建筑学论文哪里有？本研究通过太阳辐射分析，对建筑进行了精细的分区优化。采用的镶嵌技术和拓扑优化方法不仅增加了光伏单元布局的合理性，而且显著提升了整体结构对太阳辐射的吸收量。这一进步不仅展现了该方法在提升能源效率方面的实用价值，还在实践中证明了其对促进可持续建筑发展的贡献。
1绪论
1.2国内外研究概况及综述
1.2.1光伏建筑一体化相关研究
本文综合分析了近年来在国内外大空间建筑壳形屋面中应用建筑光伏一体化（BIPV）技术的理论研究与设计实践，旨在评估BIPV技术与大空间建筑壳形屋面结合的技术可行性。本研究探索了光伏模块的镶嵌设计、太阳光照获取的预测技术[9]以及光伏界面的优化策略等设计方法，目的是为BIPV在未来的广泛应用中探索出新的方向和思路。
（1）理论研究
作为光伏建筑一体化技术领域的先锋，德国通过实施“光伏屋顶太阳能计划”，实现了光伏发电系统与建筑的高度融合，并在铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池领域创下多个高效率纪录[10]。另一方面，日本在遭受地震触发的福岛核灾难后，加快了太阳能光伏技术的推进，2011年引入了可再生能源的固定价格收购政策，显著促进了太阳能发电装置的快速扩展。美国推出的SunShot 2030计划旨在促进光伏产业及技术创新。中国则凭借其辽阔的国土和光伏技术的广泛应用，至2018年末，光伏发电的累计并网容量已达到174GW，保持着在全球的领先地位[11]。国外在光伏建筑一体化领域的研究较早，主要集中在光伏材料、建筑结构和系统集成等方面。欧洲和美国等地区的研究机构和企业积极推动了光伏建筑的发展，并提出了许多创新的设计理念和技术方案，例如美国近期发布了关于光伏的新科研成果，科研人员开发出了一种新型的材料，能够让电池板的利用效率大幅提升。根据公开的研究成果显示，使用新材料制作太阳能电池板，在表层可以有效提升80%的光伏吸收率，这种材料是一种最新开发的新型复合材料，对于未来如何从研究转向实践还需要更多的探索。近年来，国内对光伏建筑一体化的研究也取得了一系列进展（如表1.1）。各大高校、科研机构和企业相继开展了相关研究工作，涉及到光伏建筑的设计、材料、施工和运行管理等多个方面。
3基于整体日照的镶嵌基底优化
3.1形体优化目标分析
在融合大空间建筑的壳形屋面与光伏建筑技术的过程中，通过对建筑屋面整体日照获取量、建筑形态变化以及标准化模块占比的综合分析，可以实现日照获取量最大、形态变化最小、铺设率最大的优化目标的达成。首先，提升建筑屋面日照获取量，可以使建筑最大程度地利用太阳能资源，提高其能源效率和舒适性。其次，针对建筑形态变化的分析，可以探讨不同屋面起伏形态对日照获取的影响，从而选取最适合的设计方案，使建筑在日照和天气不同的场景下都能够充分利用光照资源。最后，通过合理规划模块形状和尺寸，模拟计算标准化镶嵌单元的铺设率，从而达到优化目标的综合效果。
3.1.1整体形态变化
屋面形态是由基底形状以及矢高形成，这些因素共同影响屋面的整体形态变化（图3.1），同时也影响了光伏组件的布局，决定了光伏技术集成设计的效能和成效。本研究首先设计出屋面的形态方案，然后在初始方案基础上进行形变。在对于参数化模型的模拟计算中，将屋面形态变化量最小化作为一个优化目标，有助于获取更多合适的设计方案。
本研究查阅了壳形屋面在设计中的规范，其中，球面壳的跨度即平面直径不宜大于80m，矢跨比不宜小于七分之一；圆柱面壳的跨度不宜大于35m，其宽度与跨度之比宜小于1.0，壳体的矢高可取宽度的三分之一到六分之一；椭圆面壳的跨度不宜大于50m，底边量跨度之比不宜大于1.5，矢高可取短向跨度的六分之一到九分之一，如图是满足限定范围的壳形屋面形态变化。
5基于合理建造的镶嵌建构优化
5.1建构优化目标分析
在大空间建筑中，壳形屋面的建构优化目标主要聚焦于两个方面：一是尽量减少光伏板的阴影和遮挡，二是降低建造安装的难度。这一目标的实现对于提高建筑的能源利用效率、减少能源消耗具有重要意义。在实践中，着眼于优化壳形屋面的设计和构造，以最大程度地减少光伏板的阴影投射和遮挡效应。通过精细调整屋面结构的布局和形态，确保光伏板能够充分接受阳光的照射，最大限度地提高能源转换效率。与此同时，也要关注减少建造和安装过程中的复杂度和难度。
5.1.1阴影与遮挡分析
光伏板之间的遮挡效应对于光伏系统的性能影响不容忽视。当光伏板之间存在遮挡的情况时，相比于无遮挡的光伏板所接收到的太阳辐射值会降低（图5.1），导致其发电效率下降。这种遮挡效应不仅影响到被遮挡的单个光伏板，还会扩散到整个光伏系统中。具体来说，光伏板之间的遮挡会引起串联电路中的“阴影效应”。这意味着，如果一个光伏板被部分遮挡，其输出电流会降低，从而影响整个串联电路的电流水平。由于串联电路中各个光伏板的输出电流是相等的，因此即使只有一个板被遮挡，整个串联电路的电流也会受到影响，从而降低了光伏系统的输出功率。
通过优化布局和设计，我们可以尽可能减少光伏板之间的相互遮挡，确保每个光伏板都能够充分接收到阳光的照射。这不仅提高了单个光伏板的发电效率，还提升了整个光伏组串的性能，使其能够更有效地捕获太阳辐射，从而实现光伏组串的太阳辐射获取量的最大化优化目标。通过减少光伏板之间的遮挡效应，我们可以有效提高光伏系统的能源转换效率，从而为可再生能源的发展做出更大的贡献。这种优化措施不仅有助于提高光伏系统的性能和可靠性，还为可持续能源的推广和应用提供了更加可行的技术支持。
5.2建构优化指标提取
5.2.1光伏间距范围设定
光伏单元之间的范围不单影响单个光伏组件的日照获取量，还会由于木桶效应导致整光伏组串的光电转化效率下降，以光伏间的遮挡与阴影最小为优化目标，同时考虑光伏组件间距中的材料成本，让光伏组件间距的材料成本最小化，去优化光伏的间距范围。
在这个过程中，首先对于光伏单元曲面镶嵌方法进行介绍，如下图以圆柱面壳为例，在分区的基础上对于选取的曲面进行镶嵌，本文选择图中红色线条圈起的区域为例进行具体的镶嵌设计流程（图5.5）。
6总结与展望
6.2研究创新点
本文在光伏建筑一体化（BIPV）的研究领域取得了重要进展，提出了两大创新点，旨在优化太阳能的利用效率，并推动可持续建筑设计的发展。首先，文章将研究重心转移到了大空间建筑壳形屋面上，这类建筑屋面因其宏大的尺度和复杂的结构，对太阳能的吸收与转换提出了新的挑战。通过深入探索，本研究发现，利用特定的设计和材料，这类建筑屋面在太阳能的吸收和转换效率上拥有巨大的提升潜力，显示出其在未来城市能源规划和建筑设计中的高研究价值。
其次，本文提出了一种形态拟合方法，这种方法巧妙地将镶嵌技术应用于大空间建筑中，旨在解决传统光伏集成技术在美观性与实用性之间的矛盾。通过这种创新方法，研究者成功实现了线性光伏材料与非线性建筑形态的有效融合，不仅提升了建筑的能源效率，也增强了建筑的美观度和实用价值。这种方法的提出，为光伏技术在建筑领域的应用开辟了新的道路，使得光伏集成成为建筑设计中既实用又美观的元素。
综上所述，本文的研究成果不仅在技术层面上实现了创新，而且在理论与实践的结合上提供了新的视角。通过对大空间建筑壳形屋面的研究和对镶嵌技术的应用，本研究为光伏建筑一体化领域带来了新的思路和可能性，有望推动建筑行业向更加高效、可持续的方向发展。
参考文献（略）
