CN104852671B - 建筑外立面膜基有机光伏系统及安装方法 - Google Patents

Abstract

建筑外立面膜基有机光伏系统及安装方法，有机太阳能薄膜(3)背面固定光伏接线盒(11)，建筑外立面承载结构上相应位置预留接线盒嵌槽(10)以安置该光伏接线盒(11)；该相邻的光伏接线盒(11)的引出线相互连接组成有机光伏单元(4)后接入光伏汇流箱(5)以及光伏逆变器(6)设备，然后，可进一步连接入储能系统(7)或220V电网(8)。将有机光伏膜巧妙的和建筑外立面融合在一起，在弱光性及高温下转换效率高于12％，40％的透光度的有机太阳能薄膜(3)，转换效率达到7.2％，完全保留了建筑特性，集装饰、防水、保温、光伏发电四大功能于一体，同时又能解决太阳能电池发电过程中的散热问题实现光伏建筑一体化。

Description

建筑外立面膜基有机光伏系统及安装方法

技术领域

本发明涉及IPC国际专利分类E04F建筑物的装修工程中收集和利用太阳能技术，尤其是建筑外立面膜基有机光伏系统及安装方法。

背景技术

现有技术中，光伏电池可藉由光伏效应将阳光的能量转换成电力，且光伏电池所组成元件可用于制作光伏模块或太阳能面板。在众多能源中，太阳能光伏发电是新能源和可再生能源中最具技术含量和发展前途的方式。而常见的太阳能电池组件是由光伏玻璃、晶体硅电池片阵列、胶膜、背板、铝边框、接线盒等组成的在阳光照射下将光能转化为电能的装置。

BIPV(Building Integrated PV)是将太阳能发电(光伏)产品与建筑集成为一体的技术，使光伏发电成为建筑物的基本组成部分。BIPV产品包括：光伏幕墙、光伏采光顶、光伏车棚等多种形式。可以替代现有幕墙形式，如玻璃幕墙、陶土幕墙和金属幕墙。随着光伏产业的的兴起，将光伏应用于建筑是未来发展的一种趋势，这就是建筑光伏一体化(BIPV，Building Integrated Photovoltaic)技术，20世纪90年代以来，日本、欧洲、美国等发达地区在“光伏屋顶计划”的激励下，建筑光伏系统逐渐规模化推广应用，2009年底已出现多处建筑光伏系统高密度、多点接入局部配电网的区域，如拥有3500户的荷兰海尔许霍瓦德SMW太阳能社区、拥有550户日本太田市2.2MW的光伏示范区、拥有144户美国加州罗克林地区345kW示范区等。我国建筑光伏系统应用虽刚刚起步，但是发展十分迅速，2009年底建筑光伏系统累计装机容量达到73MW，占我国光伏累计装机容量(300MW)的24％。与传统的太阳能组件使用方式相比，光伏建筑一体化有众多优势：例如光伏建筑一体化使建材的一部分变成了要样能组件的组成部分，节省了太阳能组件的成本；还可以有效地利用阳光照射的空间，节省土地资源；所发电力首先为本建筑物使用，即可原地发电原地使用，可节省电站送电网的投资和减少输电损耗。但是在光伏建筑一体化中对太阳能组件的性能有着更高的要求，尤其是冲击强度要达到玻璃幕墙的要求。光伏幕墙集合了光伏发电技术和幕墙技术，是集发电、隔音、隔热、安全、装饰功能于一身的新型建材，充分体现了建筑的智能化与人性化特点。

早期应用的代表性技术为光伏幕墙，但最终的效果受限于传统光伏材料本身的性能不足，由于传统光伏材料必须满足太阳光线垂直照射要求，尽管已有安装在建筑物外墙的传统太阳能玻璃幕墙发电装置，但装有传统光伏太阳能发电装置的玻璃幕墙不能保留传统建筑风格。安装传统太阳能发电装置的玻璃幕墙不但成本高，而且还导致建筑通风、透气、透光功能差，影响室内人体健康。有些建筑根本不适合安装传统太阳能玻璃幕墙发电。另外，由于建设大规模传统光伏幕墙的初期投资成本较高，另外还需要改变设计师传统的设计观念，推广起来难度较大。在BIPV技术的应用中，光伏模块被制造成与建筑材料，如窗户、屋顶与外墙材料等一体成形。目前可供利用的光伏电池大多由块状材料，诸如结晶硅或多晶硅材料所组成。在BIPV材料中所包含的块状光伏电池多为非透明材料，因此只限于应用在遮光板、屋顶或外墙等材料。然而，由于BIPV窗户材料或玻璃幕墙必须为透明材质，而且最好在可见光谱内能够反射出建筑师与客户在美学偏好方面所欲呈现的颜色。因此，迄今仍有待开发出新的技术来解决上述种种问题。

目前，国内外现行业的BIPV电池组件主要有两种：一种是普通的双波电池组件，另一种为中空光伏组件。普通的双波电池组件也称为第一代BIPV电池组件，它是以钢化玻璃代替光伏组件背面保护材料并且采用胶膜进行封装。这种BIPV电池组件毫无疑问的打破了光伏行业与建筑行业的技术壁垒，但也存在着许多直接制约BIPV电池组件发展的弊端。首先是隔热能力：能量的传递无非有三种辐射传递、对流传递和传导传递，在BIPV组件应用于建筑物时，由光照产生的热量和电池组件发电产生的热量会通过玻璃的传导效应直接传入建筑物内部，这就大大的增加的建筑物的耗能，又由于电池组件的发电效率随表面温度升高而降低，使得电池组件的发电效率降低，而且玻璃的隔音效果是非常差，直接在建筑物上使用第一代BIPV电池组件还需附加使用隔音、隔热装置和密封。中空光伏组件也称为第二代BIPV电池组件，这种新型电池组件是在将普通电池组件与钢化玻璃或者普通玻璃进行中空，在中空层中添加惰性气体然后进行密封并在中空层中添加一定量得干燥剂。这样的设计成功的将电池组件融入了建筑材料中，也达到了建筑材料的隔热、隔音和防火等技术要求。高性能中空光伏组件，由于有一层特殊的金属膜，可达到0.22-0.49遮蔽系数，使室内冷气空调负载减轻。传热系数1.4-2.8W(m2.K)。对减轻室内暖气负荷，同样发挥很大效率。因此，窗户开得越大，节能效果越明显。高性能中空光伏组件可以拦截由太阳射到室内的相当的能量，因而可以防止因辐射热引起的不舒适感和减轻夕照阳光引起的目眩。高性能中空光伏组件有多种色彩，可以根据需要选用色彩，以达到更理想的艺术效果。适用于办公大楼、展览室、图书馆等公共设施和像计算机房、精密仪器车间、化学工厂等要求恒温洹湿的特殊建筑物。另外也可以用于防晒和防夕照目眩的地方。但由于中空光伏组件的外层玻璃是由光伏组件构成，光伏组件在发电过程中会产生大量的热，这些热由于中空光伏组件的中空层无法被排出，热量的堆积会导致中空层气体膨胀，进而会导致中空光伏组件的破裂，并且由于温度过高会直接影响光伏电池的发电效率。故使得中空光伏组件在利用和应用上颇受争议。

由于传统光伏材料必须满足太阳光线垂直照射要求，目前太阳能电池组件发电主要安装在建筑物屋顶，太阳能电池组件安装在屋顶发电有很大的局限性，因使用面积小，发电量有限。对于太阳能发电材料的输出单位，Wp-太阳能发电的峰值功率，即1KWp表示光照强度足够充足的情况下，1小时发电1KWh。

进入21世纪以来，光伏行业取得了较快的发展。薄膜太阳能电池较传统的晶体硅电池，在光伏建筑一体化领域有着独特的优势。大力研发薄膜太阳能电池在光伏建筑一体化领域的应用就显得尤为的重要。

目前薄膜光伏建筑一体化组件的生产一般采用类似于生产普通晶硅太阳能组件的工艺，用EVA作为粘结玻璃和电池片的胶膜，采用层压机一次层压成型。这种生产工艺速度慢效率低，且生产的光伏建筑一体化组件作为玻璃幕墙，其强度偏低。目前光伏电池研究的方向是开发高效低成本的电池材料和制造技术。有机太阳能电池正受到普遍关注。

有机太阳能电池是成分全部或部分为有机物的太阳能电池，他们使用了导电聚合物或小分子用于光的吸收和电荷转移。有机物的大量制备、相对价格低廉，柔软等性质使其在光伏应用方面很有前途。通过改变聚合物等分子的长度和官能团可以改变有机分子的能隙，有机物的摩尔消光系数很高，使得少量的有机物就可以吸收大量的光。相对于无机太阳能电池，有机太阳能电池的主要缺点是较低的能量转换效率，稳定性差和强度低。按照结构和光伏机理，有机太阳能电池可分为肖特基有机电池、异质结有机电池和染料敏化电池；按照使用材料的物理状态，有机太阳能电池也可分为染料敏化电池和全固态有机太阳能电池，全固态有机太阳能电池又可以分为有机小分子太阳能电池和有机聚合物太阳能电池。相对于无机太阳能电池，有机太阳能电池具有如下优点：(1)与无机太阳能电池使用的材料相比，有机半导体材料的原料来源广泛易得、廉价，环境稳定性高，有良好的光伏效应、材料质量轻、较高的吸收系数(通常＞105cm-1)、有机化合物结构可设计且制备提纯加工简便、加工性能好，易进行物理改性等。(2)有机太阳能电池制备工艺更加灵活简单，可采用真空蒸镀或涂敷的办法制备成膜，还可采用印刷或喷涂等方式，生产中的能耗较无机材料更低，生产过程对环境无污染，且可在柔性或非柔性衬底上加工，具有制造面积大、超薄、廉价、简易、良好柔韧性等特点。(3)有机太阳能电池产品是半透明的，便于装饰和应用，色彩可选。(4)有机太阳能电池无需太阳光线垂直照射可实现应用在建筑立面发电。

有机聚合物光伏电池采用共轭聚合物作为光伏材料，制作工艺简单、成本低廉，可大面积制造，这使得有机聚合物光伏电池的研究越来越受到重视。虽然聚合物光伏电池的研究在最近几年取得了显著的发展，但其光电转换效率仍很低，只有得到高效率、性能稳定的光伏电池，才能实现聚合物光伏电池的商业化。对于有机聚合物光伏电池效率的提高可以通过材料的选择和器件结构的优化来实现。另外从理论上就器件中激活层的厚度、给体受体所形成的微观结构对光电流、激子分裂效率的影响，电池的串、并联电阻对电池的伏安特性的影响等进行模拟分析，也为获得高转换效率的有机光伏电池提供了一个重要途径。有机光伏膜是有机光伏电池的典型代表。

已公开的专利文献较少，包括：中国专利申请号201210406834.3申请日2012-10-23公开一种光伏组件的点式安装方法，具体涉及到一种光伏组件安装在金属屋面或瓦式屋面的方法。

中国专利申请号201110339008.7申请日2011-11-01公开了一种薄膜光伏建筑一体化组件的生产工艺,采用干法夹胶法,包括以下步骤:将钢化玻璃放入清洗机清洗吹干；在恒温低湿合片室中敷设合片,即在所述钢化玻璃上按顺序敷设一层PVB膜、薄膜太阳能电池、一层PVB膜以及超白钢化玻璃；将敷设合片后形成的组件用平压机预热预压成一个整体；将预热预压好的组件整体用高压釜加热加压制成所述薄膜光伏建筑一体化组件。

中国专利申请号201210458764.6申请日2012-11-15公开一种BIPV(光伏建筑一体化)光伏组件用呼吸型光伏接线盒。包括壳体(7)，其特点是：在所述壳体(7)上与外部大气直接接触的表面上开有至少一个呼吸孔，在每个呼吸孔上均覆盖有呼吸膜(6)从而使空气自由通过而阻止液体通过；在所述壳体(7)上靠近光伏组件内部的表面上开有至少一个毛细管接入孔(4)，在每个毛细管接入孔(4)上均安装有毛细管，该毛细管的一端伸入光伏组件内部而其另一端伸入所述壳体(7)内，从而平衡两者的压力。

中国专利申请号201320410336.6申请日2013-07-10公开一种光伏建筑瓷砖，包括上盖板低铁钢化玻璃(1)；低铁钢化玻璃(1)的下层安装有太阳能电池片串并联组(3)；太阳能电池片串并联组(3)与低铁钢化玻璃(1)之间通过PVB材料(2)粘合；太阳能电池片串并联组(3)由小电池片阵列式排布组成。

中国专利申请号201010241426.8申请日2010-07-30属于固定建筑物外围护结构中的一种太阳能光伏发电建筑栏板,包括栏板,支撑栏板的立柱和连接所述立柱和栏板的夹具,其特征在于:所述栏板为太阳能光伏发电板、所述太阳能光伏板的厚度、大小需满足建筑栏板的强度和功能要求,所述夹具为不破坏所述太阳能光伏发电板及其回路的非穿孔夹具,太阳能光伏发电板底部通过槽口固定在建筑结构构件上,接线盒就近布置在太阳能光伏发电板四周,和太阳能光伏发电板形成回路。

中国专利申请号201020273963.6申请日2010-07-28公开了一种光伏外墙挂板,它包括:混凝土挂板衬底和太阳能光伏组件,混凝土挂板衬底的下部内侧具有一楔形插接部,混凝土挂板衬底的下部外侧具有一压板,压板与插接部之间形成插槽,混凝土挂板衬底的上部内侧具有止挡部,混凝土挂板衬底的外表面具有一凹槽,混凝土挂板衬底的凹槽内设有两引线孔,太阳能光伏组件嵌设于凹槽内并通过粘接剂与混凝土挂板衬底相连接,太阳能光伏组件的引线自混凝土挂板衬底的引线孔引出,太阳能光伏组件的引线与混凝土挂板衬底的引线孔间设有密封胶。

中国专利申请号201220209332.7提供一种太阳能建筑结构，其包括混凝土构件和光伏板，所述混凝土构件与所述光伏板贴合在一起，且所述光伏板位于所述混凝土构件的外侧。

已公开的这类建筑光伏技术均基于现有光伏板在建筑构件上的应用，不但需要制成禁止裁切安装的刚性板块构件，而且，据已有研究和公开报告明确尚未有用于建筑外立面的实用技术方案，其原因不只是由于光伏技术与建筑技术在凡属领域传统上的较大差异，也是由于原有光伏材料本身尚未有效解决用于外立面的基础技术应用问题，所以，显然，个别已公开太阳能混凝土概念的技术方案也并未解决以上问题。

另外，已有技术方案不能直接粘结在混凝土，不能应用在建筑立面发电，传统光伏电池需要太阳光线垂直照射才可发电，而且由于因为光伏电池在使用时产生热量，不仅会减少光伏电池效率，还可能因加热建筑物外墙而造成对建筑结构损坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种建筑外立面膜基有机光伏系统及安装方法，以解决建筑外立面光伏适应性，以及克服前述不足。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：有机太阳能薄膜背面固定光伏接线盒，建筑外立面承载结构上相应位置预留接线盒嵌槽以安置该光伏接线盒；该相邻的光伏接线盒的引出线相互连接组成有机光伏单元后接入光伏汇流箱以及光伏逆变器设备，然后，可进一步连接入储能系统或220V电网。

尤其是，若干个有机太阳能薄膜由正极或负极光伏接线盒相互连接构成有机光伏单元，每个有机光伏单元均有一个总正极接头和一个总负极接头；尤其是，每个有机光伏单元中所有有机太阳能薄膜通过各自的光伏接线盒串联连接成一路通过一个总正极和一个总负极接出。

尤其是，有机太阳能薄膜背面固定的光伏接线盒嵌入在模制混凝土板上相应位置预留接线盒嵌槽，有机太阳能薄膜通过与有机太阳能薄膜背板和模制混凝土板相容的双面粘胶粘接在模制混凝土板外侧表面。同一块模制混凝土板一部分覆合有机太阳能薄膜，另外一部分外表面有装饰肌理，两部分表面积比1:0.2-1:1，也可根据设计要求确定，增加或减少装饰肌理面积。

尤其是，将有机光伏单元同时并联连接进入光伏汇流箱。

尤其是，由有机光伏单元构成的太阳能电池组阵列，总共由100块有机太阳能薄膜覆合模制混凝土板形成的薄膜太阳混凝土板组成，其中每25块薄膜太阳混凝土板经过每5块串联成一组再将5组并联组成一个有机光伏单元，再将4个有机光伏单元同时连接进入光伏汇流箱。

尤其是，模制混凝土板中部有3D纤维网，而且开有矩形的接线盒嵌槽，该接线盒嵌槽的至少一个角上向外延伸连接一条形引线槽。

尤其是，在玻璃幕墙外立面开出接线盒嵌槽，若干个有机太阳能薄膜背面分别安装光伏接线盒，光伏接线盒置入该接线盒嵌槽，有机太阳能薄膜与玻璃块尺寸吻合并沿边缘以密封胶封装，在玻璃幕墙背面由光伏接线盒接出的正极或负极接头相互连接构成有机光伏单元，每个有机光伏单元均有一个总正极接头和一个总负极接头。

尤其是，有机太阳能薄膜通过工业用背胶粘扣带粘接在模制混凝土板上，即，模制混凝土板外侧表面和有机太阳能薄膜背面分别相同位置局部粘附背胶粘扣带，在覆合施工时，将有机太阳能薄膜直接以贴附在模制混凝土板外侧表面粘接，该双面胶带同时与模制混凝土板和有机太阳能薄膜背板相容。

尤其是，预制刚性框架预埋在模制混凝土板中，框架外露在模制混凝土板外侧表面，并通过双面粘胶将有机太阳能薄膜与该预制刚性框架粘接。

尤其是，有机太阳能薄膜前侧表面透明、平滑、有光泽，后板贴合不透明白色背板，边缘区域封装厚度0.6mm，中部区域厚0.8mm，最小弯曲半径100mm；有机太阳能薄膜长度270-1930mm，其中内嵌电极长度220-1860mm；有机太阳能薄膜宽度322-338mm，内嵌电极宽度272mm，其中有效宽度242mm；有机太阳能薄膜每平米重量500g/㎡，有机太阳能薄膜发电输出峰值功率大约50Wp/平方米，要得到1kWp太阳能发电峰值，需要20平方米的有机太阳能薄膜，其中，不透明的有机太阳能薄膜理论光伏转换率为12％，50％透明度的有机太阳能薄膜理论光伏转换率为6％。

尤其是，安装顺序包括：

A、进行地基加固处理，第一层安装钢架，钢架表面进行防锈保护处理；

B、在钢架上外侧通过金属挂件安装模制混凝土板；

C、将光伏接线盒嵌入模制混凝土板2接线盒嵌槽，在模制混凝土板外侧立面用双面粘胶9即3M胶带粘贴有机太阳能薄膜；

D、连接光伏接线盒，完成有机光伏单元串、并联。

本发明的优点和效果：将有机光伏膜巧妙的和建筑外立面融合在一起,兼顾电绝缘性能、耐水性能、工作稳定性能和抗冲击性能，强度高、耐腐蚀、耐高温，散热效果好且施工成本低，提高了光伏组件的适应性能和安全性，完全满足BIPV光伏组件30年的使用寿命要求。安装符合国际光伏标准规范，既提供了光伏发电，又完全保留了建筑特性，集装饰、防水、保温、光伏发电四大功能于一体,同时又能解决太阳能电池发电过程中的散热问题，便于实现模块化安装、维护和更换，提升墙体节能改进水平，促进清洁新能源技术进步,降低能源消耗对于环境的不良影响，达到建筑节能和太阳能利用的完美结合,实现光伏建筑一体化。

附图说明

图1为本发明实施例1中有机光伏单元连接结构示意图。

图2为本发明实施例2中有机光伏单元连接结构示意图。

图3为本发明中有机光伏单元与光伏汇流箱连接结构示意图。

图4为本发明中有机光伏单元连接储能并网连接结构示意图。

图5为本发明中模制混凝土板与有机光伏膜安装结合结构示意图。

图6为本发明中模制混凝土板结构示意图。

图7为本发明中有机光伏单元建筑立面安装结构示意图。

图8为本发明中光伏接线盒结构示意图。

附图标记包括：刚性支撑结构1、模制混凝土板2、有机太阳能薄膜3、有机光伏单元4、光伏汇流箱5、光伏逆变器6、储能系统7、220V电网8、双面粘胶9、接线盒嵌槽10、光伏接线盒11、混凝土板体12、3D纤维网13、金属挂件14。

具体实施方式

有机太阳能薄膜3作为有机光伏电池的核心材料结合两种吸波材料，可通过高电压提升能源利用率，同时，具有调整透光和发电之间平衡的能力，在弱光性及高温下的表现尤其突出，有机光伏电池OPV转换效率已经高于12％。这一记录已经得到了检测机构SGS的认可。由于良好的室外立面应用性能，可媲美于晶体硅及薄膜光伏等传统光伏技术14％至15％的转换效率。将有机光伏薄膜产品打造成能源采集元件，从而增加产品的功能性。

建筑外立面膜基有机光伏系统，将太阳能的能量转化为电能，输出逆变至电网发电；当发电量大于负载实际需求时，也可以将电能储存在锂电池储能系统中；在夜间或者阴雨天气时，锂电池储能系统中的电能用于给负载供电，保证用户的正常用电需求。

基本工作原理如下：在阳光充足的时候，由太阳能电池板将太阳能转化为电能，通过逆变器实现最大功率跟踪及将能量接入220V电网，供应负载日常电力需求。

本发明中，区别于传统光伏组件的不同之处，有机太阳能薄膜3在温度高达80℃时都能保持10-20％的转化效率。有机太阳能薄膜3主要是有机合成材料，不含有毒组分，因此极易回收，可直接覆合粘贴在模制混凝土板2表面。有机太阳能薄膜3量产目标250元/m²，结合政府实施光伏发电度电补贴0.45元/度，以经济性测算，把现有的建筑结构外立面更换成本发明中的有机太阳能薄膜3光伏系统，以本发明改造房屋的能耗应小于原建筑的80％。

本发明中，作为有机太阳能薄膜3的承载结构的建筑外立面，可以是广泛应用的模制混凝土板2或者玻璃幕墙；此外，本发明同样还适用于干挂石材、铝板、现浇清水混凝土外墙。

本发明中，有机太阳能薄膜3背面固定光伏接线盒11，包括模制混凝土板2的建筑外立面承载结构上相应位置预留接线盒嵌槽10以安置该光伏接线盒11；该相邻的光伏接线盒11的引出线相互连接组成有机光伏单元4后接入光伏汇流箱5以及光伏逆变器6设备，然后，可进一步连接入储能系统7或220V电网8。

本发明中，有机太阳能薄膜3使用寿命为20年，在使用寿命结束后可以便捷的实现更换作业。

在本发明中，更换有机太阳能薄膜3方法为，直接揭取下旧有机太阳能薄膜3，重新更换新的有机太阳能薄膜3。

本发明也可应用于大型建筑弧形屋面太阳能光伏一体化改造，规模不低于建筑用电量的2％，2012年全年耗电量2141.337MWH，实测效率光伏转换效率不低于4％。

本发明中，有机太阳能薄膜3与建筑造型装饰混凝土构件等建筑外立面结构相结合，给建筑师和建筑规划者提供了一个全新的解决方案。同一块建筑外立面一部分覆合有机太阳能薄膜，另外一部分用来做装饰效果，既有装饰性，又可发电。有机太阳能薄膜3表面吸收的能量全部供建筑内部使用，在满足建筑美学要求的同时改善二氧化碳的排放问题，不需再单独准备冷却设备或者通风设备。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如附图1所示，若干个有机太阳能薄膜3由正极或负极光伏接线盒11相互连接构成有机光伏单元4，每个有机光伏单元4均有一个总正极接头和一个总负极接头；尤其是，每个有机光伏单元4中所有有机太阳能薄膜3通过各自的光伏接线盒11串联连接成一路通过一个总正极和一个总负极接出。

在本实施例中，如附图5所示，有机太阳能薄膜3背面固定的光伏接线盒11嵌入在模制混凝土板2上相应位置预留接线盒嵌槽10，有机太阳能薄膜3通过双面粘胶9粘接在模制混凝土板2外侧表面。模制混凝土板2外侧表面先做光面封闭处理，模制混凝土板2外侧表面为光面有利于粘接。

在本实施例中，模制混凝土板2浇注的混凝土厚度不超过0.5m，如果太厚，大体积混凝土放热就会高于50℃，但要保证足够的厚度，同时，只能用一次外用振动器压缩混凝土。脱模和冲洗最好在第二天进行，脱模后要2小时内冲洗，冲洗用100-150bar的高压水枪，水枪要距离至少2m以外，交叉冲洗，另外，混凝土凝结干燥的过程中要防雨。

在本实施例中，如附图3所示，将4个有机光伏单元4同时并联连接进入光伏汇流箱5。继而，如附图4所示，光伏汇流箱5与光伏逆变器6连接，光伏逆变器6再连接储能系统7或220V电网8。

在本实施例中，有机太阳能薄膜3共100个，发电容量为0.62kWp，组成的620W光伏系统包括：1KW光伏并网逆变器1套，直流电压80-500Vdc输入，无变压器设计，最大效率可达97.5％，MPPT追踪精度高达99.9％，用于直流输出逆变至电网发电；485连接数据器1根，连接汇流箱与电脑，实现汇流箱采集数据实时上传；APV系列智能光伏汇流箱1套，实现光伏电池线路并联数据采集、防雷、短路、放反接等保护；无线数据传输模块1套，无线数据传输，实现逆变器数据网上查询；3并接插件20个，用于光伏组件并联。储能系统7设计容量为2.4kWh，采用锂电池作为能量存储装置。

在本实施例中，单一安装后的有机太阳能薄膜3额定峰值输出电压40V。所以，有机光伏单元4总的峰值电压为4000V。

在本实施例中，双面粘胶9为3M VHB胶带，该双面胶带既与模制混凝土板相容，也与有机太阳能薄膜背板相容，双面粘胶9将柔性有机太阳能薄膜3贴合安装到模制混凝土板2基材。同时，有机太阳能薄膜3边缘进行密封，以避免水分腐蚀。适应室外温度环境-20～+50℃，密度590kg/m³。粘接带宽25.40mm，平均载荷76.40-98.23N，平均载荷强度3.01-3.87N/mm。粘合面平行抗拉强度155.28g/cm²，垂直分离速度低于305mm/min。也使用在平整的不锈钢或铝面。

本实施例中，同一块模制混凝土板2一部分覆合有机太阳能薄膜3，另外一部分用来做装饰肌理，两部分表面积比1:0.2-1:1。也可根据设计要求确定，增加或减少装饰肌理面积。这样的混凝土立面既有装饰性，又可发电。

本实施例中，更换有机太阳能薄膜3方法：用电热风机等，在有机太阳能薄膜3外侧表面加热融化双面粘胶9，取下有机太阳能薄膜3，重新粘结新的有机太阳能薄膜3。

在本实施例中，为准确的进行设计安装以及检测，实施对太阳能辐射强度测试是重要的补充环节，太阳能辐射强度测试环境条件23±5℃，＜80％RH，测量范围-30℃---+125℃，精度±1℃；测试显示范围0-1500W/m³,测量范围100-1250W/m³,分辨率1W/m³，精度±5％。

本实施例中，采用太阳能光伏储能系统一体化设计，以包含模制混凝土板2和有机太阳能薄膜3的薄膜太阳能混凝土板集成为光伏系统的有机光伏单元4，峰值功率约0.62KWp。由有机光伏单元4构成的光伏阵列产生的电力经光伏逆变器6接入储能系统7电池和220V电网8，用于用户用电需求和电池储能。

本实施例中，由于，有机太阳能薄膜3即使不是最佳直射角度时也可获得太阳能补偿，具有优越的低亮度性能，耐高温，非常适合用于建筑外立面，有机太阳能薄膜3每平米有机材料仅1g，光伏接线盒11的布局可根据调整有机太阳能薄膜3尺寸进行设计，对于1kWp的安装容量，节能投资回收时间小于6个月，适应炎热气候，可应用小的通风设备，随湿热应力(85℃,85％RH)下降，发电量会产生3％的下降，有效的能量收集和利用降低了建筑物的碳排放量，有机太阳能薄膜3生产工艺能耗低、无毒，有机太阳能薄膜3无重金属，其应用生命周期结束后处理比较简单，易于安装，长期粘接可靠，有能力适应混凝土可呼吸的性能以及热应力下的尺寸变化，能满足建筑需求，为纯绿色清洁能源。

实施例2：并网型光伏系统由并联的有机光伏单元4构成的光伏阵列、含直流防雷器、直流电流表的智能光伏汇流箱5、包含并网双向逆变控制器、发电计量监测系统的光伏逆变器6以及安装附件等构成。各部分作用如下：

(1)如附图2所示，由有机光伏单元4构成的太阳能电池组阵列：太阳能电池组是光伏系统的能源生产单元，总共由100块有机太阳能薄膜3覆合模制混凝土板2形成的薄膜太阳混凝土板组成，其中每25块薄膜太阳混凝土板经过每5块串联成一组再将5组并联组成一个有机光伏单元4，再将4个有机光伏单元4同时连接进入光伏汇流箱5。在本实施例的具体安装中，包括东、南、西三个外立面，其中南侧外立面总共安装有二个有机光伏单元4包含50块有机太阳能薄膜3，西侧外立面和东侧外立面各由25块太阳能板各组成一个有机光伏单元4，该四个有机光伏单元4分别并联接入光伏汇流箱5。

(2)智能的光伏汇流箱5：有机光伏单元4按序并联接入光伏汇流箱5，进行集中汇流和系统防雷，同时，对每路接入光伏汇流箱5的有机光伏单元4光伏发电量进行计算，且将发电量发送到LCD显示屏上，光伏汇流箱5是光伏系统中必不可少的组成部分。

(3)包含逆变控制器的光伏逆变器6：光伏逆变器6是将直流电转化为交流电的设备，通常和控制器集成在一起，兼顾逆变和控制功能。并网逆变控制器是光伏系统的能源控制单元，主要作用在于通过最大功率点跟踪(MPPT)及逆变功能将直流电转变为满足一定要求的交流电，包含并网孤岛保护、过压保护、自动侦测电网信号、削峰填谷等功能。光伏逆变器6选定额定功率为1kw。

(4)包含电池的储能系统7：储能系统7接入220V电网8，光伏汇流箱5和光伏逆变器6直接通过正极和负极两根母线连接，分别对应两个设备的正极、负极接口，光伏逆变器6和储能系统7之间除了正极和负极母线之外，还连接有通信线束。光伏逆变器输出端直接接入220V电网，实现光伏发电并网。储能系统7选用航天电源公司生产的SHST-S系统，系统额定电压为192V，额定容量为20Ah，系统浮充电压为207V。系统包含四个电池模块，一个含控制系统组成高压包。储能系统7设计容量为2.4kWh，采用锂电池作为能量存储装置。

(5)光伏汇流箱5、光伏逆变器6和储能系统7分别以通信线束连接发电计量监测系统：发电计量监测系统用于分别监测各个有机光伏单元发电量，发电计量检测系统集成于光伏汇流箱中，集中记录并显示各阵列运行情况，便于运行维护人员实时掌握光伏系统运行状况，并兼顾展示宣传功能。

本实施例中，有机太阳能薄膜3前侧表面透明、平滑、有光泽，后板贴合不透明白色背板，边缘区域封装厚度0.6mm，中部区域厚0.8mm，最小弯曲半径100mm。有机太阳能薄膜3每平米重量500g/㎡，有机太阳能薄膜3发电输出峰值功率大约50Wp/平方米。为此，要得到1kWp太阳能发电峰值，需要20平方米的有机太阳能薄膜3。质量超轻，运输以及安装施工方便灵活，其中，不透明的有机太阳能薄膜3理论光伏转换率为12％，50％透明度的有机太阳能薄膜3理论光伏转换率为6％。每块有机太阳能薄膜3的最大峰值发电功率为Im*Vm＝0.204A*30.3V＝6.1812W。Eff＝P/PI，PI为投射到电池表面单位面积的太阳光功率，P为最大峰值功率，Eff为太阳能发电效率。以标准辐射强度1000W/m2的条件下计算可得：Eff＝6.1812/(0.126324*1000)＝5％；以每块有机太阳能薄膜3峰值功率6.2Wp计，100块有机太阳能薄膜3共计：100x 6.2W＝620W。

本实施例中，有机太阳能薄膜3长度270-1930mm，其中内嵌电极长度220-1860mm；有机太阳能薄膜3宽度322-338mm，内嵌电极宽度272mm，其中有效宽度242mm。

作为优选，有机太阳能薄膜3厚度0.8mm，长度572mm，其中内嵌电极长度522mm；有机太阳能薄膜3宽度322mm，内嵌电极宽度272mm，其中有效宽度242mm；接线盒间距225mm，接线盒横向边缘间距8mm。

本实施例中，1KW光伏逆变器6额定1300W，额定电压500V，额定电流16A。485连接数据器连接汇流箱与电脑，实现光伏汇流箱5采集数据实时上传。选用APV系列智能光伏汇流箱5实现光伏电池线路并联及数据采集、防雷、短路、防反接等保护，以及，无线数据传输，实现数据网上查询。3并接插件用于光伏汇流箱5中安装防雷器、直流断路器、主控板、直流正极汇流板、通讯RS485端子、直流正极汇流输出模块、直流负极汇流输出模块、直流负极汇流板以及接地端子。其中，直流正极汇流板和直流负极汇流板的每路输入串接一路熔丝。如附图8所示，光伏接线盒11为单极接线，引出并连接有机太阳能薄膜3的正极或负极，而且用自粘垫或粘胶与有机太阳能薄膜3背面结合装配在一起，光伏接线盒11突出于有机太阳能薄膜3背面，在安装到模制混凝土板2上时，需要嵌入模制混凝土板2上预留的嵌槽中。光伏接线盒11引出线通过LC4连接器连接光伏电缆，该光伏电缆双层绝缘。

本实施例中，如附图7所示，安装顺序包括：

A、进行地基加固处理，第一层安装钢架，钢架表面进行防锈保护处理；

B、在钢架上外侧通过金属挂件14安装模制混凝土板2；

C、将光伏接线盒11嵌入模制混凝土板2接线盒嵌槽10，在模制混凝土板2外侧立面用双面粘胶9即3M胶带粘贴有机太阳能薄膜3；

D、连接光伏接线盒11，完成有机光伏单元4串、并联。

注意事项：1)粘贴双面粘胶9前先用配套产品清洗、干燥；2)有机太阳能薄膜3表面要保持清洁，否则影响转化率，可使用湿海绵湿布擦拭。

本实施例中，有机太阳能薄膜3背面对称安装二单极的光伏接线盒11，即分别接出正、负极电路。有机太阳能薄膜3宽322mm，长550mm，光伏接线盒11宽40.1mm，长54.4mm，厚13.5mm；有机太阳能薄膜3厚1mm，每个模制混凝土板2和有机太阳能薄膜3长度方向垂直于地面安装，相邻二有机太阳能薄膜3背面连接的光伏接线盒11，在水平方向即横向上正负连接形成串联关系，每25模制混凝土板2和有机太阳能薄膜3以5×5排列，构成一个有机光伏单元4，每个有机光伏单元4分别以4平线束引出的一路总正极和一路总负极线束，即，四个有机光伏单元4，总共引出8根母线接入光伏汇流箱5。每个光伏汇流箱5按照附图3方式接入光伏汇流箱5，光伏汇流箱5输出两个4平母线，其中一根为正极，一根为负极，分别接入到光伏逆变器6。

本实施例中，如附图6所示，模制混凝土板2中部有3D纤维网13，而且开有矩形的接线盒嵌槽10，该接线盒嵌槽10的至少一个角上向外延伸连接一条形引线槽。该条型槽用于安置光伏接线盒11的引出接线。模制混凝土板2厚35mm，宽350mm，长600mm；接线盒嵌槽10宽50.1mm，长64.4mm,引线槽宽15mm，长40mm，模制混凝土板2保留12mm边缘用于安装固定。

本实施例中：有机光伏单元4将太阳能的能量转化为电能，输出到220V电网8，或者由储能系统7储存，当发电量大于负载实际需求时，将电能储存在储能系统7锂电池中；在夜间或者阴雨天气时，储能系统7锂电池中的电能用于给负载供电，保证用户的正常用电需求。

实施例3：本发明同样适用于光伏幕墙，在玻璃幕墙外立面开出接线盒嵌槽10，若干个有机太阳能薄膜3背面分别安装光伏接线盒11，光伏接线盒11置入该接线盒嵌槽10，有机太阳能薄膜3与玻璃块尺寸吻合并沿边缘以密封胶封装，在玻璃幕墙背面由光伏接线盒11接出的正极或负极接头相互连接构成有机光伏单元4，每个有机光伏单元4均有一个总正极接头和一个总负极接头。

应用于光伏幕墙的有机太阳能薄膜3要求具有一定的透明度，透明的有机太阳能薄膜3包含正面太阳能光伏层和背面的透明导电层，40％的透光度的有机太阳能薄膜3，转换效率达到7.2％，满足玻璃制造商对于玻璃幕墙建筑外立面光伏建筑一体化(BIPV)。

本实施例中，光伏幕墙收益参数测算值：年均电费收益约57.5元/平米，年均发电量37.4度/平米；节能收益约2384元/平米，政府补贴：约66元/平米；光伏幕墙优点包括：可为建筑供应清洁电力；可降低建筑能耗，带来节能收益；可获得政府绿色建筑专项补贴；可为建筑注入“低碳、环保”理念，提升建筑附加值。

实施例4：有机太阳能薄膜3通过工业用背胶粘扣带粘接在模制混凝土板2上，即，模制混凝土板2外侧表面和有机太阳能薄膜3背面分别相同位置局部粘附背胶粘扣带，在覆合施工时，将有机太阳能薄膜3直接以贴附在模制混凝土板2外侧表面粘接。

本实施例中，有机太阳能薄膜3与模制混凝土板2覆合边缘之间安装有密封圈，并且涂覆有密封胶。

本实施例中，有机太阳能薄膜3与模制混凝土板2覆合界面上的非固定结合部分夹层固定膨体聚四氟乙烯材料填充。

本实施例中，有机太阳能薄膜3与模制混凝土板2之间设有绝缘膜层，该绝缘膜层通过EVA胶片粘接在有机太阳能薄膜3背面，所述EVA胶片绝缘膜层为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯膜或有机硅膜。

本实施例中，模制混凝土板2外表面为毛面，以利于涂胶粘接。

本实施例中，模制混凝土板2背面通过安装金属挂件14固定在建筑外墙外安装的龙骨框架上。

实施例5：在实施例1中，预制刚性框架预埋在模制混凝土板2中，框架外露在模制混凝土板2外侧表面，并通过双面粘胶9将有机太阳能薄膜3与该预制刚性框架粘接，从而实现双面粘胶9与模制混凝土板2。

在本实施例中，预制刚性框架为金属材质或塑料材质。其中，塑料材质包括PPO改性材料MPPO，该材料是由PPO(聚苯醚)、HIPS(耐冲击性聚苯乙烯)与ABS(丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物)共混制得的改性材料，该材料具有PPO材料突出的电绝缘性、耐水性能和尺寸稳定性能，也具有HIPS材料良好的的抗冲击性能，更具备了ABS材料的强度高、耐腐蚀、耐高温等性能。这样主体材料保证了呼吸型光伏接线盒的使用寿命、电绝缘性、耐候性，更提高了BIPV光伏组件使用的安全性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.建筑外立面膜基有机光伏系统,有机太阳能薄膜(3)背面固定光伏接线盒(11)，建筑外立面承载结构上相应位置预留接线盒嵌槽(10)以安置该光伏接线盒(11)；相邻的该光伏接线盒(11)的引出线相互连接组成有机光伏单元(4)后接入光伏汇流箱(5)以及光伏逆变器(6)设备，然后，可进一步连接入储能系统(7)或220V电网(8)；若干个有机太阳能薄膜(3)由正极或负极光伏接线盒(11)相互连接构成有机光伏单元(4)，每个有机光伏单元(4)均有一个总正极接头和一个总负极接头；每个有机光伏单元(4)中所有有机太阳能薄膜(3)通过各自的光伏接线盒(11)串联连接成一路通过一个总正极和一个总负极接出；其特征在于，有机太阳能薄膜(3)背面固定的光伏接线盒(11)嵌入在模制混凝土板(2)上相应位置预留接线盒嵌槽(10)，有机太阳能薄膜(3)通过与有机太阳能薄膜背板和模制混凝土板相容的双面粘胶(9)粘接在模制混凝土板(2)外侧表面；同一块模制混凝土板(2)一部分覆合有机太阳能薄膜(3)，另外一部分外表面有装饰肌理，两部分表面积比1:0.2-1:1；安装顺序包括：

A、进行地基加固处理，第一层安装钢架，钢架表面进行防锈保护处理；

B、在钢架上外侧通过金属挂件(14)安装模制混凝土板(2)；

C、将光伏接线盒(11)嵌入模制混凝土板(2)接线盒嵌槽(10)，在模制混凝土板(2)外侧立面用双面粘胶(9)即3M胶带粘贴有机太阳能薄膜(3)；

D、连接光伏接线盒(11)，完成有机光伏单元(4)串、并联；

模制混凝土板(2)中部有3D纤维网(13)，而且开有矩形的接线盒嵌槽(10)，该接线盒嵌槽(10)的至少一个角上向外延伸连接一条形引线槽。

2.如权利要求1所述的建筑外立面膜基有机光伏系统，其特征在于，由有机光伏单元(4)构成的太阳能电池组阵列，总共由100块有机太阳能薄膜(3)覆合模制混凝土板(2)形成的薄膜太阳混凝土板组成，其中每25块薄膜太阳混凝土板经过每5块串联成一组再将5组并联组成一个有机光伏单元(4)，再将4个有机光伏单元(4)同时连接进入光伏汇流箱(5)；有机太阳能薄膜(3)前侧表面透明、平滑、有光泽，后板贴合不透明白色背板，边缘区域封装厚度0.6mm，中部区域厚0.8mm，最小弯曲半径100mm；有机太阳能薄膜(3)长度270-1930mm，其中内嵌电极长度220-1860mm；有机太阳能薄膜(3)宽度322-338mm，内嵌电极宽度272mm，其中有效宽度242mm；有机太阳能薄膜(3)每平米重量500g，有机太阳能薄膜(3)发电输出峰值功率大约为50Wp/平方米，其中，不透明的有机太阳能薄膜(3)理论光伏转换率为12％，50％透明度的有机太阳能薄膜(3)理论光伏转换率为6％。

3.如权利要求1所述的建筑外立面膜基有机光伏系统，其特征在于，有机太阳能薄膜(3)通过工业用背胶粘扣带粘接在模制混凝土板(2)上，即，模制混凝土板(2)外侧表面和有机太阳能薄膜(3)背面分别相同位置局部粘附背胶粘扣带，在覆合施工时，将有机太阳能薄膜(3)直接以贴附在模制混凝土板(2)外侧表面粘接，工业用背胶粘扣带同时与模制混凝土板和有机太阳能薄膜背板相容。

4.如权利要求1所述的建筑外立面膜基有机光伏系统，其特征在于，预制刚性框架预埋在模制混凝土板(2)中，框架外露在模制混凝土板(2)外侧表面，并通过双面粘胶(9)将有机太阳能薄膜(3)与该预制刚性框架粘接。