光彩奪幕─南瀛綠都心之太陽能廣場

- 1月 12, 2007

位於台南縣政府對街的五號公園，原為運動場，荒蕪多年，目前整建重新規劃為地下停車場，地上則為市民遊憩休閒的社區公園，名為「南瀛綠都心」。

位於五號公園北側，南向為大草坪，作為地下停車場的出口廣場，通向綠光咖啡屋，建築師葉世宗以太陽能為主題，運用BIPV (Building Integrated PhotoVoltaics ，建築整合型太陽電池模板)的觀念，設計一座光電頂罩，及太陽星系教育廣場。南向終日陽光，傾斜23.5度適合台灣設置光電模板的方位。配合由地下室走上來的北向出口，順勢將頂罩南傾，取得最佳日照角度，東西向雙斜切面，讓整體空間形式以公共藝術雕塑的姿態展現。

↗ 公園全區配置圖

太陽能既潔淨又用之不竭，且大家共享免付費，最重要的效益更在於減少大量消耗地球資源的發電設施的成本。但我們要使用太陽能源，必須透過「光電系統」的轉化，太陽能光電科技因應而生。近年來，更將光電科技與建築結合，成為光電建築﹙BIPV建築光電一體設計﹚－新的建築類型。建築師作為場域的塑造者，於 BIPV的設計，應跳脫「裝置光電板」的思維，而正視它為一種會發電的「建築材料」，運用新科技活化周遭環境，融入地景。

↗ 太陽能廣場配置圖

光電建築的通風、降溫及採光設計
太陽能的發電原理來自「光電效應」，簡言之，電子必須被光輻射「踢」出材料表面，才能產生電流而發電，靠的是光的能量強度，而非照射在材料上的熱度。

太陽電池的發電效率會受溫度升高而降低，尤其是單晶矽及多晶矽模板﹙一般實驗室標準測試溫度為25℃，日照強度為1000w/m2﹚。換言之，光電板只要光不要熱，因此，通風及降溫的設計在BIPV的建築類型益形重要。

本案位於公園內，運用四周淺池及流瀑來降低周遭溫度，亦可適度阻隔遊客直接碰觸光電模板，池邊矮墩也成為民眾喜愛的休憩及拍照地點。建築體呈開口向上的造形，具有大量納風的功用，底部與基座脫開15公分，讓氣流得以貫通，不僅疏緩風昇力，也帶走滯留的熱氣。

↗ 通風、降溫、遮陽、採光示意圖

台灣BIPV技術上的突破

台灣近年來由經濟部能源局大力推廣及補助太陽能的設置，但多為簡易的屋頂架設，並無BIPV的實例可參考。筆者數度赴德國取經，深受刺激與感動，原來國際上已經發展出相當成熟的技術，與建築的結合更已視為一整體的空間設計。第一次的BIPV設計嘗試，在91年為整建有27年歷史的台南縣政府的南向正立面，考慮其辦公空間的視覺穿透性及通風採光，我們採取遮陽板的形式操作，運用 double-skin 的自然排風效應，塑造縣政大樓大方簡捷效率的企業形象。而當時即想將光電遮陽板以「結構玻璃」的方式呈現，卻因台灣尚未有實作的前例技術可循，知易行難而放棄。隔年(92年)，機會來了，經費與時間尚充裕，遂埋首於太陽電池與結構玻璃的結合方式，但更重要的是台灣的廠商要有能力施作!須計可行的施作的構法大致有兩種：﹙一﹚複層玻璃BIPV模板﹙二﹚無框式雙層玻璃BIPV模板。

與專業廠商溝通之下，採取他們較有把握的第二種方式。即使如此，等在光電板與結構玻璃的膠合過程，仍是困難重重，起泡、脫膠、結構性…等問題；再加上鋼構架本身非一般的方體，而是放射狀的鋼管結構，與連繫結構玻璃的鋼纜系統（cable system）支撐背擋加上光電板的垂直水平配置，三種系統重疊，構成施作上的高技術要求，種種難題急待克服。多虧專業廠商的堅毅及嘗試錯誤改進的精神，台灣終於真正有第一座整體的BIPV建築，也證明台灣的鋼構及光電建築技術的實力。

太陽光電發電系統─市電併聯
BIPV的設計，基本上在於光電系統與建築物的整體結合，因此與市電負載併聯發電是最佳的選擇。換言之，白天由太陽光電發電系統與市電負載併聯發電，共同供應使用者負載，不足的部份由市電補充供電，夜間則完全恢復由市電供電。

↗ 利用太陽能發電的光電頂罩，為進入地下停車場的北面出入口；半透明隱約如薄紗的屏幕，成為透視公園的有趣場景

光彩奪幕的空間啟示
BIPV 的建築類型在國際間已是設計界競技的另一嶄新的舞台，遍及住家、辦公空間、車站、運動場…等，而本案在各項技術層面的嘗試或許未臻成熟，但由此作品可以提供業界從事BIPV設計的幾點參考：

1.空間設計與發電效率的思考
光電板作為建築材料的特性在於它可以發電，而不應視為裝飾物件，相對地在配置上就要注意方位及角度，但發電效率並非BIPV 的唯一考量因素，否則就擺設在屋頂即可；更重要的評價標準應視光電板取代外墻板、屋頂板或遮陽板…等建築元素時的空間審美品質。因此，建築師們可以放手大膽發揮創意與國際好手同台競技。

2.給大眾新的空間體驗與光電教育
潔淨能源日漸普及在各個領域，尤其是汽車工業、發電廠…等需要石油的產業。目前台灣尚未普遍的太陽光電系統，透過本案位於公園內光電建築的介紹，提供一個嶄新有趣的空間經驗，配合太陽能廣場的設計，於遊逛休憩中，達到認識太陽能應用的教育意義。

3.模矩化精準施工的重要性
不同於容許誤差度較高之RC造建築，光電建築更適合採用的乾式構造方式（如鋼構造及木構造），對於構材的模矩化，現場組構的精準度均有較高的技術性要求。因為鋼構造的組件，必須在工廠內完成。晶片取得後，光電板的封裝製程，更需在適度的溫控、潔淨的實驗室中完成封裝的各項程序，一旦送到工地現場，稍有誤差也不太能強迫按裝的情況下，若鋼構件亦無法調適，就得花至少半個月重新製作。再加上光彩奪幕的類1/4圓平面及弧面的形式，更增添整體施工的難度。本案的完成，也給了鋼構專業廠商相當大的鼓舞，甚而將其經營方向轉入光電建築的領域。

4、完全的「台灣製造」
本案由建築設計、光電發電系統規劃、整合光電板於建築構造、太陽能晶片的生產、光電板的封裝，鋼構及光電板膠合結構玻璃的施作，現場結構體的組構及光電系統設備的按裝，皆出自國人的手筆，乃光電建築領域首次完整台灣製造的作品。我們相信在地的專業廠商技術水平均足以應付高科技建築，但必須要再提昇營造業的整體營建管理制度及房屋工業自動化的支援，才能紮實地讓台灣的建築界在光電建築的領域，開創一片新天地。

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