武汉市江滩公园光伏景观设计研究

　　当前世界能源危机越来越严重，低碳绿色的节约型园林成为人们关注的热点，在此背景下诞生的太阳能光伏景观近几年在我国迅速发展，并在景观中日益普及。本文即以武汉市江滩公园的光伏景观设计为例，从整体造型和质感色彩两个方面对其进行研究分析，总结归纳光伏景观设计的特点，为我国该领域的相关应用和实践提供思路与经验参考。

　　一、概念

　　太阳能光伏技术，即太阳能发电技术，其基本工作原理是：以太阳能电池板接收太阳光并产生电能（即发电），再将产生的电能储存在蓄电池里，到需要用电时再从蓄电池中取电。

　　太阳能光伏景观与低碳及可持续景观关系密切，其本质上是节约型景观概念的衍生，同时也是实现低碳与可持续景观的重要方法与手段。从理念层面而言，太阳能景观就是一种由太阳能光伏发电技术支撑，将景观要素与光伏要素结合的设计。

　　二、武汉江滩概况

　　武汉江滩地处两江交汇的城市中心滨水地带，地跨江汉区、汉阳区、武昌区、江岸区等区，过去主要承担城市防洪防汛的作用。武汉江滩包括四大板块：汉口江滩、武昌江滩、汉阳江滩和汉江江滩，它们大致沿着长江、汉江的两岸走向分布，在空间上呈向右边倾斜的“人”型。江一侧的大部分江滩获得初步开发，其余地段处于正在建设或规划之中。2009年，湖北武汉“两型社会”建设节能减排示范项目正式启动，汉口江滩内聚集绿色能源、绿色亮化、中水回用等众多节能环保示范项目，成为武汉市最大“绿色”示范区。2011年，汉口江滩太阳能发电系统正式并网发电，可满足江滩风景区照明及附近区域部分办公用电之需，年发电量将达到31万度。

　　三、武汉市江滩公园光伏景观设计研究

　　本文先从武汉市江滩公园的光伏景观实例入手，从整体造型和质感色彩两个方面对设计案例进行评析，最后归纳总结武汉市江滩公园光伏景观设计优缺点和衍生出的相关设计手法。

　　1.整体造型

　　（1）太阳能售货亭、太阳能展示厅

　　太阳能售货亭、售票亭和展示平台属于景观设计中的建筑类小品设计范畴，建筑类小品泛指景观环境中的小型实用性建筑，且与周边的景观环境有着较为融洽的结合，此类建筑除了具有较强的实用性之外，其艺术性和观赏性十分明显。图1-1和图1-2为武汉江滩各色太阳能售货亭，汉口江滩新安装的15座太阳能副食商亭投入使用。

　　每个商亭顶部安装了4块光电转换率为90瓦的太阳能电池版，基本可以满足其照明需要。光伏构件采用铺设的方式附着在顶面上（铺设方式：在现有的屋面系统上铺设光伏构件，称为铺设式）。图1-3和图1-4中为一处展示厅建筑，屋顶上面架设了每块面板长约1.5米，宽0.8米，厚度约5厘米的蓝色光伏板，每排面板底部都有蓄电装置，转化电流通过电缆进入电脑自动控制系统，最终通过400伏电缆并入武汉电网，据悉，运动草地电站和此处发电系统设计总功率为256.5千瓦，年发电量约23万度。图1-1中售货亭光伏构件结合面为曲面形式，图1-2中售货亭光伏构件结合面为斜面形式，图1-3和图1-4中展示厅光伏构件结合面为平面形式。光伏构件与建筑小品的结合面还可以是平面或立面形式，平面和立面这种较大的可利用界面常常出现在城市景观的建筑小品上，一般指顶面或墙体，建筑小品在平面或立面方向的界面越大，光伏构件的铺设越容易，铺设面积越大，发电量也越大（在其他条件不变的情况下）。在设计中要特别注意光伏构件不要被其它物体遮挡迎光面。整体造型总结如表1.

　　（2）太阳能走廊、太阳能凉亭、太阳能展示平台

　　太阳能走廊和太阳能凉亭属于景观设计中建筑类小品设计范畴，因为这几种建筑小品四周没有墙体作为空间分隔，为开敞的形式，所以与售货亭等建筑小品分开讨论。图2-1和图2-2为江滩公园中一处太阳能走廊，每天发电量可以达到100多度，光伏板以四块为一单元，以一定角度倾斜安装在走廊顶部，走廊顶部斜面的倾斜角度是与光伏板达到最大光电转化率需要的倾角基本一致的（光伏构件的光电转化效率与当地经纬度和太阳高度角有关系的，存在一个最优值），此处走廊光伏板的安装形式为铺设式，图2-3中的太阳能走廊的光伏板安装形式为嵌入式（把光伏构件集成到顶面系统内，这种方式的结构更可靠，但是造价要高一些）。图2-4和图2-5为江滩公园“两型”社会展示平台，太阳能展示平台建在运动草地休闲长廊的顶上，长112米，宽24米，构筑面积3341平方米。该项建筑构架采用焊接Y字形柱，屋面结构为立体桁架结构，屋面为轻型屋面。太阳能采集点采用单晶或多晶硅太阳能电池组件，设计功率151千瓦，每日发电量378度（Kwh），其所发电量将全部并入市网。图2-6为江滩公园粤汉码头长廊，长廊由许多个凉亭组合而成的，设计形式为浮萍，全长138m,宽6.8m,顶部铺设单晶硅光伏板，光伏板以平面的形式铺设在各个“浮萍”顶部，设计功率为25.92千瓦。像走廊、凉亭、花架等景观小品与有墙体围合的建筑小品相比唯独立面无法作为光伏构件的结合面，整体造型总结如表2.

　　（3）太阳能园林灯

　　景观设计中园林灯分为路灯、草坪灯、地灯和其他灯，其他灯中包括了壁灯、泛光灯、点光源与线光源灯、庭院灯等。武汉市江滩公园中采用的太阳能园林灯有高柱路灯、太阳能杀虫灯两种。路灯是城市环境中反应道路特征的照明装置，一般排列在街道、公路、住宅区或者主干路旁，保障夜晚的交通安全，如图3-1为江滩公园的各种高柱路灯。太阳能杀虫灯是利用太阳能电池板作为用电来源，其将白天太阳能发的电贮存起来，晚上放电给杀虫灯具，供其工作。江滩公园安装的太阳能杀虫灯能灭杀半径100米以内的蝇虫，如图3-2.图3-1中光伏构件都是架设在灯柱上的，并且灯柱顶部还安装了风力发电机，太阳能杀虫灯中光伏构件的安装方式也是架设在灯柱顶部，除了这种架设的方式，园林灯不同种类灯具的光伏构件还有其他的结合形式，本文简单总结了最常见的几种园林灯与光伏构件集成设计形式（表3）。

　　2.质感与色彩

　　质感和色彩是设计师表达设计意图和理念的重要表征，而光伏材料独特的色彩和质感可以为设计师提供新的设计元素（表4）。

　　光伏材料的质感和色彩主要受限于材料本身和后期工艺处理两方面，它分为晶硅和非晶硅两类，晶硅光伏材料的基本颜色为黑色、深灰色或深蓝色；非晶硅光伏材料则是灰色、棕色或黑色。其质感则主要来自于它的排列和拼接方式，晶体硅一般是成块状成矩阵排列，非晶硅则是大片的模板或薄膜拼接。

　　在色彩上，光伏材料可以通过镀膜技术获得很多不同的颜色，但是会降低一部分光电转化效率同时增加成本。在质感上，晶体硅材料本身就有特殊的纹理，非晶硅材料则是相对统一的质感，通过硅片的切割和重组排列，硅片单元还可以呈现多样的机理。此外，光伏材料还具备一定的半透性：晶体硅可以通过排列中的缝隙实现一定的半透性，而非晶体硅则可以采用半透薄膜。比如在太阳的照射下，会增加景观的光影效果，层次感更加丰富。而武汉江滩景观设计中使用的光伏材料大部分都是深蓝色的，质感和色彩很单一，景观光伏一体化程度相对而言较低。这是武汉市江滩光伏景观设计不足的地方。

　　四、结语

　　中国近几年来无论是政府还是公众对能源节约和环境保护表现出前所未有的关注，相关体制的改革势在必行，这也将深深影响到园林景观设计领域。光伏技术和园林景观小品设计的结合迎合了低碳环保的时代趋势，在国家政策上也将受到扶持，越来越多的民众将会参与和支持低碳环保园林景观的建设。在此背景下，武汉市近几年正在向着“两型”社会（资源节约型、环境友好型社会）迅速发展，一大批节能减排示范项目得到实施或规划中，作为武汉市最大的“绿色”示范区，武汉市江滩光伏景观项目在节能减排方面取得了显著的成效，年发电量达到31万度，同时极大地推动了公众的低碳意识，起到了非常好的教育与宣传作用。但是，武汉市江滩的光伏景观一体化设计方面仍然存在一定的问题。就设计层面而言，在整体造型上，很多景观设计中光伏构件只是简单生硬的架设在对象上，缺少协调统一性。在质感和色彩上，光伏构件色彩单一，质感单调，千篇一律。武汉市江滩的光伏景观一体化设计发掘潜力很大，像公园大门、雕塑、艺术装置、导游牌、垃圾桶等小品设施都可以与光伏构件进行一体化设计。

　　光伏景观一体化设计尚处在探索、试验阶段，并没有形成一套完整的理论体系和应用技术支撑，受限于新能源技术的复杂性与专业性，以及应用成本太高等因素。然而，一旦突破技术和成本的瓶颈，加之相关政策、资金的支持和引导，社会节能意识的提高，光伏景观的未来一片光明。（图略）