例
某零耗能住宅中部分能源供需系统示意图
￭结语
风能和太阳能属于可再生能源，他们在建筑技术上 的完美应用是很多企业梦寐以求的，风能，太阳能 与建筑结合创造的低能耗高舒适度的健康居住环境， 不仅让住户家庭生活得更自然更环保，而且能节能 减污，对实现社会可持续发展具有重大意义。 风能与太阳能在空间和时间上具有互补性，风力太 阳能互补发电是比单一的风力或太阳能发电更有效 地高层建筑上体现的最为明显，幵且应用的也是 最为广泛和成熟的。
￭高层建筑风力发电设计原理
￭高层建筑风力的特点
区域风力资源和局部风环境式建筑能利用的先决条件，只有在两者同时满 足的前提下，高层风力发电系统才能有效工作。
高层建筑垂直风向示意
高层建筑水平风向示意
￭风力机的类型
￭高层建筑风力发电设计实例
迪拜拟建造一座随风旋转的大厦， 整个建筑外墙面都作为受风提，最 大程度地利用风能，在旋转楼层间 安装48台风力发电机。整个大厦采 用碳纤维做外墙材料，转动部分很 轻盈，噪声很低。由于大楼每层都 可独立转动，建筑外观时刻变化， 丰富了高层建筑的表现力。
￭太阳能发电
￭光电技术的原理
既在现场发电，又代替了建筑物的外围护结构， 如作为建筑外堵板、屋顶材料、遮阳系统、窗下 墙、和半透明的玻璃立面等。（2）不需要单独 占用价钱越来越高的土地，也不需要另设大型的 支撑结构，光电设备可以被安装在建筑物的表面， 或沿着街道或铁路安装。节约了土地。 （3）减少和避免了传送和变配电中的电损失， 提高了电的使用效率，幵且减少了公用事业公司 的资本和维修费用。