CN103413847B - 一种屋面光伏瓦及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集防火、防水、装饰和光伏发电多种功能为一体的屋面光伏瓦及其制备方法，所述屋面光伏瓦包括屋面瓦基材和光伏装饰层，所述光伏装饰层通过粘结剂与所述屋面瓦基材的曲形表面粘结成一体结构；所述屋面瓦基材为粘土瓦、陶瓷瓦、金属瓦、琉璃瓦或水泥瓦；在所述屋面瓦基材上涂覆有高分子界面剂；所述光伏装饰层由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层。本发明通过将非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池用高分子聚合物胶粘接于带有波浪起伏感的陶瓷瓦、粘土瓦和琉璃瓦等表面，在工厂内生产出具各种复杂造型，既能实现光伏发电又能保持建筑屋面瓦型状和颜色的光伏屋面瓦。

Description

一种屋面光伏瓦及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种光伏建筑一体化和光伏建材领域，特别涉及一种集防火、防水、装饰和光伏发电多种功能为一体的屋面光伏瓦及其制备方法。

背景技术

光伏建筑一体化（BIPV）正成为光伏技术最有前景的应用领域，建筑屋面因具有理想的采光面，可供安装光伏产品，因此成为光伏建筑一体化推广应用的首选。美国、欧盟、日本等发达国家相继推出了太阳能金屋顶计划，我国政府也将屋顶发电作为光伏应用市场的推手，出台了一系列政策来大力推广。能与建筑屋面有机融合在一起，并成为建筑屋面不可分割的一部分的建材型光伏产品，已成为世界各国竞相研究开发的新领域。传统的屋面光伏系统属于光伏系统附着建筑技术（BAPV），其是在建筑建成后，将光伏板等通过金属支架固定在建筑屋面，这种支架型光伏系统是后期附着在建筑物上，该附加系统因不是和建筑物同时设计、同时施工，同时安装，因此在实际应用中会出现增加建筑物荷载、破坏建筑已有防水、保温层、在风揭作用下出现安全隐患和破坏建筑整体美观等缺陷。为克服上述问题，使建材与光伏产品能有机统一的完美融合，实现真正意义上的光伏建筑一体化，开发具有建材和光伏发电双重功能的光伏产品显得尤为重要，因此，目前，将光伏电池组件与传统屋面瓦结合在一起的光伏瓦，是目前研究开发的热点。如中国专利CN1680673一种光伏发电瓦片，在瓦片基板的正面固定有快速电缆连接座和晶硅板光伏发电组件，瓦片基板的正面边缘处设有上下向的防水槽。又如CN2788357屋面太阳能光伏电池装置，其包括晶硅光伏电池玻璃板和瓦体，该光伏电池玻璃板覆盖于瓦体表面，在瓦体的一端设有凸起的爪，两侧设有可彼此扣合的企口。上述两个专利都是将晶硅光伏玻璃板以各种形式固定在传统的波浪型瓦上，再将瓦安装于屋面上，这种光伏瓦存在以下缺点，一是其采用的晶硅电池光伏瓦对太阳光强度和角度要求很高，因此对安装部位和角度都有严格的要求；二是此种光伏玻璃板与瓦的结合形式破坏了波浪瓦的装饰效果，影响了建筑的整体美观。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种与屋面瓦完全融为一体的屋面光伏瓦，具有结构简单、成本低、制作工艺简便、防火、防水、装饰和光伏发电一体化等优点。

本发明的目的是改变已有光伏瓦用晶硅光伏电池玻璃板作为光伏发电板的形式，充分发挥非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件柔韧性强和透明性好的技术特点，通过将非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池用高分子聚合物胶粘接于带有波浪起伏感的陶瓷瓦、粘土瓦和琉璃瓦等表面，在工厂内生产出具各种复杂造型，既能实现光伏发电又能保持建筑屋面瓦型状和颜色的光伏屋面瓦。

一种屋面光伏瓦，包括屋面瓦基材和光伏装饰层，所述光伏装饰层通过粘结剂与所述屋面瓦基材的曲形表面粘结成一体结构。

本发明所述的屋面光伏瓦，其中所述屋面瓦基材为粘土瓦、陶瓷瓦、金属瓦、琉璃瓦或水泥瓦；在所述屋面瓦基材上涂覆有高分子聚合物界面剂，所述高分子聚合物界面剂由醋酸乙烯-乙烯乳液制成。

高分子聚合物界面剂由醋酸乙烯-乙烯乳液制成。具有超强的粘接力，优良的耐水性，耐老化性。用其涂覆于屋面瓦基材表面，解决了由于瓦基材表面吸水性强或光滑引起界面不易粘接，基材表面与光伏装饰层之间易空鼓、开裂、剥落等问题。

本发明所述的屋面光伏瓦，其中所述光伏装饰层由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层。

本发明所述的屋面光伏瓦，其中所述柔性薄膜电池组件是在塑料等可弯曲的柔性衬底上采用沉积透明导电膜制备的薄膜电池，为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池、染料敏化电池或有机薄膜电池。

本发明所述的屋面光伏瓦，其中所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜，厚度为250um，主要起防水、隔离的作用；所述粘结剂为西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂；其中所述柔性薄膜电池组件是在塑料等可弯曲的柔性衬底上采用沉积透明导电膜制备的薄膜电池。所述柔性薄膜太阳能电池包括：非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太能能电池（CIGS）、碲化镉薄膜太阳能电池（CdTe),染料敏化太阳能电池（DSC）和有机薄膜太阳能电池。

所述涂料层由具有自洁防污染功能的、粒径为纳米级的有机硅丙烯酸涂料或氟碳涂料涂覆而成，厚度为30～70um，主要起到自洁、防污染作用，该涂料可有效避免粉尘、雾霾等污染物降低太阳能电池的光电转换效率。

本发明所述的屋面光伏瓦，其中所述柔性薄膜电池组件上设置有正负极导线，所述屋面瓦基材上设置有通孔和外部用电器，所述外部用电器包括电池组件和导线接线盒；所述导线外面用防水胶作为保护层，并在所述保护层外缠绕具有防水防火功能的胶条；所述导线穿过所述通孔并采用封闭式雌雄快速接口与相邻所述屋面瓦基材上的外部用电器相互配合连接。

一种屋面光伏瓦的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）屋面瓦基材的制备：将屋面瓦基材表面清洗干净，并在其上涂覆高分子聚合物界面剂，晾干备用；

（2）光伏装饰层的制备：将经膜层封装的柔性薄膜电池组件正面涂覆具有自洁防污染功能的纳米级有机硅丙烯酸涂料或氟碳涂料，并加工成符合屋面瓦基材规格要求的尺寸；

（3）采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜电池组件底部粘结到所述屋面瓦基材的表面；

（4）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂和屋面瓦基材的顺序依次层叠，经过辊压和高压釜处理，使各层组件紧密粘合，形成一体结构，即得产品。

本发明所述屋面光伏瓦与现有技术不同之处在于本发明将柔性薄膜电池组件直接贴合延压在传统的屋面瓦基材的外表面，因而可利用现有的多种屋面瓦外表面材料和工艺，直接加工制造光伏建筑一体化屋面瓦，不需要另外设计特定的基材结构构件；本发明中使用非晶硅等柔性薄膜太阳能光伏电池组件，该组件与传统的晶体硅太阳能电池的最大区别之一就是可以利用各种聚合物等质轻柔软的材料作为衬底，使之具有柔软、轻薄、等优点；而且制造工艺相对简单，因而成本较低，衬底的选择余地大，适宜大面积工业化生产。这种非晶硅柔性薄膜太阳能电池组件的光伏输出特性较现有的晶体硅太阳能电池要好，不仅可以利用太阳能直射发电，还可以利用环境光实现弱光发电，它的表面用极薄的保护膜密封以防止水和氧气进入，发电寿命长达20年以上；本发明充分发挥了非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件所特有的体薄轻质、柔韧可绕、加工性能好、灵活多变、易于安装、对弱光、散射光、漫射光吸收能力强等特性的优点。

本发明所述屋面光伏瓦通过传统陶瓷、粘土瓦和琉璃瓦的安装方式固定于建筑屋面上；将屋面瓦在建筑方面的防水、装饰功能与太阳能电池的发电功能相结合，在工厂内，将柔性太阳能光伏薄膜电池组件其与各种凹凸复杂形状的陶瓷、粘土瓦、金属瓦和琉璃瓦粘结复合在一起，制成屋面光伏瓦，具有光伏发电功能又轻柔美观、安全可靠、经久耐用、且不影响建筑屋面的整体装饰效果；作为光伏建材，与房屋建设同时设计、同时施工、同时安装，并与建筑形成完美结合的光伏发电系统（BIPV）。

下面结合附图对本发明所述屋面光伏瓦作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种实施方式下的屋面光伏瓦的结构示意图；

图2为图1的P处的局部放大图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，本发明所述屋面光伏瓦包括屋面瓦基材1和光伏装饰层6，所述光伏装饰层6通过粘结剂2与所述屋面瓦基材1的曲形表面粘结成一体结构；所述屋面瓦基材1为粘土瓦；在所述屋面瓦基材1上涂覆有高分子界面剂，所述高分子聚合物界面剂由醋酸乙烯-乙烯乳液制成。所述光伏装饰层6由里至外依次包括柔性薄膜电池组件3、膜层4和涂料层5；所述柔性薄膜电池组件3是在塑料等可弯曲的柔性衬底上采用沉积透明导电膜制备的薄膜电池，为非晶硅柔性太阳能薄膜电池；所述膜层4为含氟TPT聚酯膜，厚度为250um；所述粘结剂2为西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂；所述涂料层5厚度为30um，由具有自洁防污染功能的、粒径为纳米级的有机硅丙烯酸涂料和氟碳涂料涂覆而成。所述柔性薄膜电池组件3上设置有正负极导线，所述屋面瓦基材1上设置有通孔和外部用电器，所述外部用电器包括电池组件和导线接线盒；所述导线外表面用防水胶作为保护层，并在所述保护层外缠绕具有防水防火功能的胶条；所述导线穿过所述通孔并采用封闭式雌雄快速接口与相邻所述屋面瓦基材1上的外部用电器相互配合连接。

实施例2

本发明所述屋面瓦基材1为陶瓷瓦；所述柔性薄膜电池组件3为铜铟钾硒薄膜太阳能电池；所述涂料层5厚度为70um，其他同实施例1。

实施例3

本发明所述屋面瓦基材1为琉璃瓦；所述柔性薄膜电池组件3为碲化镉薄膜太阳能电池；所述涂料层5厚度为50um，其他同实施例1。

实施例4

本发明所述屋面瓦基材1为水泥瓦；所述柔性薄膜电池组件3为染料敏化电池；所述涂料层5厚度为60um，其他同实施例1。

实施例5

一种屋面光伏瓦的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）屋面瓦基材的制备：将屋面瓦基材表面清洗干净，并在其上涂覆高分子界面剂，晾干备用；其中所述屋面瓦基材为粘土瓦、陶瓷瓦、金属瓦、琉璃瓦或水泥瓦；

（2）光伏装饰层的制备：将用TPT聚酯膜或乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）膜封装的柔性薄膜电池组件正面涂覆具有自洁防污染功能的纳米级有机硅丙烯酸涂料氟碳涂料，并加工成符合屋面瓦基材规格要求的尺寸；

（3）采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜电池组件底部粘结到所述屋面瓦基材的表面；

（4）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂和屋面瓦基材的顺序依次层叠，经过辊压和高压釜处理，使各层组件紧密粘合，形成一体结构，即得产品。

实施例6

安装和使用准备：

将本发明所述屋面光伏瓦用传统屋面瓦基材的安装方式固定到建筑屋顶的采光面上，在安装时将每片屋面光伏瓦上的正负极导线与引出接线盒进行电路连接组合（串联或并联电路连接），然后将线路连接至逆变器，将直流电转变为交流电，经安装在建筑屋内的配电箱送上电网（并网使用）或直接提供给建筑负载用电。利用屋面光伏瓦边缝将非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件的电力输出线引导入建筑物室内加以利用，并在屋面光伏瓦边缝处设置有密封胶进行防水密封保温处理，使之达到防水、防冻、防高温的要求。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种屋面光伏瓦，其特征在于：包括屋面瓦基材和光伏装饰层，所述光伏装饰层通过粘结剂与所述屋面瓦基材的曲形表面粘结成一体结构；

所述光伏装饰层由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层；

所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜，所述涂料层由具有自洁防污染功能的、粒径为纳米级的有机硅丙烯酸涂料或粒径为纳米级的氟碳涂料涂覆而成。

2.根据权利要求1所述的屋面光伏瓦，其特征在于：所述屋面瓦基材为粘土瓦、陶瓷瓦、金属瓦、琉璃瓦或水泥瓦；在所述屋面瓦基材上涂覆有高分子聚合物界面剂，所述高分子聚合物界面剂由醋酸乙烯—乙烯乳液制成。

3.根据权利要求2所述的屋面光伏瓦，其特征在于：所述柔性薄膜电池组件是在可弯曲的柔性衬底塑料上采用沉积透明导电膜制备的薄膜电池，为非晶硅柔性太阳能薄膜电池、铜铟钾硒薄膜太阳能电池、碲化镉薄膜太阳能电池或有机薄膜电池。

4.根据权利要求3所述的屋面光伏瓦，其特征在于：所述膜层厚度为250μm；所述粘结剂为西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂。

5.根据权利要求4所述的屋面光伏瓦，其特征在于：所述涂料层厚度为30μm～70μm。

6.一种屋面光伏瓦的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)屋面瓦基材的制备：将屋面瓦基材表面清洗干净，并在其上涂覆高分子聚合物界面剂，晾干备用；

(2)光伏装饰层的制备：将经膜层封装的柔性薄膜电池组件正面涂覆具有自洁防污染功能的纳米级有机硅丙烯酸涂料或氟碳涂料，并加工成符合屋面瓦基材规格要求的尺寸；

(3)采用西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂将所述柔性薄膜电池组件底部粘结到所述屋面瓦基材的表面；

(4)合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件、西卡单组分高模量聚氨酯密封胶粘剂和屋面瓦基材的顺序依次层叠，经过辊压和高压釜处理，使各层组件紧密粘合，形成一体结构，即得产品。