CN203452284U - 一种保温隔热光伏瓦 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种保温隔热光伏瓦，其特征在于：由柔性保温隔热基板和通过阻燃聚合物粘结剂粘结在其上的柔性光伏电池组件构成，所述柔性保温隔热基板为两侧覆着柔性防水片材的纳米二氧化硅气凝胶毡芯材；所述柔性光伏电池组件由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层；所述柔性防水片材为层状结构，由下至上依次是：下阻燃聚合物水泥砂浆层、高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基和上阻燃聚合物水泥砂浆层，三层结构固结为一体。本实用新型用一种具有防水抗渗、防火阻燃、抗裂耐撞、保温隔热功能且质轻体薄的柔性基板与非晶硅等柔性薄膜太阳能光伏电池组件相结合，形成一种既可以防火防水和保温隔热，又可以进行光伏发电的光伏屋面瓦。

Description

一种保温隔热光伏瓦

技术领域

本实用新型涉及一种光伏建筑一体化和光伏建材领域，特别涉及一种可广泛应用于具有节能和自发自用电力的绿色建筑的柔性保温隔热光伏瓦，其兼具防火、防水、保温隔热、增强抗裂、屋面装饰和光伏发电等多重使用功能，应用于新建和既有建筑节能改造的光电建筑，实现建筑高效节能和自发自用所需电力。

背景技术

建筑能耗占全社会能耗近40%，减少对传统能源的依赖、降低二氧化碳排放、发展具有节能和自发电功能的绿色建筑已成为节能减排的重要内容。目前国内建筑节能和对太阳能等可再生能源的利用，大多采取在屋面和外墙表面粘贴和喷涂保温材料，然后在其上架设晶硅太阳能光伏玻璃板的方法，表现为建筑节能和屋面光伏发电自成体系、相互分离。如何最大限度地发挥建材的多功能性，将建筑的保温隔热技术与光伏发电技术相互融合，实现建筑节能和光伏发电同步设计、同步施工、同步安装、同步验收和同步维护保养，最大限度地降低重复施工带来的材料和人工的浪费。

为实践这一理念，有关的研究者在不断开发各类具有光伏发电功能的光伏瓦，如实用新型CN202280214U公开了一种保温光伏瓦，该瓦由内外金属框内分别安装的单晶硅光伏玻璃板和保温材料构成。这种光伏瓦直接覆于建筑屋面上，即具有保温功能，也可以发电。但这种保温光伏瓦由金属框架和光伏玻璃板构成，重量大、安装伏复杂，不能大面积替代已有的传统建材产品。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种适合于建筑屋面的具有保温隔热、防水隔潮、柔性抗裂、防火阻燃功能的柔性保温隔热光伏瓦。

本实用新型的目的是用一种具有防水、防火、抗裂和保温隔热功能且质轻体薄的柔性保温隔热基板与非晶硅等柔性薄膜太阳能光伏电池组件相结合，形成一种既可以防火防水和保温隔热，又可以进行光伏发电的保温隔热光伏瓦。

一种保温隔热光伏瓦，由柔性保温隔热基板和通过阻燃聚合物粘结剂粘结在其上的柔性光伏电池组件构成，所述柔性保温隔热基板为两侧覆着柔性防水片材的纳米二氧化硅气凝胶毡芯材；

所述柔性光伏电池组件由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层；

所述柔性防水片材为层状结构，由下至上依次是：下阻燃聚合物水泥砂浆层、高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基和上阻燃聚合物水泥砂浆层，三层结构固结为一体；

所述纳米二氧化硅气凝胶毡是把纳米二氧化硅气凝胶作为主体材料，并复合于玻璃纤维和预氧化纤维等增强材料中，通过特殊工艺合成的柔性保温材料；该材料质轻，密度为3kg/每立方米，重量仅为空气的三倍；由超过90%的空气组成，拥有所有固体中最低的导热系数，性能优于传统保温材料的2-8倍；用1-2厘米厚就能达到75%的节能要求，相当于其它保温材料10cm以上的保温节能效果。

本实用新型所述的保温隔热光伏瓦，其中所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材厚度：2～10mm，宽度：910～1500mm，密度：180～220kg/m²，适用温度：-200℃～+1000℃，疏水性：绝对疏水，导热系数：0.012～0.025W/m·k；当量厚度A：20mm；

所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用耐碱玻璃纤维增强的安纺阻燃纤维无纺布、4080纤维无纺布或条纶增强无纺布中的任意一种，所述高韧玻璃纤维增强无纺布厚度为0.5～1mm，重量为120～180g/m2。

本实用新型所述的保温隔热光伏瓦，其中所述柔性薄膜电池组件是在塑料等可弯曲的柔性保温隔热基板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。

本实用新型所述的保温隔热光伏瓦，其中所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜，厚度为250um；

所述涂料层厚度为30～70um，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。

本实用新型所述的保温隔热光伏瓦，其中所述柔性薄膜电池组件上设置有正负极导线，所述柔性保温隔热基板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柔性保温隔热基板上的外部用电器相互配合连接。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所述产品中柔性保温隔热材料以纳米二氧化硅气凝胶毡为保温隔热材料，以聚合物砂浆片材为保护层，通过特殊工艺复合而成。作为保温隔热层的气凝胶毡具有以下优点：

（1）优异的隔热效果：气凝胶毡的隔热效果是传统隔热材料2-5倍，根据阿伦尼乌斯实验测定的理论使用年限为20年，几乎与建筑物同寿命，这是大部分有机类高效保温料所不具备的。

（2）减少保温层厚度：气凝胶毡取得同等隔热效果，厚度仅为传统材料的几分之一。保温后热损失小，空间利用率高。且在高温下，以上性能优势更为明显。

（3）憎水性和防火性：气凝胶毡绝对憎水，可有效防止水分进入建筑屋面和外墙体内部。同时具有建筑A1级防火性能，且气凝胶独具的三维网络结构避免了其他保温材料在长期高温使用中烧结变形、沉降等保温效果明显下降的现象。

（4）施工方便环保：气凝胶毡制成各种特殊形状以适应各种尺寸和规格屋面瓦的要求，安装所需时间及人力少，且环保安全。

（5）更轻更薄，显著地降低了安装及运营成本，用1-2厘米厚就能达到75%的节能要求，相当于其它保温材料10cm以上的保温节能效果。

用纳米二氧化硅气凝胶毡制成的柔性基板有导热系数低、阻燃防水、密度小、柔韧性高、绿色环保等优越性能，同时兼具优越的隔声减震性能，可取代石棉和岩棉保温毡、挤塑板和聚氨酯等不环保、保温性能差的传统柔性保温材料以及易燃寿命短的沥青瓦等。

光伏瓦中的光伏电池组件为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不锈钢或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。

下面结合附图对本实用新型所述保温隔热光伏瓦作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式下的保温隔热光伏瓦与瓦片结合的结构示意图；

图2为图1的T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，一种保温隔热光伏瓦，由柔性保温隔热基板7和通过阻燃聚合物粘结剂3粘结在其上的柔性光伏电池组件8构成，所述柔性保温隔热基板7为两侧覆着柔性防水片材2的纳米二氧化硅气凝胶毡芯材1；所述柔性光伏电池组件8由里至外依次包括柔性薄膜电池组件4、膜层5和涂料层6；所述柔性防水片材2为层状结构，由下至上依次是：下阻燃聚合物水泥砂浆层、高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基和上阻燃聚合物水泥砂浆层，三层结构固结为一体；所述纳米二氧化硅气凝胶毡1是把纳米二氧化硅气凝胶作为主体材料，并复合于玻璃纤维和预氧化纤维等增强材料中，通过特殊工艺合成的柔性保温材料；该材料质轻，密度为3kg/每立方米，重量仅为空气的三倍；由超过90%的空气组成，拥有所有固体中最低的导热系数，性能优于传统保温材料的2-8倍；用1-2厘米厚就能达到75%的节能要求，相当于其它保温材料10cm以上的保温节能效果。所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材厚度为2mm，宽度为910mm，密度为180kg/m²，适用温度：-200℃～+1000℃，疏水性：绝对疏水，导热系数：0.012～0.025W/m·k；当量厚度A：20mm。

所述上阻燃聚合物水泥砂浆和下阻燃聚合物水泥砂浆均由如下重量份的原料组成：普硅42.5水泥12份，石英砂45份，玻璃化温度至少在-5℃以下的硅丙乳液18份，水25份，复合阻燃剂4份；阻燃聚合物水泥砂浆层厚度为1.5mm。

所述阻燃聚合物水泥砂浆中复合阻燃剂由氢氧化镁、氢氧化铝、52号氯化石蜡和三氧化二锑混合而成，质量比为氢氧化镁：氢氧化铝：52号氯化石蜡：三氧化二锑=2:4:2:3；所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用耐碱玻璃纤维增强的安纺阻燃纤维无纺布，厚度为0.5mm，重量为120g/m2。所述阻燃型聚合物粘结剂3由如下质量百分比的物质组成：有机硅丙烯酸脂类乳液55%，有机磷类氮类阻燃剂8.5%，交联剂25%，溶剂11.5%，所述交联剂为有机硅类交联剂，所述溶剂为醇类溶剂。

所述柔性薄膜电池组件4是在塑料等可弯曲的柔性保温隔热基板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5为含氟TPT聚酯膜，厚度为250um；所述涂料层6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涂覆而成。

本实用新型所述的保温隔热光伏瓦粘结在屋面瓦9上，其中所述柔性薄膜电池组件4上设置有正负极导线，所述柔性保温隔热基板7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柔性保温隔热基板上的外部用电器相互配合连接。

实施例2

本实用新型所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材1厚度为10mm，宽度为1500mm，密度为220kg/m2，所述上阻燃聚合物水泥砂浆和下阻燃聚合物水泥砂浆均由如下重量份的原料组成：普硅42.5水泥17份，石英砂40份，玻璃化温度至少在-5℃以下的硅丙乳液23份，水17份，复合阻燃剂8份；阻燃聚合物水泥砂浆层厚度为4mm。

所述阻燃聚合物水泥砂浆中复合阻燃剂由氢氧化铝、氢氧化镁、十溴二苯乙烷和三氧化二锑混合而成，质量比为氢氧化铝：氢氧化镁：十溴二苯乙烷：三氧化二锑=4:2:3:3。所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用4080纤维无纺布，厚度为1mm，重量为180g/m2。所述阻燃型聚合物粘结剂3由如下质量百分比的物质组成：有机硅丙烯酸脂类乳液85%，有机磷类氮类阻燃剂2.5%，交联剂10%，溶剂2.5%，所述交联剂为丙烯酸脂类交联剂，所述溶剂为醚类。

所述柔性薄膜电池组件4为铜铟钾硒薄膜太阳能电池；所述涂料层6由氟碳涂料涂覆而成，厚度为70um，所述膜层5为乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）膜，其他同实施例1。

实施例3

本实用新型所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材1厚度：5mm，宽度：1100mm，密度：200kg/m2，所述上阻燃聚合物水泥砂浆和下阻燃聚合物水泥砂浆均由如下重量份的原料组成：普硅42.5水泥15份，石英砂42份，玻璃化温度至少在-5℃以下的硅丙乳液20份，水20份，复合阻燃剂6份；阻燃聚合物水泥砂浆层厚度为2.5mm。

所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用条纶增强无纺布，厚度为0.5～1mm，重量为160g/m2。所述阻燃型聚合物粘结剂3由如下质量百分比的物质组成：有机硅丙烯酸脂类乳液60%，有机磷类氮类阻燃剂8.5%，交联剂16.5%，溶剂15%，所述交联剂为有机硅类交联剂，所述溶剂为脂类溶剂。

所述柔性薄膜电池组件4为碲化镉薄膜太阳能电池；所述涂料层6由氟碳涂料涂覆而成，厚度为65um，所述膜层5为含氟TPT聚酯膜，其他同实施例1。

实施例4

本实用新型所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材1厚度：8mm，宽度：1300mm，密度：210kg/m2，所述上阻燃聚合物水泥砂浆和下阻燃聚合物水泥砂浆均由如下重量份的原料组成：普硅42.5水泥16份，石英砂41份，玻璃化温度至少在-5℃以下的硅丙乳液22份，水19份，复合阻燃剂7份；阻燃聚合物水泥砂浆层厚度为3mm。

所述阻燃聚合物水泥砂浆中复合阻燃剂由氢氧化铝、氢氧化镁、十溴二苯乙烷和三氧化二锑混合而成，质量比为氢氧化铝：氢氧化镁：十溴二苯乙烷：三氧化二锑=4:2:3:3。所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用耐碱玻璃纤维增强的安纺阻燃纤维无纺布，厚度为0.8mm，重量为130g/m2。所述阻燃型聚合物粘结剂3由如下质量百分比的物质组成：有机硅丙烯酸脂类乳液70%，有机磷类氮类阻燃剂8%，交联剂20%，溶剂2%，所述交联剂为丙烯酸脂类交联剂，所述溶剂为醚类。

所述柔性薄膜电池组件4为染料敏化电池；所述涂料层6厚度为60um，所述膜层5为乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）膜其他同实施例1。

实施例5

一种保温隔热光伏瓦的制备方法，包括如下步骤：

（1）柔性防水片材2的制备：在常温状态下，将水泥、石英砂、丙烯酸乳液、复合阻燃剂、水等分别加入混合设备进行均匀混合，得到阻燃型聚合物水泥砂浆胶料；在专有自动化生产线上，将阻燃型聚合物水泥砂浆胶料通过机制刮板均匀涂敷于所述高韧玻纤增强阻燃无纺布的上下表面，再经生产线中的热循环吹风装置自动烘干，使聚合物砂浆达到初凝后收卷；然后在5～38℃的室内温度下存放，自然干燥养护达28天，再分别根据需要制成各种屋面瓦规格的柔性防水片材2制品备用；

（2）柔性保温隔热基板7的制备：用聚合物改性干粉砂浆粘结剂把柔性防水片材2粘结于纳米二氧化硅气凝胶毡1上下两侧；

（3）柔性光伏电池组件的制备：将经膜层5封装的柔性薄膜电池组件4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6，并加工成符合屋面瓦规格要求的尺寸；

（4）采用阻燃聚合物胶粘剂3将柔性光伏电池组件4底部粘结到柔性保温隔热基板7的表面；

（5）合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件4、阻燃聚合物胶粘剂3和柔性保温隔热基板7的顺序依次层叠，经过辊压和层压机抽真空处理，使各层组件紧密粘合，形成一体结构，即得产品。

其中，所述玻纤增强聚合物水泥砂浆片材由玻纤增强阻燃无纺布胎基两侧涂覆聚合物改性水泥砂浆；所述柔性防水片材2中高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用耐碱玻璃纤维增强的安纺阻燃纤维无纺布、4080纤维无纺布或条论增强无纺布中的任意一种；所述膜层5为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜，厚度为250um；所述涂料层6厚度为30～70um。

施工安装时，通过聚合物改性干粉砂浆粘结剂将光伏瓦直接粘贴在屋面上；所述聚合物改性干粉砂浆粘结剂由如下重量份的原料组成：42.5普通硅酸盐水泥：20份，20～100目的石英砂：60份，200目的重钙：20份，瓦克可再分散性胶粉：8份，4～8万的纤维素醚：0.4份，和易剂CMT：0.15份。

实施例6

一种保温隔热光伏瓦的制备方法，其中施工安装时，通过聚合物改性干粉砂浆粘结剂将光伏瓦直接粘贴在屋面上；所述聚合物改性干粉砂浆粘结剂由如下重量份的原料组成：42.5普通硅酸盐水泥：45份，20～100目的石英砂：30份，200目的重钙：30份，瓦克可再分散性胶粉：4份，4～8万的纤维素醚：1.8份，和易剂CMT：0.03份，其他同实施例5。

实施例7

一种保温隔热光伏瓦的制备方法，其中施工安装时，通过聚合物改性干粉砂浆粘结剂将光伏瓦直接粘贴在屋面上；所述聚合物改性干粉砂浆粘结剂由如下重量份的原料组成：42.5普通硅酸盐水泥：42份，20～100目的石英砂：50份，200目的重钙：25份，瓦克可再分散性胶粉：6份，4～8万的纤维素醚：1份，和易剂CMT：0.1份，其他同实施例5。

实施例8

安装和使用准备：

（1）保温隔热光伏瓦施工前，首先检查屋面，确保建筑结构的自身防水已经完成，并且屋顶基面上已完成找平压光。如屋面平整度达不到验收标准，需在屋面挂线重新进行找平；

（2）用电动搅拌器将聚合物改性干粉砂浆粘结剂的粉料按配合比加水搅拌均匀，直至成无团块干粉颗粒的匀稠的膏状体；

（3）用刮板将和好的粘结剂均匀的刮涂于外屋面上，每次刮涂的面积约在2～3平方米左右，粘结剂厚度在2～3mm.

（4）采用方形带齿刮板将已刮涂于外屋面上的粘结剂梳理成条纹状，厚度均匀一致，梳理后的条纹层厚度控制在4～5mm左右。

（5）取保温隔热光伏瓦，将光伏瓦的底面按照从屋檐向屋脊，从左至右、从下至上的顺序直接铺设在粘结剂中，并用长方形木抹子轻拍压平整，应保证每块光伏瓦的间隔缝，横平竖直、顺畅宽度一致。

（6）安装时，应左右重叠搭接，两条脊瓦之间也要重叠搭接，搭接间距均匀，顺直平整，无起伏和渗漏部位，接缝处需用密封胶密实，使之达到防水、防冻、防高温的要求。

（7）在安装保温隔热光伏瓦的过程中，在屋面适当的位置钻导线孔，并在其中放置导线管。利用屋面的导线槽孔布设非晶硅等柔性太阳能光伏薄膜电池组件3的电极引线。通过屋面设置的导线管将电极引线穿入室内的布线管中。将墙内布线管中引入的电极引线通过接线盒相互对应的连接，然后将线路连接至逆变器，将直流电转变为交流电，最后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。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种保温隔热光伏瓦，其特征在于：由柔性保温隔热基板和通过阻燃聚合物粘结剂粘结在其上的柔性光伏电池组件构成，所述柔性保温隔热基板为两侧覆着柔性防水片材的纳米二氧化硅气凝胶毡芯材；

所述柔性光伏电池组件由里至外依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层；

所述柔性防水片材为层状结构，由下至上依次是：下阻燃聚合物水泥砂浆层、高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基和上阻燃聚合物水泥砂浆层，三层结构固结为一体。

2.根据权利要求1所述的保温隔热光伏瓦，其特征在于：所述纳米二氧化硅气凝胶毡芯材厚度：2～10mm，宽度：910～1500mm，密度：180～220kg/m²，适用温度：-200℃～+1000℃，疏水性：绝对疏水，导热系数：0.012～0.025W/m·k；当量厚度A：20mm；

所述高韧玻纤增强阻燃无纺布胎基用料采用耐碱玻璃纤维增强的安纺阻燃纤维无纺布、4080纤维无纺布或条纶增强无纺布中的任意一种，所述高韧玻璃纤维增强无纺布厚度为0.5～1mm，重量为120～180g/m²。

3.根据权利要求1所述的保温隔热光伏瓦，其特征在于：所述柔性薄膜电池组件是在塑料等可弯曲的柔性保温隔热基板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。

4.根据权利要求3所述的保温隔热光伏瓦，其特征在于：所述膜层为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜，厚度为250um；所述涂料层厚度为30～70um，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。

5.根据权利要求4所述的保温隔热光伏瓦，其特征在于：所述柔性薄膜电池组件上设置有正负极导线，所述柔性保温隔热基板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柔性保温隔热基板上的外部用电器相互配合连接。

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