建材一体型太阳电池组件优化

通常，在建筑物上安装太阳电池时，先在屋顶上设置专用支架，然后，在其上安装太阳电池，这样会使建筑物的外观受到影响。另外，专用支架在太阳能光伏系统的成本中所占比例较大，一般占9%左右，对降低整个系统的成本具有一定的影响，而且安装费用也较高。

图4.6 太阳电池组件

太阳能光伏系统大量应用时，需要解决两方面的问题: 一是使结构更加合理，二是使太阳电池组件的成本降低，以降低用户的费用。解决方法之一是使用具有太阳电池与建筑材料双重功能的建材一体型太阳电池组件，这种太阳电池组件是将建筑材料与太阳电池融为一体，使结构更加合理。另外，建材一体型太阳电池组件可以作为建筑施工的一部分，可以在新建的建筑物或改装建筑物的过程中一次安装完成，可以同时完成建筑施工与太阳电池的安装施工，大大降低安装费用、施工费用，降低系统的价格。

4.3.2.1 建材一体型太阳电池组件的断面

建材一体型太阳电池组件 (Building Integrated Photovoltaics，BIPV) 的断面构造如图4.7所示。在组件的背面由屋顶用钢板，表面由氟树脂胶片构成，然后与加固材料、绝缘材料等一起用黏结剂封装而成。

这种组件与玻璃型的组件相比不易破损，适用于拱形建筑物的太阳能光伏系统，具有用途广、适用性强等优点。

4.3.2.2 建材一体型太阳电池组件的种类

与建筑材料一体构成的新型太阳电池组件可分成以下几种，即建材屋顶一体型组件，建材幕墙一体型组件以及柔软型组件。其中，建材屋顶一体型组件主要用于屋顶住宅用太阳能光伏系统，建材幕墙一体型组件主要用于大楼、建筑物等，柔软型太阳电池组件则主要应用于窗户玻璃、曲面建筑物等。

然而，建材一体型太阳电池组件除了要满足电气性能之外，还必须满足建筑材料所要求的以下的各种性能: ①强度、耐久性: 太阳电池组件必须满足防水性的要求，如漏雨、漏水等，以及台风、地震时的机械强度的要求; ②防火、耐火性: 特别是太阳电池瓦与屋顶材料构成的太阳电池组件必须满足防火、耐火的要求; ③美观、外观性: 屋顶会影响街道、地区的美观性，因此，对所安装的太阳电池的色彩、形状以及大小有一定的要求。

图4.7 建材一体太阳电池组件的断面构造图

1. 建材屋顶一体型太阳电池组件

建材屋顶一体型太阳电池组件是指在屋顶的表面将太阳电池组件、屋顶的基础部分以及屋顶材料等组合成一体所构成的屋顶层。建材屋顶一体型太阳电池组件按太阳电池在建筑物上的安装方式，可以分成可拆卸式、屋顶面板式以及隔热式等。在建材屋顶一体型太阳电池组件中，除了使用常用的太阳电池组件外，还可以使用HIT太阳电池。

(1) 瓦一体型太阳电池组件。

图4.8 太阳电池瓦的外观

如图4.8所示为太阳电池瓦的外观，它由曲面形状玻璃瓦与非晶硅太阳电池构成，出力约3W。由于非晶硅太阳电池的厚度非常薄，因此与传统的瓦相比重量基本相同，但瓦的强度却高3倍。由于非晶硅太阳电池采用气体反应的方法形成，所以可以像太阳电池曲面形状的玻璃瓦一样直接形成曲面。图4.9为瓦一体型非晶硅太阳电池组件。

图4.9 瓦一体型非晶硅太阳电池组件

如图4.10所示为瓦一体型太阳电池组件的外观，其特点是无框架设置施工，组件采用了不易燃烧的材料，可以代替传统的瓦使用。

图4.10 瓦一体型太阳电池组件的外观

(2) 可拆卸式建材屋顶一体型太阳电池组件。

图4.11为可拆卸式建材屋顶一体型太阳电池组件，它是在一块平板瓦上制成的。背面为金属结构，可以比较容易地更换各组件，其特征是组件更换容易、具有耐火特性等。

图4.11 可拆卸式建材屋顶一体型太阳电池组件

(3) 屋顶面板式建材屋顶一体型太阳电池组件。

图4.12为屋顶面板式建材屋顶一体型太阳电池组件。太阳电池瓦与屋顶构件组合，在工厂组装成板式结构。这种组件安装简便，重量轻，成本低，管理方便。

图4.12 屋顶面板式建材屋顶一体型太阳电池组件(www.xing528.com)

(4) 隔热式建材屋顶一体型太阳电池组件。

图4.13为隔热式建材屋顶一体型太阳电池组件。它使用大型非晶硅 (a-Si)太阳电池、屋顶构件、隔热材料等组成玻璃板，不但可以提高施工的便利性，而且可以使温度上升以恢复非晶硅太阳电池的初期特性。太阳电池瓦与屋顶构件在工厂组装，现场安装简便，质量管理方便。

(5) 使用HIT太阳电池的建材屋顶一体型太阳电池组件。

图4.14为由使用积层太阳电池 (HIT) 构成的建材屋顶一体型太阳电池组件，其特点如下:

·太阳电池设置的部分可以省去屋顶瓦，因此可降低成本，可以与瓦同时设置，与传统的框架设置方法相比可节约50%的工时;

图4.13 隔热式建材屋顶一体型太阳电池组件

·可省去太阳电池下面铺设的屋顶材料，可减轻屋顶的重量;

·与平板瓦一样可以最大限度地利用屋顶的面积，外观也很美观。

另外，由于积层太阳电池的转换效率较高，因此同样的设置面积可以得到较大的发电出力。除此之外，由于这种电池具有较好的温度特性，可以抑制夏季高温时太阳电池的出力下降。

图4.14 积层太阳电池构成的建材一体型太阳电池组件

2. 建材幕墙一体型太阳电池组件

建材幕墙一体型太阳电池组件适用于高层建筑物，作为壁材、窗材使用。建材幕墙一体型太阳电池组件可分为: 玻璃壁式建材幕墙一体型太阳电池组件、金属壁式建材幕墙一体型太阳电池组件等。

(1) 玻璃壁式建材幕墙一体型太阳电池组件。

如图4.15所示的玻璃壁式建材幕墙一体型太阳电池组件是将玻璃与太阳电池组合而成，即由表面玻璃、太阳电池芯片以及背面材料构成。用来代替建筑物的玻璃，构成各种各样的彩色壁面，以满足不同用户的需要。

图4.15 玻璃壁式建材幕墙一体型太阳电池组件

(2) 金属壁式建材幕墙一体型太阳电池组件。

图4.16为金属壁式建材幕墙一体型太阳电池组件，它将太阳电池装在铝材上构成太阳电池组件，太阳电池组件背面的铝制散热片用来散热，以提高太阳电池的转换效率。另外，可以方便地调整组件的倾角以及各组件间的间隙，以增加发电量。

图4.16 金属壁式建材幕墙一体型太阳电池组件

3. 柔性式建材一体型太阳电池组件

图4.17为柔性式建材一体型太阳电池组件，这种太阳电池组件可以满足各种不同的用途。将非晶硅太阳电池做成胶片状以及多种尺寸规格，施工时可以根据屋顶的形态选择太阳电池的大小。

图4.17 柔性式建材一体型太阳电池组件

今后，随着建材一体型技术、大面积化技术以及施工方法的进步，建材一体型太阳电池组件将会在太阳能发电方面得到越来越广泛地应用。