來源：光伏幕墻在建筑工程中的應用研究 

建筑幕墻是建筑與外界環境隔斷與聯系的中間媒介，是建筑物與外界能量交換與傳遞的重要組成部分。

當前，行業內逐漸將目光聚焦在光伏幕墻領域，尤其在一些大中型城市，高層建筑林立，大量的建筑外墻為光伏建筑一體化應用提供了機會。因此，優質光伏幕墻設計已成為建筑工程響應節能理念的重要保障之一。

▲ 鄂州順豐花湖機場碲化鎘光伏幕墻

一、光伏建筑一體化

光伏建筑一體化（BIPV）是指將太陽能光伏發電技術與建筑工程融為一體的技術，不僅可以作為建筑工程的圍護結構，還可以將太陽能轉化為電能，供建筑物加以利用，富余的電能還可以輸送到城市電網。光伏建筑一體化的優點有：

1、清潔綠色：與傳統化石能源不同，太陽能利用可以做到無污染、零排放，是一種真正意義上的環境友好型能源。

2、節約用地：隨著城鎮化進程加快，土地資源越來越緊缺，而光伏系統與建筑物結合，實現土地資源利用最大化，尤其適合在大中型城市推廣。

3、調峰填谷：夏季炎熱高溫，城市熱島效應嚴重，如果將光伏技術引入城市建筑體系，不僅可以緩解城市熱島效應，而且可以給城市電網提供補給。

4、造型新穎：光伏建筑一體化可以給建筑工程設計提供一種全新的表皮藝術效果，豐富城市建筑的外觀造型。

▲ 嘉興秀洲科創中心碲化鎘透光光伏幕墻

二、光伏幕墻在建筑工程中應用可行性評價

1、滿足建筑美學的要求：在傳統光伏幕墻中，我們通常將光伏組件埋設在玻璃幕墻結構中，既保證幕墻外觀不受影響，也可以保護光伏組件正常運行，避免其被外界環境（風荷載、雨水等）影響。而隨著光伏產業技術的不斷發展，我們在光伏幕墻設計時，可選擇不同類型的光伏模塊，然后通過選擇性設計將其定向排列，當陽光照射進光伏幕墻時，形成不同的光影藝術效果，既實現了建筑節能，又不失結構外觀新穎性，滿足人們對建筑美學的要求。

2、滿足建筑物采光的要求：幕墻結構設計中，對建筑物采光要求也不容忽視。隨著光伏技術的不斷發展，光伏組件透光性取得重大突破，光伏幕墻系統滿足采光要求已不是難題，光伏幕墻可實現在滿足有效光照的同時，精確控制陽光進入室內的光照強度。

3、滿足建筑安全性能的要求：光伏幕墻作為建筑工程的最外部結構，除展現建筑美學效果外，對建筑物安全的保護作用也至關重要。光伏幕墻是光伏組件與玻璃幕墻的集成化產品，為確保光電轉換正常運行，其自身強度要求已經很高。但考慮到建筑工程自身特點，光伏幕墻的選擇還應與建筑工程選址、建筑物高度、光伏幕墻安裝工藝等具體因素相結合，經精確計算后方可確定。

4、滿足安裝便捷的要求：光伏幕墻是光伏組件與傳統建筑幕墻的結合體，其安裝工藝可參考傳統幕墻。而傳統幕墻應用到現在為止已有近四十年時間，在我國涌現出大中小型的各種幕墻結構，幕墻安裝工藝已很成熟，完全可以滿足安裝便捷性要求。

5、滿足較長使用壽命的要求：光伏幕墻與傳統幕墻構造方式類似，從結構角度講，其使用壽命完全可以得到有效保障，唯一需要考慮的是其光伏組件的使用壽命。而隨著全球光伏技術的飛速發展，光伏組件使用過程的性能衰減已得到很好控制，新材料、新技術不斷問世，也讓光伏組件壽命不斷延長。

6、滿足節能環保的要求：光伏幕墻發電的核心環節是太陽能光電轉換，無粉塵、無廢氣等污染，且發電過程無噪聲，同時，應用新材料、新技術可以吸收陽光照射玻璃表面而產生的反射光，緩解光污染現象。合理利用建筑外表皮，節約土地資源，利用太陽能光電轉換作用，產生的電力資源在保障自給自足的情況下，還可以補給城市電網，滿足節能環保要求。

▲ 申洲國際碲化鎘彩色圖案光伏幕墻

三、碲化鎘薄膜類太陽能電池

碲化鎘薄膜類太陽能電池是在玻璃基片或其他襯底基片上，依次沉積多層薄膜制備而成的光伏組件。

碲化鎘是一種高吸收系數的化合物半導體材料，其吸收系數約是硅的100倍。碲化鎘薄膜類太陽能電池也具備極佳的弱光特性，對全光譜都有較好的吸收。

相比硅基薄膜類太陽能電池，碲化鎘薄膜類太陽能電池在陰雨天等低紫外線條件下光吸收效率和高溫特性更優異，整體性能更好。

碲化鎘薄膜類太陽能電池不存在本征光致衰減效應，可保證25年80%的輸出功率。

碲化鎘薄膜類太陽能電池外觀呈淺灰色，適用于偏冷色調的建筑外墻，另外碲化鎘薄膜光伏發電玻璃還可以靈活調整顏色圖案、透光度、分格尺寸等，在光伏幕墻項目應用中較多。

▲ 碲化鎘光伏幕墻透光效果

四、光伏幕墻構造設計分析

目前，光伏幕墻的安裝主要采用明框光伏幕墻和隱框光伏幕墻兩種構造方式。

一）、明框光伏幕墻構造方式

明框光伏幕墻結構系統主要包括鋁合金立柱、鋁合金橫梁、鋁合金壓板、光伏玻璃、光伏電纜、不銹鋼彈簧銷釘等組件，如下圖所示

▲ 明框光伏幕墻鋁合金立柱結構 圖片來源：網絡

▲ 明框光伏幕墻鋁合金橫梁結構  圖片來源：網絡

光伏幕墻鋁合金立柱是承受幕墻豎向支撐的主受力組件，是整個幕墻結構體系的安全保障。幕墻結構體系在受到重力荷載、震動荷載、風荷載等外部荷載作用時，可通過鋁合金立柱將荷載傳遞至混凝土主體結構，進而確保整個結構體系的安全。光伏幕墻鋁合金橫梁將其接收的荷載通過連接件傳遞至立柱，進而形成完整的光伏幕墻支撐體系。各組件的作用如下。

1、鋁合金立柱：光伏幕墻主受力組件，除承擔光伏玻璃等構件的自重荷載外，還要承擔外部環境施加的震動荷載、風荷載等。同時，還要通過連接組件把光伏幕墻固定在建筑物外墻上，并在其后部走線槽內布設光伏電纜。

2、鋁合金橫梁：光伏幕墻次受力組件，除承擔光伏玻璃等構件的自重荷載外，還要將橫向荷載傳遞至鋁合金立柱，與立柱等組件共同構成了光伏幕墻支撐體系，并在其上下側走線槽內布設光伏電纜。

3、鋁合金壓板：鋁合金立柱、橫梁的外裝飾壓板，在幕墻系統中主要起裝飾作用。

4、光伏玻璃、光伏電纜：光伏玻璃將接收的光能轉化為電能，然后通過光伏電纜將電能傳輸到用電設備或城市電網，是光伏幕墻系統光電轉換和電能傳輸的主要組件。

5、不銹鋼彈簧銷釘：光伏幕墻系統中立柱與橫梁的連接組件，是幕墻體系完整性的重要保障。

通過設計創新，以傳統幕墻結構支撐體系為基礎，將光伏玻璃和光伏電纜等組件巧妙地隱藏到幕墻系統，在保證幕墻外觀效果的前提下，實現了光伏建筑一體化。

二）、隱框光伏幕墻構造方式

光伏幕墻需要同陽光有充分接觸才能實現光電轉換效率的最大化，而隱框光伏幕墻構造方式可以最大限度地避免自身構件對陽光的遮擋，降低其對光電轉換效率的影響。

因此，在現有的光伏幕墻工程案例中，很多采用隱框光伏幕墻構造方式。通過對明框光伏幕墻構造方式進行優化可演變成隱框光伏幕墻，其構造方式如下圖所示。

▲ 隱框光伏幕墻鋁合金立柱結構  圖片來源：網絡

▲ 隱框光伏幕墻鋁合金橫梁結構  圖片來源：網絡

光伏幕墻的使用不僅可以讓建筑物擁有美麗的“外衣”，使建筑物給人們以眼前一亮的效果，也讓建筑與城市環境相得益彰，還可以緩解不可再生能源的消耗，從整體上改善城市環境，做到節能環保。