当代建筑中的太阳能设计根植于这个行业的可持续发展。建筑和能源之间的关系通过最近的技术创新与被动战略和性能联系在一起。作为开始解决全球气候危机和温室气体排放的一种方式，太阳能设计正在重塑世界各地的城市和建筑。

多年来，建筑师致力于降低建筑冷却、加热、通风和照明所需的能源负荷。太阳能设计包含了光和被动方法的思想，最近还包含了运行和结构体现的能量。创造节能建筑越来越成为一种微妙的平衡，设计减少所需能源的功能实际上可以增加建造这些建筑所需的能源密集型材料。

如今，世界各地的建筑师和设计师已经采取措施，最大限度地减少新建筑使用的能源，对太阳能和可持续实践的强调已经扩展到了具体的碳。美国建筑师协会最近在《紧急和持续气候行动决议》中指出，“在零净碳实践成为其成员接受的标准之前，美国建筑师协会将紧急气候行动作为健康、安全和福利问题来优先考虑和支持。”着眼于建筑与能源之间的联系，以下文章和项目探讨太阳能设计，光电池的技术和最近的创新正在塑造我们对建筑环境未来的看法。

光伏能源是如何工作的？

曾经仅限于空间站和卫星，光伏技术现在越来越受欢迎，并成为一个越来越可行的选择。每天，太阳释放出巨大的能量，远远超过整个人口消耗的能量。由于太阳是一种可持续和可再生的发电资源，本文旨在解释关于这一过程的一些基本概念，并强调设计太阳能系统的重要考虑。

将太阳光转化为电能的过程都是从所谓的光伏电池开始的。这些电池是由两层化学变化的硅层制成的，其中一层缺少选举，另一层电子超载。当太阳光中的光子到达表面时，这些电子获得移动的能力，产生电流。每个电池产生少量能量，一个面板通常由36至72个光伏电池组成。通过将几个面板连接在一起，就产生了光伏系统。八到十块电池板足以为一栋小房子供电。然而，这一统计数据显然受到一些因素的影响，如太阳能板的效率、该地区的日照量以及住宅本身的能源需求。

重要的是，光伏太阳能电池板以直流电的形式产生电能，这意味着电能必须通过逆变器才能转化为交流电，而交流电通常用于建筑、电器、插座和灯泡。

光伏系统可以促进基础设施网络无法到达的偏远地区的能源生产。在这种情况下，当消耗的能量少于消耗的能量时，例如在晚上或非常多云的日子，系统使用电池来储存电能。然而，在连接到电网的系统中使用光伏也是可能的。在这些情况下，多余的能量进入电网，为有问题的建筑创造能量“信用”。在一些国家，甚至有可能出售剩余的能源，使为邻居建造发电厂和更快偿还投资的方法成为可能。

简单来说，太阳能电池板的效率就是每平方米太阳能电池板转化为电能的百分比。单晶太阳能电池板的效率更高，达到15%至20%，由单一超纯硅晶体(圆柱形硅锭)制成。由于这是一个更复杂的过程，它们也更昂贵。在多晶面板的情况下，不是一个晶体，而是几个晶体。它的制造产生更少的废物，而且更便宜。因为它更实惠，尽管效率较低，但它是使用最广泛的类型。

由于这些电池板是可持续发展领域的一项重要技术，一些国家已经在为实施清洁能源矩阵创造激励措施。该行业正在迅速发展，以使面板变得越来越高效、更小、更实惠、更可持续，并更有效地嵌入到容纳它的架构中。对应用研究的投资对于将这项技术越来越多地融入日常生活来说是非常重要的。

特斯拉推出全集成太阳能屋顶系统值得借鉴

三年多前，埃隆·马斯克(Elon Musk)透露了他的公司特斯拉(Tesla)最新的改变世界的创新:太阳能屋顶系统完全集成到家庭建筑中，以至于无法与传统屋顶区分开来。瓷砖由纹理玻璃制成，具有微观百叶窗，允许光线通过，同时阻挡视线光电池的细胞内。

太阳能屋顶将有四种不同的建筑风格:托斯卡纳、石板、光滑和纹理，并将融入特斯拉s Powerwall 2家用太阳能电池，允许大多数家庭生产一天所需的所有能量。特斯拉还在进一步改进百叶窗技术，将反射光反射回太阳能电池，有可能提高瓷砖的效率。

研究人员使用日本Kirigami技术改进太阳能电池板

研究人员在密歇根大学寻求开发一种太阳能系统，该系统可以吸收尽可能多的阳光，同时减少太阳能电池板自身生产的碳足迹。结果是惊人的美丽:通过古代的应用日本人研究人员能够捕捉到比传统面板多40%的阳光。

这个想法的前提很简单:通过对传统的太阳能薄膜进行战略性切割，并将其连接到一个简单的跟踪系统上，太阳能电池板可以全天跟踪太阳，捕捉其最亮的光线。研究人员选择基里加米切割是因为它避免了在面板上投射阴影，并且能够在不损坏脆弱的太阳能薄膜的情况下移动。当在两端拉动时，薄膜移动以创建一个独特的三维面板，该面板能够全天调节，与太阳的运动相协调。

使用相同数量的半导体太阳能材料，应用基里加米切割可以多发电20%到40%。由密歇根大学研究人员在一个简单的移动系统的帮助下，允许太阳能薄膜在两块玻璃之间移动，消除了枢转整个面板的需要，并解决了80%安装在倾斜屋顶上的太阳能面板系统的一个基本问题。

使用由柔性砷化镓制成的面板进行测试，该项目正处于商业应用测试的早期阶段。团队在密歇根大学我们对Kirigami切割在新兴太阳能市场的广泛应用持乐观态度，并且已经开始开发必要的基础设施来配合精致的面板。

隐形太阳能采集技术成为现实

太阳能采集系统不需要显而易见。事实上，现在它们甚至可以隐形，这要归功于密歇根州立大学(MSU)开发了一种透明的发光太阳能聚光器(LSC)，可以应用于窗户或其他任何表面清晰的东西。

LSC的技术并不新鲜，但透明的一面是。先前的尝试产生了色彩鲜艳的低效结果材料正如MSU大学化学工程和材料科学助理教授理查德·伦特研究员所说，“没有人愿意坐在有色人种的后面玻璃。“要了解伦特和研究团队的其他成员是如何实现透明的，请在休息后继续阅读。

通过瞄准不在可见光谱范围内的阳光波长，新的LSC技术变得透明。LSC技术使用有机小分子来获取紫外线和近红外线波长，然后在红外线的另一个波长“发光”。这种红外“辉光”被导向塑料的边缘，在那里它被光伏电池的薄带转化为电能。

透明LSC技术目前只能实现接近1%的太阳能转换效率，而最好的彩色LSC技术能够实现大约7%的效率。未来，研究团队希望优化他们技术的能源生产效率，使其超过5%(相比之下，商用光伏电池的能源生产效率约为15-20%)。

除了美观之外，透明LSC技术还有很多好处。首先，它可以用于各种应用，并有可能以可承受的成本扩展到商业和工业应用，从窗口到手机屏幕。其次，这项技术可以用来管理太阳热量的增加，因为它特别针对红外波长。根据伦特的说法，“已经有窗户薄膜技术旨在拒绝红外光，如低辐射涂层。我们的目标是在发电的同时拥有类似的功能。”

如何实现被动式太阳能设计？

根据定义，”被动式太阳能是太阳利用自然手段获得的能量的收集和分配”。实现被动式太阳能的简单概念和过程活力系统为建筑物提供了热量，照明设备机械动力和电力，以最环保的方式。这篇文章概述了在建筑设计中实施被动式太阳能系统的完整指南。