清潔能源應用創新設計與研究

能源進步對于城市的發展有著至關重要的作用，是城市文化建設中一個重要組成部分。然而，當下中國依然依賴化石能源，落后的能源結構對中國自然環境產生了巨大負面影響。在新能源設施建設中，利用太陽能尤為重要。雨篷作為以公寓樓為主要住宅形式的中國居民來說幾乎是大量裝配的設備，基于雨篷進行創新設計能夠結合一定實際情況，使設計更具合理性與可操作性。本項目組開展關于發電設備的調研與設計項目，分析當下雨篷的使用狀況，從雨篷的材料、形態等方面入手，借鑒國內外優秀的發電概念設計作品，結合當今最新的壓電技

術，提出發電雨篷的創新設計方案。給市民一個全新的體驗。

1 前言

未來十年，中國能源將實現兩個目標：一是到2020年非化石能源占一次能源消費總量的比重達到15%左右；二是到2020年單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%。

如今，中國已經成為全球清潔能源投資第一大國。

據2012年全球清潔能源投資報告顯示，2012年全球投資總額為2687億美元，相當于2004年的5倍。其中，中國在清潔能源方面的投資達到創紀錄的677億美元，較2011年增加20%，投資總額位居世界第一，成為全球清潔能源領頭羊。[2]

能源是人類生存和發展的重要物質基礎，也是當今國際政治、經濟、軍事、外交關注的焦點。中國經濟社會持續快速發展，離不開有力的能源保障。在經濟全球化深入發展和中國現代化加快推進的大背景下，如何認識能源發展趨勢，選擇什么樣的能源發展戰略，采取什么樣的政策措施，是一個十分重要的問題，需要認真加以思考。[1]雨篷作為居民住宅大量裝配的設備，對住宅起到裝飾、遮風擋雨、阻擋紫外線等作用，雨篷設計的好壞直接影響著整個環境的美觀度和人們的心情，目前雨篷設計著重于抗風力方面的研究，使用新型結構與新的材料與新的安裝方式，但從產品整體感上沒有大的突破，造型單一，美感上甚至跟不上人們對它的要求，因此，結合能源問題的雨篷研究設計是相當有意義的。

2 雨篷設備現狀概

雨篷，是遮蔽雨、雪和陽光的設備，并作為一種方式與手段，引領人流、車流與人們的視線。雨篷，對豐富建筑立面、美化建筑環境起到一定的作用。近年來，各地新建筑如雨后春筍拔地而起，五光十色，千姿百態。作為建筑入口，尤其是大型公共建筑入口，人流，車流出入頻繁，要求醒目突出。傳統入口雨篷的形式與尺度無法適應現代建筑，現代人的活動，交往及審美情趣的要求。厚實沉悶、形式單一的雨篷被寬敝、明亮、輕盈、飄逸的現代雨篷所取代。材質的新穎，結構的多樣，創作理念與手法的更新，使現代雨篷形式多姿多彩，風格各異。

3 環境與新技術分析

在亞熱帶和熱帶季風氣候帶的地區，天氣總是陽光與陰雨交替發生.這些地區能同時獲得充足的陽光與雨水。居住在這些地區的人們，尤其是老城區和欠發達地區的人們，他們會安裝各種各樣的遮陽與擋雨篷。出于對簡約能源的思考，我們結合雨篷、太陽能。雨水勢能，設計出“太陽.雨”自發電遮陽篷、擋雨篷。

薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，目前轉換效率最高可以達13%。薄膜電池太陽電池除了平面之外，也因為具有可撓性可以制作成非平面構造其應用范圍大，可與建筑物結合或是變成建筑體的一部份，應用非常廣泛。

PVDF壓電薄膜即聚偏氟乙烯壓電薄膜是本世紀70年代在日本問世的一種新型高分子壓電材料。到目前為止，該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的《環球市場信息導報》雜志http：//www.ems86.com總第528期2013年第47期-----轉載須注名來源世界上只有少數先進國家生產。PVDF壓電薄膜是一種柔軟、質輕、高韌度塑料薄膜，可以根據需要制成各種形狀，厚度的元件。與微電子技術結合，能制成多功能傳感元件。總的來說：PVDF壓電膜比石英、PzT等具有壓電常數大，頻響寬，不易受水和一般化學品的污染、價格便宜等特點。它不僅在許多領域中可替代壓電陶瓷材料使用，而且還可以應用在壓電陶瓷材料不能使用的場合。因此它是一種極有發展前途的換能性高分子敏感材料。

4 發電雨篷方案的思考與實施

太陽.雨是一個自發電遮陽篷、擋雨篷，運用太陽能電池技術與壓電發電技術實現晴雨天氣都能產生電能供給室內電器使用，實現環保簡約能源訴求。有陽光的時候我們可以利用太陽光能發電供給室內電器，減輕城市電網的負擔。下雨的時候太陽能電池板不能工作，但通過壓電技術的運用使得本裝置在雨中也能實現發電。

出于對簡約能源的思考，我們結合雨篷、太陽能。雨水勢能，設計出“太陽.雨”自發電遮陽篷、擋雨篷。一般情況下，太陽能電池板朝上，利用太陽能進行發電。當光線感應器感應到環境光亮度明顯減小，濕度感應器感應到空氣濕度明顯增加時，旋轉結構啟動，壓電發電板朝上。

本作品通過將傳統部件與新材料部件有機結合的基礎上，通過硬朗的線型和中置的選裝結構實現了產品在各種天氣條件環境下正常工作的訴求，同時巧妙地通過結構設計，實現多種模式的轉換功能，滿足人們需求。而且模塊化構件、簡單的結構易于裝卸與更換部件，保證了工業化易于實現與人性化的設計。

所采用的的材料有：薄膜太陽電池可以使用在價格低廉的玻璃、塑料、陶瓷、石墨，金屬片等不同材料當基板來制造，形成可產生電壓的薄膜厚度僅需數μm，目前轉換效率最高可以達13%。

PVDF壓電薄膜即聚偏氟乙烯壓電薄膜是本世紀70年代在日本問世的一種新型高分子壓電材料。PVDF壓電薄膜是一種柔軟、質輕、高韌度塑料薄膜，可以根據需要制成各種形狀，厚度的元件。與微電子技術結合，能制成多功能傳感元件。

本設計最終完成為“太陽雨”發電雨篷設計，創新點在于區別于其它雨篷的美觀和實用，是新能源技術與傳統家居組件的結合，達到了最理想的效果。針對使用人群的使用心理，對雨篷全新的詮釋，在設計中合理安排不同情況下的工作模式及空間的應用。基于中國乃至東南亞的實際氣候與建筑情況和新技術新材料新結構設計，采用現代防塵、耐雨淋、耐暴曬且低廉的新型材料結合使用。是一款符合現代家居場所大眾需求的設備。

（作者單位：廣東工業大學藝術設計學院）