分布式太陽能組件與金屬圍護系統(tǒng)結(jié)合方式研究

鄒晨

（上海精銳金屬建筑系統(tǒng)有限公司，上海 201199）

1 引言

分布式光伏發(fā)電主要指運用光伏組件，將太陽能轉(zhuǎn)變成為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。且成為一種前景較為廣闊的發(fā)電與能源綜合利用方式。而金屬維護系統(tǒng)由于近些年在國內(nèi)建筑領(lǐng)域的有效推廣，屋面以及墻面的金屬形式被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域。不過國內(nèi)光伏領(lǐng)域發(fā)展階段并未考慮與建筑進行結(jié)合。近年來，分布式光伏發(fā)電得到快速發(fā)展，但與其相匹配的規(guī)范、管理以及運行標(biāo)準(zhǔn)還不夠完善，致使問題集中凸顯。此外，工業(yè)與民用建筑領(lǐng)域的金屬屋面系統(tǒng)，設(shè)計階段通常未對光伏系統(tǒng)進行充分考慮，且金屬維護系統(tǒng)供應(yīng)商考慮到應(yīng)用分布式光伏系統(tǒng)后，其運行維護以及檢修工作可能會對金屬維護系統(tǒng)的使用年限等產(chǎn)生影響。因此，導(dǎo)致分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)于建筑屋面得到部分應(yīng)用，在面積更大的屋面墻面應(yīng)用甚少。

2 太陽能光伏組件

太陽能電池具有較多形式的分類，以結(jié)晶狀態(tài)進行劃分包括結(jié)晶系薄膜式與非結(jié)晶系薄膜式，而結(jié)晶系薄膜式有可以劃分為單結(jié)晶形與多結(jié)晶形。根據(jù)結(jié)構(gòu)進行劃分：同質(zhì)量結(jié)太陽電池以及液結(jié)太陽電池與異質(zhì)結(jié)太陽電池等。根據(jù)用途進行劃分：地面太陽能電池以及光敏傳感器與空間太陽能電池。根據(jù)工作方式進行劃分：聚光太陽能電池以及平板太陽能電池。按照應(yīng)用材料進行劃分：納米晶太陽能電池以及電極型太陽能電池等。根據(jù)組件彎曲性能進行劃分：柔性與剛性。可以與金屬維護系統(tǒng)之間彼此結(jié)合用作分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用的光伏組件，主要為地面太陽能電池，通常是以單晶與多晶以及薄膜電池為主，剛性與柔性組件同樣有所應(yīng)用。

針對金屬維護系統(tǒng)結(jié)合的要求，按照太陽能光伏組件的彎曲性能或組件封裝的區(qū)別，產(chǎn)品所具備的特性也各不相同。對于單玻常規(guī)、透明有框邊框組件而言，其作為較為常見的光伏組件，具有良好的剛度，受到風(fēng)荷載作用是性能較為穩(wěn)定；對于雙玻無邊框組件而言，其玻璃透水率趨近于零，具有良好的耐腐蝕性與耐磨性以及較高的防火等級；對于非晶硅薄膜電池柔性組件而言，具備輕質(zhì)、彎曲性良好、超薄、適合與民用產(chǎn)品結(jié)合且安裝成本較低；對于晶硅半柔性組件而言，其為層狀結(jié)構(gòu)，且單元模塊均為層狀結(jié)構(gòu)，包括剛性背板以及透明前板材料與光電發(fā)電單元，光電發(fā)電單元有單獨電池片或是根據(jù)設(shè)定電路進行設(shè)計連接為整體的多個電池片。該材料由于生產(chǎn)廠家相對不多，于建筑領(lǐng)域應(yīng)用甚少[1]。

3 金屬維護系統(tǒng)

3.1 金屬維護系統(tǒng)材料

金屬維護系統(tǒng)材料以金屬壓型板與夾芯為主，其中，金屬性壓板材料包括鈦合金、鋼、銅以及鋁合金等，較為常用材料為鋼、鋁合金兩種。金屬壓型板的板型劃分為高波板以及低波板，連接方式劃分為搭接以及咬合與扣合連接形式。夾芯板制作材料主要為涂彩鋼板以及保溫材料，保溫材料主要有聚氨酯以及玻璃面板等。夾芯板板型可以劃分為平板與波型版，連接方式劃分為暗藏式緊固件連接以及露明式緊固件連接兩種形式。

3.2 金屬維護系統(tǒng)構(gòu)造

金屬維護系統(tǒng)主要包括金屬屋面維護系統(tǒng)、金屬墻面維護系統(tǒng)。屋面構(gòu)造層由下至上主要包括屋面底板、吸聲層、隔氣層、保溫層、隔聲層、屋面防水層、屋面裝飾層。墻面構(gòu)造層由下至上主要包括屋面底板、吸聲層、隔氣層、保溫層、防水透氣層、墻面板。

作為金屬維護系統(tǒng)的主要材料之一，對于壓型金屬板常見類型，屋面板主要劃分為：咬合型屋面板以及搭接型屋面板與扣合型屋面板；墻板主要可分為：企口式搭接板以及搭接型墻面板。其中屋面板中應(yīng)用較為廣泛的主要為角馳系列以及直立鎖邊型，而墻面板主要以波紋板為主[2]。

4 分布式太陽能組件與金屬維護系統(tǒng)結(jié)合方式

分布式太陽能組件與金屬維護系統(tǒng)結(jié)合方式主要受如下兩方面影響：第一，業(yè)主選擇的光伏組件規(guī)格以及品類；第二，業(yè)主與設(shè)計單位商議的金屬圍護系統(tǒng)板型。對于壓型金屬板版型而言，對板肋連接方式可以選取與匹配的結(jié)合方式展開研究，有關(guān)部門可以進行試驗，對光伏組件安裝對金屬維護系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進行研究，尤其是對使用年限、強度等給出相關(guān)的結(jié)論與意見，為應(yīng)用推廣奠定可靠基礎(chǔ)。

4.1 太陽能光伏組件與屋面板的結(jié)合方式

第一，搭接型結(jié)合方式。針對搭接型結(jié)合方式屋面板，分布式光伏系統(tǒng)通常不宜安裝于無固定支架板型。若板材厚度符合標(biāo)準(zhǔn)則可考慮，通常做法如下：首先，將鋁合金夾具安裝于金屬屋面板，于夾具上部位置安裝支架，支架上部位置安裝有框太陽能光伏組件或是雙玻組件；其次，針對柔性組件而言，將鋁合金夾具安裝于金屬屋面板，于夾具上部位置安裝支架，支架上部位置鋪設(shè)剛性襯板，襯板上部位置安裝柔性薄膜光伏組件或是半柔性晶硅光伏組件；最后，若屋面板具有良好的平整度，可以選取支架與夾具結(jié)合的一體式支架，對于屋面板位置的一體式支架與其頂部位置的太陽能光伏組件，將一體式支架的壓塊鎖緊，并固定于一體式支架上。

第二，咬合型結(jié)合方式。針對咬合型結(jié)合方式屋面板，不論是以角馳系列為主的還是以直立鎖邊鋁鎂錳板為主、以直立鎖邊為主的咬合型屋面板，做法均具備以下特點：首先，將鋁合金夾具安裝于金屬屋面板，于夾具上部位置安裝支架，支架上部位置安裝有框太陽能光伏組件或是雙玻組件。以咬合型屋面板為例，夾具主要為涼快鋁合金部件，運用螺栓將其固定在屋面肋區(qū)域的凸起位置，為非刺穿屋面做法。其次，對于部分直立鎖邊板，包括矮立邊金屬板，屋面板波谷具有平整且無凹凸的良好特性，波谷內(nèi)寬度同柔性薄膜光伏組件互相匹配，能夠?qū)⒐夥M件安裝于波谷內(nèi)。

第三，柔性防水卷材屋面結(jié)合方式。屋面防水層主要采用柔性卷材，較為常用的則為TPO，而對于柔性薄膜太陽能光伏而言，電池表面位置封裝材料，前板位置封裝膜采用ETFE多層復(fù)合膜，背板位置封裝膜采用PET復(fù)合膜，組件邊緣位置采用熱熔丁基膠進行封邊處理，能夠?qū)⒐夥M件粘貼至高分子卷材表面位置。若廠家針對柔性薄膜太陽能光伏電池進行相關(guān)試驗，可能夠直接采用熱風(fēng)焊接其上。

4.2 太陽能光伏組件與墻面板結(jié)合方式

鑒于國內(nèi)墻面板安裝較為不常見，且光伏安裝方向為豎向垂直角度時，由于太陽能投射角等原因會對發(fā)電率產(chǎn)生一定影響，通常將三角支架安裝固定于墻面板位置，并安裝條狀、組件輕質(zhì)且尺寸規(guī)格較小的帶狀柔性組件或是太陽能光伏板。不過薄膜電池具有較好的弱光性特點，即便晶硅電池也有應(yīng)用于墻面位置，且墻面金屬維護系統(tǒng)通常為純平夾芯板等具有平整表面的墻面維護系統(tǒng)或是金屬幕墻保溫系統(tǒng)等，部分單位運用結(jié)構(gòu)膠將投向包膜太陽能電池以及半柔性晶硅電池進行粘貼。此外，也有部分光伏建筑一體式供應(yīng)商對墻面板采取研發(fā)定制，生產(chǎn)了外貼晶硅組件形式的墻面板，并于實際工程階段進行試用。

5 結(jié)論

對于建筑工程而言，采用金屬維護系統(tǒng)作為墻面與屋面，建成還是在建等項目，存量較多，務(wù)必對其與分布式太陽能光伏組件之間彼此相結(jié)合的重要性、經(jīng)濟適用性以及可能存在的風(fēng)險與問題等進行研究，為我國提倡的節(jié)能減排、綠色環(huán)保理念做出努力與貢獻。