复杂气候条件下的建筑集成光伏
作者：Benjamin Yerick， 澳门威尼斯人博彩官网建筑学院的学生和实习生
由Weddle & Sons在澳门威尼斯人博彩官网项目屋顶上安装的特斯拉屋顶瓦片。
在过去的几十年里，科学家和研究人员一直在追求一个不再依赖不可再生能源的未来；几十年来，煤炭、天然气和石油一直是我们的主要能源来源，但由于它们对我们的生态系统和健康造成的破坏性影响，对清洁能源的需求持续增长。可再生能源是一个日益增长的话题，在过去的几十年里，可持续技术得到了迅速发展。从效率低下、不够可靠、无法取代现有能源的系统，到一种可能成为潜在替代品的技术形式，既环保，又能减少其他能源的有害影响。这项技术的发展引发了对净零/净正未来的讨论；对于渴望减少碳足迹的个人、社区甚至国家来说，从一个假设的概念转变为一个潜在的现实。许多公司追求的技术目标是清洁能源，甚至是永久融入我们社区的潜力。
在像怀俄明州杰克逊霍尔这样的山区，一个常见的问题是不一致；随着时间的推移，这项技术能否持续地取代以前的能源形式？由于该地区的环境条件，可再生能源的想法只是一个假设的概念；多山的地形，最小的太阳能增益，以及全年不可预测的气候是一个主要问题。多年来，这个问题的答案一直悬而未决，无人知晓；但随着技术的不断进步，这个概念越来越成为现实。建筑集成光伏（BIPV）已经成为一个被广泛讨论的想法，它允许设计师在不需要考虑投资和安装笨重的、可见的系统的情况下创建建筑，这些系统会在电池生命周期后造成技术浪费。光伏已经发展成为一种薄膜状的材料，可以集成到几乎任何东西上，从屋顶瓦片到包层和遮阳系统。因此，许多个人和公司已经开始投资BIPV系统。特斯拉就是一个众所周知的例子；这家公司提倡使用更清洁的替代能源。特斯拉最广为人知的产品是电动汽车，它还致力于以替代能源为重点的研究，包括BIPV系统。他们最成功的例子之一是他们的太阳能屋顶系统，已经安装在美国40多万户家庭中（特斯拉）。截至2022年5月，特斯拉的第三代太阳能屋顶系统已正式引入提顿县，并提出了这个问题；这项技术是否足够可靠，可以在复杂气候条件下取代目前的能源形式？
假设是的，在类似条件的地区，这种系统的例子并不多，但根据Weddle & Sons（2022年）的说法，该系统足够可靠，即使在没有直接自然光的情况下，也能持续产生能量。Weddle & Sons是堪萨斯州曼哈顿特斯拉的认证屋顶安装商，也是提顿县第一个安装的承包商。人们普遍认为光伏发电需要直接获得太阳能，这并不一定是正确的。多年来，这种技术在没有直接获得太阳能的情况下产生能量的效率不够高。随着光伏技术的发展和效率的提高，现在可以将间接光/环境光转换为可用的能量。光伏发电的工作原理是吸收太阳辐射产生的光子，并将其转化为电流中的伏特（NASA）。一旦被吸收，产生的电压就会以直流电（DC）的形式发送到逆变器，然后转换成交流电（AC），然后作为可用能量应用于建筑物中。因此，只要光子停留在由太阳辐射产生的电磁场中，光伏电池就能以稍微不稳定的速率将它们转化为可用的能量。Weddle & Sons解释说，集成的光伏板是根据屋顶的坡度和方向策略性地放置的，以尽可能多地获取太阳能，最大限度地提高发电量，减少所需的电池数量。这最大限度地减少了光伏发电产生的浪费，当电池的生命周期完成时，面板的拆卸和更换旨在防止像许多传统屋顶在20-30年后需要一个全新的屋顶系统。
其他形式的技术只是强化了它作为潜在永久替代品的地位；智能技术或smart（自我监测、分析和报告技术）通过人工智能监测能源使用情况，该人工智能可以比较一段时间内产生的数据，以最有效的方式使用能源；减少浪费的能源和最大限度地减少总能源使用，而无需手动调整。这也允许用户互动和了解他们的能源使用情况，最终导致更好地了解节能。这项技术也可以与传统能源一起使用，但BIPV的好处是清洁能源。所有的能源都有一种形式的浪费，不可再生能源和可再生能源的区别在于浪费造成的影响。并非所有的太阳能增益都成功地转化为可用的能量，导致一些能量以热能（热能）的形式浪费掉。燃烧煤、天然气和石油会释放有害的污染物，造成生态问题，每天都对个人产生影响。从空气质量到可用的饮用水，不可再生资源的影响导致了我们每天面临的许多问题。净零和净正设计的理念是尽量减少不可再生能源并减少其影响，而不是完全摆脱它。向清洁能源的过渡减少了对石油、天然气和基于矿石的燃料的需求，这些燃料是有限和有害的。
许多人普遍担心的是成本，这是合理的。并不是每个人都有钱投资这样的系统，而且如果没有重要的例子证明这些系统可以产生足够的能量来支持这个地区的一栋建筑，许多人就会忽视这个想法。尽管这种观点有其道理，但重要的是要了解能源是如何使用的，而不是了解所需的总能源。如前所述，智能技术有助于最大限度地减少能源消耗。BIPV的好处是，大多数系统使用智能技术来减少能源浪费，并允许个人监控和跟踪他们的总使用量和总发电量。特斯拉的屋顶系统使用一个用户友好的应用程序来监控个人使用的总能源和屋顶产生的电量。这不仅能节约能源，还能鼓励用户更加意识到他们正在使用的能源。这将促使人们对生活方式做出健康的改变，以降低他们的能源账单，同时在家中保持舒适。根据特斯拉的说法，该系统基本上可以收回成本。无论系统产生多少能源，个人每月为能源支付的总成本将大大减少。如前所述，屋顶的寿命将最终消除在未来完全更换的需要；面板可以轻松拆卸和更换。
总之，太阳能在不同的气候条件下越来越成为现实，随着人们对当前能源对全球气候的生态影响的日益关注，重要的是个人要考虑他们使用的能源类型，并更加意识到他们是如何使用它的。在考虑可再生能源时，建筑集成光伏至关重要；这些系统提高了人们对能源消耗的认识，促进了更健康的生活方式，减少了不可再生能源造成的有害污染物，并防止了每年造成大量废物的非综合系统的技术浪费。
参考文献
光伏发电是如何工作的？(无日期)。检索自NASA
特斯拉。(无日期)。太阳能屋顶。摘自特斯拉
韦德尔（2022年5月23日）。威德父子屋顶公司的总裁。（采访者耶里希b）
特斯拉Powerwall