張銳 唐程

摘要：將薄膜太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用在日常生活中，引領(lǐng)人們低碳生活，轉(zhuǎn)變?nèi)藗儗?duì)能源消耗的模式，使人們生活更綠色、低碳、健康。通過(guò)查閱文獻(xiàn)、分析、論證等研究方法，對(duì)現(xiàn)代綠色公共設(shè)施的設(shè)計(jì)趨勢(shì)進(jìn)行了研究。文章以開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)薄膜太陽(yáng)能公共座椅為例，從分析薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，深入分析國(guó)內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用案例，設(shè)計(jì)出了一款既滿(mǎn)足需求，又綠色環(huán)保、多元化的薄膜太陽(yáng)能公共座椅。薄膜太陽(yáng)能應(yīng)用在公共設(shè)施類(lèi)產(chǎn)品的可行性高及可操作性強(qiáng)，可以用來(lái)指導(dǎo)其他公共設(shè)施的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：薄膜太陽(yáng)能 公共座椅 綠色環(huán)保

中國(guó)分類(lèi)號(hào)：TB472文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-0069（2019）10-0014-02

引言

化石燃料引發(fā)的生態(tài)危機(jī)和能源危機(jī)，使得太陽(yáng)能成為綠色能源中最主要的選擇。目前來(lái)看，相比晶體硅太陽(yáng)能電池，薄膜太陽(yáng)電池是最有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力以及發(fā)展前景最好的第二代太陽(yáng)能電池，主要原因是其應(yīng)用的原材料更少，成本更低、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的自動(dòng)化生產(chǎn)以及能量回收時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

公共設(shè)施在城市化的生活中具有重要意義。這些設(shè)施豐富了公共空間的存在意義，也不知不覺(jué)地影響著人們的生活方式。設(shè)計(jì)師通過(guò)薄膜太陽(yáng)能技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上的延伸應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種具有綠色環(huán)保理念的公共設(shè)施，既方便了人們的生活，也把低碳、環(huán)保、綠色的口號(hào)融入并設(shè)計(jì)到真實(shí)的生活場(chǎng)景中。

一、薄膜太陽(yáng)能概念

薄膜太陽(yáng)能電池優(yōu)點(diǎn)主要有可以依托低成本材料當(dāng)基板制造，形成可以生產(chǎn)電壓的薄膜。厚度極薄，僅有數(shù)微米，易于安裝以及可大規(guī)模投入生產(chǎn)和應(yīng)用。相比晶體硅的發(fā)電效率和穩(wěn)定性來(lái)看，薄膜電池的整體效果更好一些。

（一）國(guó)外薄膜太陽(yáng)能應(yīng)用情況。目前，薄膜太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)已形成以美國(guó)、德國(guó)和日本為主導(dǎo)的鼎足三分的競(jìng)爭(zhēng)格局。

日本太陽(yáng)能前沿公司Solar Frontier主要從事太陽(yáng)能生產(chǎn)以及銷(xiāo)售，是目前國(guó)際上最大的ClGS薄膜電池制造商，其公司已創(chuàng)下22.9%的薄膜電池效率新紀(jì)錄。日本普遍將薄膜電池安裝在建筑物上，例如本田公司在建筑物上安裝薄膜電池組件，如圖1。

德國(guó)的Wurth Solar研究所在學(xué)校的屋頂上安裝了SOKW的CIGS銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)能發(fā)電裝置。其公司在歐洲CIGS薄膜組件和模塊制造上具有領(lǐng)先地位。

（二）國(guó)內(nèi)薄膜太陽(yáng)能應(yīng)用情況。漢能集團(tuán)是國(guó)內(nèi)研發(fā)薄膜太陽(yáng)能技術(shù)的領(lǐng)先者，其公司的薄膜光伏技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。2018年7月，漢能集團(tuán)研發(fā)了一款基于柔性薄膜太陽(yáng)能技術(shù)的多功能傘。該產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)普通儲(chǔ)電、照明、離網(wǎng)供電等功能，如圖2。

漢能集團(tuán)與馬巖松領(lǐng)導(dǎo)的MAD建設(shè)事務(wù)所設(shè)計(jì)的“光能庭園家”可以完全由薄膜太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)能源自給自足，整體結(jié)構(gòu)由一個(gè)碩大的層頂包裹，猶如一個(gè)庭園可以把自然環(huán)境全部容納進(jìn)人們的家庭生活，如圖3。

（二）薄膜太陽(yáng)能應(yīng)用狀況小結(jié)。在近幾年來(lái)看，薄膜太陽(yáng)能電池?zé)o論是在技術(shù)水平還是在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力上都是呈逐漸成熟的上升趨勢(shì)。在對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家的城市建筑以及太陽(yáng)能發(fā)展的研究狀況中可以了解到，薄膜太陽(yáng)能電池也將會(huì)在城市建筑上大放異彩。從技術(shù)角度看，它具有成本低、能耗低兩大優(yōu)點(diǎn)，符合持續(xù)發(fā)展的理念。目前，在整個(gè)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)中，薄膜太陽(yáng)能電池的市場(chǎng)份額呈上升趨勢(shì)，與薄膜電池相結(jié)合的公共設(shè)施類(lèi)產(chǎn)品也將不斷孕育而生。這些都顯示了薄膜太陽(yáng)電池在世界新能源發(fā)展潮流與能源應(yīng)用大方向上獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)。

二、公共座椅的發(fā)展現(xiàn)狀

公共座椅不僅僅具有休憩功能，還兼具裝飾功能，從而傳達(dá)著地域的人文精神。目前，在世界各國(guó)公共座椅的發(fā)展存在著很大的不平衡，發(fā)達(dá)國(guó)家的公共座椅設(shè)計(jì)已經(jīng)成熟，在造型、材料、工藝上運(yùn)用熟練，在地域文化、形式設(shè)計(jì)、高科技使用上產(chǎn)生相應(yīng)體系。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，經(jīng)濟(jì)水平正處于發(fā)展階段，公共座椅的發(fā)展不如發(fā)達(dá)國(guó)家發(fā)展先進(jìn)，自改革開(kāi)放以來(lái)，城市建設(shè)不斷加快，雖然公共設(shè)施建設(shè)得到了一定的完善，但是在迅速發(fā)展以及建設(shè)的過(guò)程中展現(xiàn)出了大量問(wèn)題，例如功能單一、利用率低、輔助服務(wù)設(shè)施落后、城市公共設(shè)施缺乏個(gè)性等。

三、薄膜太陽(yáng)能公共座椅的設(shè)計(jì)框架

（一）設(shè)計(jì)趨勢(shì)

1.多元化趨勢(shì)。公共座椅是伴隨著人們的需求而產(chǎn)生，并隨著生活質(zhì)量的提高而日益豐富、不斷延伸。在未來(lái)，公共座椅將包含以下幾點(diǎn)：基本使用功能、美化裝飾功能、環(huán)境功能、復(fù)合功能等。在未來(lái)建設(shè)中，特別是復(fù)合功能將會(huì)是發(fā)展的必然趨勢(shì)。2.個(gè)性化趨勢(shì)。自然環(huán)境與人文環(huán)境，地域文化這三個(gè)方面始終制約著公共設(shè)施的個(gè)性化設(shè)計(jì)這其中，科技含量的提升，可以使公共設(shè)施個(gè)性化與時(shí)尚化更加深入。3.可持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)。在科學(xué)發(fā)展觀中，可持續(xù)發(fā)展倡導(dǎo)的理念是，在尊重自然規(guī)律的前提下，對(duì)自然規(guī)律發(fā)揮主觀能動(dòng)性，發(fā)揮其最大的優(yōu)勢(shì)，使環(huán)境具有調(diào)節(jié)作用，并利用和改造環(huán)境實(shí)現(xiàn)人與自然的統(tǒng)一。在融合可持續(xù)發(fā)展理念基礎(chǔ)上，公共座椅建設(shè)應(yīng)充分考慮到與自然環(huán)境的融合。4.藝術(shù)化趨勢(shì)。藝術(shù)元素的參與可以增強(qiáng)公共美學(xué)的視野。公共座椅作為城市公共設(shè)施的重要組成部分，也成為衡量城市公共藝術(shù)時(shí)尚與個(gè)性化的標(biāo)準(zhǔn)之一。是體現(xiàn)城市文化形象的基本依據(jù)之一。5.綠色化趨勢(shì)。目前，人們更追求綠色環(huán)保的產(chǎn)品，綠色設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)人們對(duì)生活有所改變，使生活更加綠色環(huán)保，綠色設(shè)計(jì)理念要貫穿在產(chǎn)品的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程.從初步的概念到生產(chǎn)再到使用以及回收等過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，產(chǎn)品的基本性能、使用壽命、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品價(jià)值等才有所保障。

將公共座椅進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)，尊重綠色設(shè)計(jì)原則，并且結(jié)合最先進(jìn)的薄膜太陽(yáng)能電池技術(shù)，這無(wú)疑是未來(lái)公共座椅的發(fā)展主流趨勢(shì)之一。

（二）改進(jìn)方向

從現(xiàn)實(shí)情況上看，現(xiàn)有的公共座椅功能單一，只完成了可以座、可以休息的簡(jiǎn)單功能，利用率不高，沒(méi)有發(fā)揮作用，投入公共座椅后，沒(méi)有專(zhuān)人維護(hù)，這在一定程度上造成了資源浪費(fèi)。為了解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，必須明確設(shè)計(jì)方向是趨于多元化、個(gè)性化、可持續(xù)發(fā)展化、藝術(shù)化以及綠色化，在此基礎(chǔ)上促進(jìn)城市和諧發(fā)展。

四、薄膜太陽(yáng)能公共座椅的設(shè)計(jì)

文章以薄膜太陽(yáng)能公共座椅的設(shè)計(jì)方案為例，主要闡述公共設(shè)施設(shè)計(jì)的視覺(jué)形象對(duì)整個(gè)城市空間視覺(jué)質(zhì)量的影響，及其對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文化環(huán)境的影響。從能源的應(yīng)用領(lǐng)域出發(fā)，把薄膜太陽(yáng)能等與公共座椅結(jié)合起來(lái)，探討公共座椅類(lèi)產(chǎn)品與薄臘太陽(yáng)能電池相結(jié)合的可行性。

設(shè)計(jì)符合人們需求的，具有舒適性的、滿(mǎn)足一物多用的戶(hù)外公共座椅，并且還有助于完善戶(hù)外公共設(shè)施系統(tǒng)的配置，這有助于改善城市戶(hù)外公共設(shè)施體系的配置，突出地方人文精神，其設(shè)計(jì)理念是反映綠色設(shè)計(jì)對(duì)人們生活環(huán)境的影響。

（一）形態(tài)設(shè)計(jì)。為了滿(mǎn)足使用時(shí)展開(kāi)面積最大.遮蔭效果好的需求，正六邊形結(jié)構(gòu)是首選，正六邊形含有六個(gè)等邊三角形，外形上看具有更穩(wěn)定的特征，從外部整體造型來(lái)看，像一朵太陽(yáng)花，具有在平面空間延展上的合理性，如圖4。

當(dāng)在室外場(chǎng)景中使用時(shí)，頂部的薄膜太陽(yáng)能電池能收集光照，進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并儲(chǔ)存電力，滿(mǎn)足人們?cè)趹?hù)外的充電需求，不用擔(dān)心在外手機(jī)沒(méi)電、電腦沒(méi)電的情況。座椅采用環(huán)形形狀，給人圓融的感覺(jué)，拉近人與人之間的距離。外形上酷似花朵，是一款具有觀賞價(jià)值的使用性公共設(shè)施類(lèi)產(chǎn)品，如圖5。

（二）功能設(shè)定。該產(chǎn)品配有六塊薄膜太陽(yáng)能電池板，每塊薄膜太陽(yáng)能板尺寸為一平方米，每平方米發(fā)電量是0.17kw左右，充分滿(mǎn)足了戶(hù)外公園、廣場(chǎng)等路燈照明和充電的需求。

產(chǎn)品結(jié)合光伏跟蹤系統(tǒng)，通過(guò)GPS數(shù)據(jù)跟蹤太陽(yáng)的方位和角度，太陽(yáng)能板隨太陽(yáng)的移動(dòng)而移動(dòng)以確保陽(yáng)光接受率高，轉(zhuǎn)動(dòng)角度可達(dá)到180°，同時(shí)配有USB插口，可以給手機(jī)充電。

夜晚時(shí)，光電傳感器接收環(huán)境弱光信息，自動(dòng)對(duì)應(yīng)電路通電，薄膜太陽(yáng)能板下面的LED燈提供照明。

當(dāng)單元件出問(wèn)題時(shí)，可以單獨(dú)拆卸，方便安裝。值得一提的是，該產(chǎn)品具有弱光性，即使在天氣不好的情況下也可以發(fā)電。

該產(chǎn)品的座椅高度440mm，靠背高度740mm，靠背與座面夾角95°，均符合人體工程學(xué)，提供人們一個(gè)舒適的戶(hù)外休息公共座椅。產(chǎn)品高度3500mm，寬度為3300mm。

（三）色彩搭配與材料選擇。產(chǎn)品色彩采用黑白灰搭配。薄膜太陽(yáng)能板是黑色，所以產(chǎn)品頂部六邊形外觀使用黑色，座椅采用白色磨砂質(zhì)感，給人素雅干凈的感覺(jué)。產(chǎn)品整體色彩統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

在產(chǎn)品材料選擇上，產(chǎn)品主要支撐結(jié)構(gòu)采用鋼架結(jié)構(gòu)，結(jié)實(shí)穩(wěn)定。座椅部分選擇鋁合金的材質(zhì)，因?yàn)槠渚哂胁灰籽趸P的特點(diǎn)，適合戶(hù)外使用的座椅。為了避免出現(xiàn)眩光，燈罩選擇磨砂亞光效果，利用其物理性質(zhì)降低表面亮度。

（四）結(jié)構(gòu)分析。光伏跟蹤系統(tǒng)分為單軸和雙軸。依據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和以往類(lèi)似產(chǎn)品的研究經(jīng)驗(yàn)，本太陽(yáng)能產(chǎn)品選用的是單軸。單軸跟蹤系統(tǒng)更適合本產(chǎn)品，主要原因有以下幾點(diǎn)：第一，單軸跟蹤系統(tǒng)是一種比固定軸跟蹤系統(tǒng)具有更高的發(fā)電效率和土地利用效率的太陽(yáng)能跟蹤系統(tǒng)，第二，其主要優(yōu)勢(shì)有以下幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定、安裝更便捷、成本更經(jīng)濟(jì)、維護(hù)成本更低，如圖6。

（五）節(jié)能減排。薄膜太陽(yáng)能光電板發(fā)電效率受多種因素影響，例如峰值日照、安裝角度、環(huán)境溫度等。根據(jù)漢能集團(tuán)現(xiàn)在薄膜發(fā)電輸出功率為基準(zhǔn)，一平方米的太陽(yáng)能板功率在0.17kw，系統(tǒng)效率一般是70%。每日有效日照時(shí)間（已考慮陰雨等氣候條件）按5個(gè)小時(shí)計(jì)算，可以計(jì)算出、平米太陽(yáng)能電池板在一年轉(zhuǎn)化可用的最終電能：

W=p^*U^*t=0.17^*70%^*5^*365=217kW·h

W=1m²的太陽(yáng)能電池板-年轉(zhuǎn)化的可用的電能;

P=1m²的太陽(yáng)能板功率;

u=太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化效率;

t=一年的有效日照小時(shí)數(shù)。

薄膜太陽(yáng)能公共座椅發(fā)電是通過(guò)太陽(yáng)能板轉(zhuǎn)化電能，并儲(chǔ)存在蓄電池中，相比傳統(tǒng)的火力發(fā)電具有更高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

結(jié)論

文章從太陽(yáng)能發(fā)展趨勢(shì)著手，分析薄膜太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)及市場(chǎng)前景，以國(guó)內(nèi)外的實(shí)際應(yīng)用為案例，從新能源的角度探討了薄膜太陽(yáng)能與公共設(shè)施相結(jié)合的可行性和可操作性。

城市戶(hù)外公共休閑空間，人們需要大量的公共座椅來(lái)滿(mǎn)足需求。在功能整合、共享、延伸，材料選擇方面，薄膜太陽(yáng)能公共座椅的設(shè)計(jì)理念都有所體現(xiàn)，并且為相關(guān)的太陽(yáng)能產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供具有可操作的指導(dǎo)性方法。