CN201722858U - 透光建筑物被覆结构 - Google Patents

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Abstract

一种透光建筑物被覆结构，为可吸收光能产生电力并可允许光线穿透的太阳能光电板。该建筑物被覆结构具备隔绝部分太阳能辐射热与保温的功能，并能够依建筑物内采光需求而调整其穿透的光谱。对于温室应用而言，因同时可获得促进棚内作物生长与棚上太阳能发电双重效益，故该建筑物被覆结构可提高土地整体利用效益。此外，该太阳能光电板采胶合安全玻璃型式构造，故亦可改善传统玻璃材料破裂后碎片四散的缺点。

Description

透光建筑物被覆结构 
技术领域
本实用新型是有关于建筑物结构，特别是指一种可适应多样气候，并可拥有农业产值及发电双重效益的透光建筑物被覆结构。 
背景技术
在现有技术中，温室的被覆结构材料一般可分为塑料的软质薄膜、压克力或玻璃。聚乙烯、聚酯树脂等薄膜在价格、保温性与易于施工等方面具有优势而受市场的欢迎，然而软质塑料薄膜向来有短期间透光率降低的问题存在，在耐久性上表现不佳，故多以简易型的温室为市场。而大型且使用寿命长的温室对于被覆料的耐用性要求较为严苛，故通常是使用聚酯树脂、硬质聚氯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂及玻璃板来作为被覆结构的材料。但是这类被覆结构的材料较贵、较重且对温室结构要求较高，因此阻碍了这类被覆结构的普及。此外，玻璃被覆材料有易碎的缺点，硬质塑料则对冲击的抵抗能力较弱。再者，为了增加采光，一般被覆结构为完全透明，所以保温效果较差，且由于该被覆结构为完全透明，故除了植物生长所需光线透入之外，其它不需要或有害于植物生长的光线也完全透入。 
在电力需求方面，由于大型温室多半搭配有复杂的环控与监测管理系统，故此类系统运作时需要消耗相当的电力，尤其是用于温带和寒带区域冬季的保暖或亚热带和热带区域夏季的降温。大型温室常需要搭配额外的发电机以确保电力的供应，以防止因电力供应中断而造成植栽损失，故这类额外配置会多出额外的系统保养、维修以及燃料的费用。 
在土地利用效益方面，单纯太阳能光电系统需要适当的安装布置面积，且在光电系统下方的土地并没有得到进一步地再利用。一般建筑物被覆结构无法 发电，故屋顶面积仅为单纯遮阴或采光之用。而一般温室只供种植及畜养，其屋顶面积无其它利用。 
透光型太阳能光电板可结合上述两者的应用，发挥土地使用的双重效益。透光型太阳能光电板的现有工艺为镂空技术，其使用不透光材料的太阳能光电板并使光线由镂空区域射入。该技术广泛应用于使用不透光金属电极的薄膜太阳能光电板及硅芯片型太阳能光电板。前者以激光划线或凿孔，以移除不透光的金属电极及光吸收层；后者以不透光的电池片和电池片拉开间隔距离，之后再进行串焊。前者穿透度与透光面积成正比，亦即光吸收层面积和发电面积损失成反比，故镂空工艺造成太阳能光电板的单位功率密度严重损失；后者则因遮光区域与透光区域位置差异，造成较差视觉效果及透光不均匀，故所产生的遮阴效果容易干扰植物生长而不利于温室的应用。 
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是提供一种透光建筑物被覆结构，拥有农业产值及发电双重效益。 
本实用新型的技术解决方案是： 
一种透光建筑物被覆结构，其中，该被覆结构为可吸收光能并产生电力的太阳能光电板，该被覆结构包括：透光基板；第一透光导电薄膜，其形成在该透光基板上；含硅的半导体材料层，其形成在该第一透光导电薄膜上；第二透光导电薄膜，其形成在该半导体材料层上；一组金属导线；透光封装材料；以及透光中间层，其位于透光基板和透光封装材料之间。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该被覆结构的穿透光的波长范围为400至1200纳米。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，穿透光的波长范围为610至720纳米的该被覆结构的，其具有大于10％的透光率。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该透光基板为玻璃。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该第一透光导电薄膜和该第二透光导电薄膜为ITO、SnO2或ZnO。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该半导体材料层为非晶硅薄膜、纳米晶硅薄膜或微晶硅薄膜。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该透光封装材料为玻璃、胶质或复合材料。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，一特定厚度的该半导体材料层具有一对应的穿透度。 
上述的透光建筑物被覆结构，其中，该建筑物被覆结构所直接接收的太阳辐射热是太阳照射总辐射热的40％～80％。 
本实用新型的一种透光建筑物被覆结构，其为可吸收光能产生电力的太阳能光电板，其包括：透光基板；第一透光导电薄膜，其形成在该透光基板上；含硅的半导体材料层，其形成在该第一透光导电薄膜上；第二透光导电薄膜，其形成在该半导体材料层上；一组金属导线；透光封装材料；以及透光中间层，其位于透光基板和透光封装材料之间。 
由以上说明得知，本实用新型的透光建筑物被覆结构确实具有诸多优点： 
本实用新型以太阳能光电板取代一般建筑物被覆结构，而装设成为太阳能光电建筑物。该太阳能光电建筑物除了可以发电，也是建筑物建材的一部分，拥有节省建筑物建材成本及发电的效益。本实用新型的薄膜太阳能光电板为半透明材料，其具有高均匀透光性且可应用于温室及需要采光的建筑物，能够克服以往传统透光型太阳能光电板的光穿透度不足或透光不均匀的缺点。此外，本实用新型可以整合至温室结构，以提升温室本体的性能并提高了土地的利用率。同时，该温室结构也保留了传统玻璃被覆结构耐久度高的优点，采用玻璃/光能转换薄膜/胶合膜/玻璃的胶合安全玻璃结构，以避免破裂后碎片四散。利用本实用新型的太阳能光电板所建立的太阳能光电系统因其具有干净、低保养需求及不需燃料的优势而成为解决自我供应或备用电力需求的理想选择，适宜整 合于温室建筑物。 
本实用新型允许植物生长所需的红光及供应温室内热源的红外光穿透。通过调整薄膜光学特性(例如穿透度及选择可穿透的波长)来调整被覆结构对红光及辐射热穿透的特性，而适应多样气候条件及植物，甚至可减缓强光对植物伤害，又可降低温室环控系统的工作负担，以提升能源利用的效率。 
附图说明
图1为本实用新型的结构图； 
图2为本实用新型在自然光下穿透的光谱与自然光频谱比较图； 
图3为本实用新型的硅薄膜厚度与穿透的光谱关系图； 
图4为本实用新型的热阻隔及热增益表。 
主要元件标号说明： 
本实用新型： 
100：基板        101：光电元件薄膜    102：纵向金属导线 
103：绝缘垫      104：横向金属导线    105：胶合膜 
106：封装材料    107：接线盒 
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。 
请参考图1至图4并配合下列说明。在一具体实施例中，该透光建筑物被覆结构为太阳能光电版，其中该太阳能光电板的制造使用透明及半透明材料，其结构如图1所示。在透光基板100(例如玻璃板)上沉积数个层，以形成光电元件薄膜101。该光电元件薄膜101包含可透光的前电极、可吸收光能并转化为电能的半导体材料层(具有例如非晶硅薄膜(a-Si:H)材质的光吸收层)以及可透光的背电极层。该光电元件薄膜101的前电极为第一透光导电薄膜，该 光电元件薄膜101的背电极为第二透光导电薄膜。该前电极是透明导电材料并可以藉由例如真空溅镀制作ITO或ZnO:Al、低压化学气相沉积法(LP-CVD)沉积ZnO:B或常压化学气相沉积法(AP-CVD)制作SnO2。该背电极可使用相同于前电极的透明导电材料。太阳能光电板上个别电池与电池间的串联和并联连接可以藉由镀膜制程步骤并配合激光蚀刻的工艺而达成。之后，藉由配置绝缘垫103与纵向金属导线102及横向金属导线104而导引出正负电极。接着，覆盖聚乙烯醇缩丁醛共聚物(PVB，poly vinyl butyral)的透明胶合膜105于前述制程所形成的结构上，并与封装材料106(如玻璃板或透明塑料膜)进行抽真空加热层压贴合。最后，电极接引，并将接线盒107贴附于封装材料上，也可以贴附于太阳能光电板侧边。 
上述吸收光能转化为电能的薄膜除了非晶硅薄膜、微晶硅薄膜及纳米晶硅薄膜之外，也可以是其它半导体薄膜。胶合膜除了PVB之外，也可以是乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。针对温室植栽应用，依不同植物生长需求，透光太阳能光电板穿透度可针对各膜层调整。其中，控制太阳能光电板上的透明导电薄膜表面粗糙度，除了可以改变太阳能光电板发电效率外，也可以同时改变光学光入射特性。如图3所示，硅薄膜的厚度(图中i所指厚度)会影响太阳能光电板的穿透度。如图4所示，该具有太阳能光电板的可透光建筑被覆结构能阻隔约50％以上入射的阳光，因此可免除一般温室需要对强光提供额外遮蔽的需求，并具有允许让适当辐射热穿透的特性，其热增益的效果适合温室应用的需求，可避免因过多的热能进入而加重温室对环控系统的需求。 
图2是本实用新型的透光型太阳能光电板在自然阳光下穿透的光谱与自然阳光频谱。图2所示，本实用新型的透光型太阳能电板是对普遍植物叶绿素(Chlorophyll)进行光合作用所需的波长为610-720纳米的红光的穿透度最高。对于以热源形式穿透的波长1000纳米以上的近红外光来说，近红外光所产生的温室效应对于在温带或寒带区域温室里植栽效果明显。 
本实用新型的太阳能光电板吸收绝大部分的蓝光并转换成电能，导致蓝光 无法穿透。故对于植物所需的波长400-520纳米的蓝光，可使用本实用新型太阳能光电板所产生电力供应及配合人造灯源补充蓝光或其它少量特定波长光源。 
透光太阳能光电板安装于建筑物后可连接至充放电控制器来对电池组充电，以便将产生的电力储存于电池。电池组储存的电力可应付并网系统的市电中断或独立系统的夜间供电需求。此外，可直接通过直/交流转换器将电力转换为交流电并联输出至电网。 
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。 

Claims (7)

1.一种透光建筑物被覆结构，其特征在于，该被覆结构为可吸收光能并产生电力的太阳能光电板，该被覆结构包括：
透光基板；
第一透光导电薄膜，其形成在该透光基板上；
半导体材料层，其形成在该第一透光导电薄膜上；
第二透光导电薄膜，其形成在该半导体材料层上；
一组金属导线；
透光封装材料；以及
透光中间层，其位于透光基板和透光封装材料之间。
2.如权利要求第1所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，该被覆结构的穿透光的波长范围为400至1200纳米。
3.如权利要求第2所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，穿透光的波长范围为610至720纳米的该被覆结构的，其具有大于10％的透光率。
4.如权利要求1所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，该透光基板为玻璃。
5.如权利要求1所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，该第一透光导电薄膜和该第二透光导电薄膜为ITO、SnO2或ZnO。
6.如权利要求1所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，该半导体材料层为非晶硅薄膜、纳米晶硅薄膜或微晶硅薄膜。
7.如权利要求1所述的透光建筑物被覆结构，其特征在于，该透光封装材料为玻璃、胶质或复合材料。 
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