太陽能景觀：一種將再生能源生產適應性整合融入文化景觀的方法

隨著全球氣候變遷日益嚴重，各國積極尋求減少溫室氣體排放的方法。太陽能作為一種清潔、可再生的能源，其應用逐漸普及。然而，在戶外設置太陽能發電設施（如太陽能農場）會顯著改變現有的文化景觀。如何才能在文化景觀中整合太陽能利用，又同時保留並提升地方獨特的區域特色，提高社會接受度，是現在科學家的研究重點。

歐洲的景觀多樣，奧地利擁有2600種不同的小型文化和自然景觀。奧地利政府致力在2030年前實現100%再生能源轉型。為達成此目標，該國的再生能源擴張法案設定到2030年增加27 TWh (太瓦時) 再生能源產量的目標，其中11 TWh (太瓦時)將來自太陽能發電。這意味著需要在開放空間建設太陽能發電設施，預計將占用91平方公里的土地。然而，在當地居民的反對下，如何讓再生能源設施融入景觀是一大挑戰。因此，景觀建築學的專業知識對於設計和實現太陽能系統至關重要。

科學家研究的主要目的是開發一種景觀建築設計方法，將太陽能發電系統整合到文化景觀中，同時尊重並提升其獨特性。具體而言，本研究旨在：

► 制定一套通用的設計流程，讓太陽能基礎設施能夠根據其所在地的特性進行調整，並在功能和美學上都反映出該地點的特色。

►創建一個太陽能模組目錄，作為設計師的工具包，以便將太陽能模組整合到現有的文化景觀中。

►透過案例研究，展示如何透過太陽能模組的設計來尊重現有場所，並增加其生態、經濟和社會價值。

►為決策者、空間規劃師、景觀建築師和工程師之間的跨領域對話提供靈感。

為了將太陽能發電以敏感的方式整合到不同的文化景觀中，並在整體功能需求之間建立協同作用，研究團隊選擇了一個歸納的程序，其中包括以下步驟(圖1)：

1. 場域分析：首先，選擇一個參考景觀中的合適地點進行場域分析。以奧地利施泰爾馬克州南部的萊布尼茨區為例，該地區以其小規模、多樣化的農村組成而聞名。團隊透過「漫遊式」的半結構化分析，研究場域的空間配置、大氣元素和功能品質。並使用背景資料、鳥瞰圖、照片和描述性景觀肖像，將開放空間劃分到一般類型，理解其空間連結性。並評估從空間規劃的角度來看，太陽能是否可以適當地整合。

2. 文獻回顧：團隊回顧了太陽能模組的技術現狀、現有可能性和創新趨勢的相關文獻，從科學論文、參考專案、產品目錄和數據表中提取信息，並創建了一個包含太陽能模組的材料目錄。

3. 概念設計提案：根據場域特徵和材料目錄，透過景觀建築設計分析，為選定的地點開發太陽能整合的概念設計提案。分析考慮了與現場其他相關功能的協同作用，以確保太陽能的整合能增強現有的景觀特徵，同時兼顧生態、社會和經濟需求。

4. 設計經驗反思：團隊透過回顧和討論相關的文獻來源，反思設計經驗和程序，並制定逐步設計方法。

圖1. 設計流程，含研究、分析、設計、視覺化和綜合的階段，並強調太陽能與開放空間的關聯，以及技術可能性的應用 (Chrili C. et al., 2024)

研究結果透過幾個關鍵分述如下：

1. 適宜廠址：

．研究團隊在萊布尼茨區選定了23個開放空間(圖2)，並根據功能將其歸類為六種類型：居住區、商業區、交通區、休閒區、農業區和基礎設施區。

．經過評估，23個開放空間中有21個被認為適合整合太陽能(圖3)，只是強度不同。其中，文化影響較強的景觀和居住區被認為高度適合，而原始的自然和文化遺產景觀則認為只適合在特殊情況下進行小規模的介入。

圖2. 在奧地利斯蒂利亞萊布尼茨區的參考景觀中研究了23個地點的位置，

地理數據來自Land Steiermark. Digitaler Atlas: GIS Steiermark。

圖3. 調查選定的地點，用於研究綜合太陽能發電的合適方式；

地理數據來自Land Steiermark. Digitaler Atlas: GIS Steiermark。

圖4. Motorikpark Gamlitz (運動技能公園)的現場圖像示例，其中包括照片、現場平面圖、景觀描述、潛在的干預區域以及評估其是否適合於整合太陽能發電系統(Chrili C. et al., 2024)。

2. 太陽能模組目錄：

．文獻回顧揭示了17種不同結構類型的太陽能模組(圖5)。

．團隊為每一種模組創建了資料表，其中包含標準尺寸、平均能源效率、承重能力和開發狀態等資訊。

．該目錄包括了已建立的大規模生產太陽能模組，以及最近處於實驗開發階段的創新產品。

．目錄的目的是作為設計師的工具包，讓他們了解現有的太陽能模組設計可能性，例如太陽能瓦片、柔性薄膜電池和球形太陽能透鏡。

．除了技術特性外，該目錄還考慮了模組外觀的客製化，例如透過著色電池、塗層表面、染色保護蓋玻璃、光層壓蓋玻璃或使用浮雕蓋玻璃來調整模組的外觀。除了技術特性外，該目錄還考慮了模組外觀的客製化，例如透過著色電池、塗層表面、染色保護蓋玻璃、光層壓蓋玻璃或使用浮雕蓋玻璃來調整模組的外觀。

圖5. 作為開發的設計資料目錄的一部分，概述了光伏和太陽能熱模塊的不同結構類型。

(資料來源：W-Quadrat, 2022; Indiamart, 2022; Solarroadways, 2020; Marchese, K., 2019; Solar 4 RVs, 2022; Fink, M., 2021; Onyx Solar Group, 2022; Badexo Mit Solar Warmwasser Erzeugen, 2023; Bellini, E., 2020; Caula, R.,2021; Focussolar, 2022; Bruno Maurer Architekt, 2023; Gesthuizen, J., 2015; Appel, B., 2005)

整合設計理念：

．根據研究的案例和材料目錄，團隊開發並視覺化了10種概念設計理念(圖6)。

．這些設計理念展示了如何透過尊重景觀的特殊性，並創造協同作用，來保存和進一步發展現有的文化景觀(圖7)。

．設計過程從大氣景觀肖像中選擇核心場域特徵作為結構設計模式的基礎，再選擇與設計概念相對應的太陽能元素、顏色和紋理。

．開發的設計理念包括：用於體育鍛鍊的太陽能圓頂，成為現有池塘系統之間的一系列地標；在環形交叉路口整合養蜂的「天眼」；以及從現有地形中出現的太陽能亭作為景觀舞台。

．這些設計理念不僅考慮了太陽能發電，還考慮了支撐結構，在某些情況下，支撐結構甚至成為動植物的棲息地或徒步旅行者的庇護所。

圖6. 開發並視覺化10種概念設計理念(Chrili C. et al., 2024)

圖7. 以 Motorikpark Gamlitz (運動技能公園)為例的概念設計發展(Chrili C. et al., 2024)：

(1)四個現有的動態形狀池塘位於蜿蜒溪流沿岸，處於山谷底部。該地區的緩坡逐漸變陡，最終形成起伏的丘陵輪廓。

(2)三顆巨大的象徵性「河卵石」被放置在空間的焦點位置，以節奏感強調水體：其中一顆位於池塘序列的中心（類似太陽神經叢的區域），另外兩顆則位於溪流的彎道及灣區內。此外，沿著場地的地形輪廓劃出的線條突顯了通往池塘的地形特徵。

(3)光滑的薄膜太陽能模組呈現藍灰色，與池塘的色調相匹配。停車區沿坡道鋪設線性路面，由尺寸為 0.7 × 1.26 公尺的太陽能道路面板構成，並由耐用的防滑灰色浮雕玻璃保護。

(４)三顆「卵石」由網格殼結構組成，其上透過張力線安裝了柔性薄膜太陽能板。這三顆卵石各自包含不同的運動技能訓練設施：攀爬網、迷宮以及帶有數位健身監測系統的體操設施。此外，太陽能路面升級了原本未鋪設路面的停車區。光電模組的總發電量達 230 至 265 KWh，可為 65 至 75 戶家庭提供電力。

３. 整合式景觀建築設計方法：

基於測試案例的設計經驗，研究團隊開發了一個五步驟設計流程，以支持對太陽能元素的景觀敏感和場域特定整合。

．前提條件：場址適用性和選擇：開放空間適用於能源景觀的設計，並適合整合太陽能模組。

．場域特性分析：分析選定地點的空間、社會、生態和經濟價值，以及與區域的相互連通性。

．設計概念：開發一種設計模式，反映和增強場域或區域的特殊性，同時考慮生態、社會和經濟需求。

．選擇合適的太陽能元素：根據場域特定的設計方法，選擇太陽能模組的類型，並定義其材料、顏色品質和表面處理。

．概念設計：根據開發的設計方法和設計元素的選擇，繪製設計圖，並將太陽能元素作為其中的一個面向。

．評估整體空間效果和價值工程：除了發電外，設計提案還增加了當地相關的社會、生態和經濟價值，並加強了地點的空間特性。

圖8. 創建整合太陽能的景觀建築設計的步驟 (Chrili C. et al., 2024)

►重要建議

．跨領域合作：為了使包含太陽能系統的設計能夠融入主流，需要協調空間規劃工具，並將再生能源系統的設計納入法規框架，並成立跨領域的諮詢委員會。

．景觀建築的重要性：景觀建築應被視為能源轉型中不可或缺的一環，其專業知識有助於在文化景觀中整合太陽能。

．太陽能模組的創新：需要進一步開發適應性更強的太陽能模組，以便將光電和太陽熱能無縫整合到開放空間的設計元素中。

．智慧農村：在農村地區透過智慧表面進行分散式能源供應，有助於建立「智慧農村」，將所有功能（包括生態）整合在一起，從而提高農村地區作為居住和工作場所的吸引力。

．克服「鄰避效應」：透過考慮景觀的獨特特徵，並透過景觀設計來設計太陽能系統，可以減少人們對再生能源發電產生的「鄰避效應」。

．設計的適應性：本研究並非提供一套可重複使用的設計方案，而是鼓勵根據每個地點的獨特性，開發場域特定的解決方案。

u 結論

能源生產與維護及發展文化景觀之間並非絕對對立。透過以場域特定設計為框架，開發出在尊重文化景觀特徵的同時滿足多種用途的方法，為轉型為再生能源提供了一種方向。

參考資料

Car, C., Frohmann, E., & Grimm-Pretner, D. (2024). Solar Landscapes: A Methodology for the Adaptive Integration of Renewable Energy Production into Cultural Landscapes. Sustainability, 16(5), 2216.