CN203827248U - 一种建筑外墙光伏发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种建筑外墙光伏发电系统，包括支撑架（1）和固定在其上的板体（2），在所述板体（2）上固定有光伏层（4），其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件（5）、膜层（6）和涂料层（7），四层固定成一体结构，其中，所述板体（2）为微晶泡沫陶瓷保温板。本实用新型所述建筑外墙光伏发电系统通过金属支撑架将建筑外墙光伏发电系统安装固定在建筑物外部的悬挑部位上，实现了利用建筑物的外立面进行光伏发电，完成了绿色建筑由被动节能向主动节能的成功过渡和转型。

Description

一种建筑外墙光伏发电系统

技术领域

本实用新型涉及建筑节能和光电建筑领域，特别是涉及一种固定在建筑物外部悬挑建筑构件上的建筑外墙光伏发电系统。

背景技术

随着全球传统能源的日益减少，新能源发电的重要性愈发突出，而具有明显优势的光伏发电则会成为新能源中最令人瞩目的焦点，与此同时，世界光伏发电产业快速发展，产业链中间生产环节过度膨胀引发了一系列问题。在此情况下，光伏发电系统终端应用的重要性体现地愈实用新型显，而建筑光伏则是世界光伏发电应用领域最重要的市场之一。

在我国，由于人均土地资源相对匮乏，因此，大型地面电站的建设具有一定的局限性，与之对比，建筑物能为光伏系统提供足够的面积，不需另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构。太阳能光伏电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境无污染。光伏建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低了输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期，光伏建筑系统除可以保证自身建筑内用电外，在一定条件下还可能向电网供电，舒缓了高峰电力需求，具有极大的社会效益，还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的严重空气污染，这对于环保要求更高的今天和未来极为重要。

目前我国的光伏建筑大多为“BAPV”(Building Attached Photovoltaic)：即附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统，也称为“安装型”太阳能光伏建筑。它的主要功能是发电，与建筑物功能不发生冲突，不破坏或削弱原有建筑物的功能。例如，现在大量在建筑屋面安装的单晶硅和多晶硅太阳能电池板，尽管这类系统解决了部分太阳能综合利用方面的问题，但同时带来建筑屋面可利用面积小，难以形成有效发电量；屋面安装太阳能板容易破坏屋面保温防水结构和高层建筑屋面风压达，光伏板已发生坠落等安全隐患等诸多问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、与建筑紧密结合，轻质安全、防火绝缘，耐久性好的建筑外墙光伏发电系统。

一种建筑外墙光伏发电系统，包括支撑架和固定在其上的板体，在所述板体上固定有光伏层，其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件、膜层和涂料层，四层固定成一体结构，其中，所述板体为微晶泡沫陶瓷保温板。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中所述支撑架为不锈钢金属材料焊接而成的三角架，通过不锈钢穿墙膨胀螺栓固定在建筑物外部悬挑建筑构件上，所述建筑物外部悬挑建筑构件为空调板、悬挑板、挑檐、雨篷或遮阳板。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中在所述板体的四周紧密固定有边框，所述边框由铝合金或碳纤维材料制成。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中所述光伏层为条状结构，若干所述光伏层平行布置并粘接于所述板体上，所述光伏层的面积为整个板体面积的60%～80%。

本实用新型所述的建筑外墙太阳能光伏板，其中在所述微晶泡沫陶瓷保温板的两侧涂覆有界面剂。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中所述微晶泡沫陶瓷保温板厚度为50～700mm，长度为2000mm、2440mm、3000mm或3200mm，宽度为1220mm、1250mm或1500mm。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中所述柔性薄膜电池组件是在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；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250微米；所述涂料层由防污自洁涂料涂覆而成，所述防污自洁涂料为粒径为纳米级的光触媒涂料，厚度为20～70微米。

本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统，其中所述柔性薄膜电池组件与底板之间通过粘结剂固定，所述粘结剂为阻燃型聚合物粘结剂。

本实用新型所述建筑外墙太阳能光伏板与现有技术不同之处在于：本实用新型所述建筑外墙光伏发电系统通过金属支撑架将太阳能光伏板安装固定在建筑物外部的悬挑部位(空调板、悬挑板、挑檐、雨篷、遮阳板）上的，实现了利用建筑物的外立面进行光伏发电，完成了绿色建筑由被动节能向主动节能的成功过渡和转型。本实用新型所述的建筑外墙太阳能光伏板与建筑紧密结合，轻质安全、防火绝缘，耐久性好，符合节能减排及零能耗等绿色建筑的理念。

下面结合附图对本实用新型所述的建筑外墙光伏发电系统作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型所述建筑外墙光伏发电系统在安装状态下的结构示意图；

图2为图1中板体的正视图；

图3为图1中S处的剖面示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1-图3所示，本实用新型建筑外墙光伏发电系统包括支撑架1和固定在其上的板体2，在板体2上固定有光伏层4，其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件5、膜层6和涂料层7，四层固定成一体结构，其中，板体2为微晶泡沫陶瓷保温板。光伏层4为条状结构，若干（本实施例中为3条光伏层4）光伏层4平行布置并粘接于板体2上，光伏层4的面积为整个板体2面积的80%。支撑架1为不锈钢金属材料焊接而成的三角架，通过不锈钢穿墙膨胀螺栓固定在建筑物外部悬挑建筑构件3上，建筑物外部悬挑建筑构件3为空调板。在建筑外墙太阳能光伏板的四周紧密固定有边框（图中未示出），边框由铝合金材料制成。微晶泡沫陶瓷保温板厚度为50mm，长度为2000mm，宽度为1220mm。

在微晶泡沫陶瓷保温板的两侧涂覆有界面剂，柔性薄膜电池组件5是在可弯曲的柔性衬底上（如塑料）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；膜层6为含氟TPT聚酯膜，厚度为250微米；涂料层7由防污自洁涂料涂覆而成，防污自洁涂料为粒径为纳米级的光触媒涂料，厚度为20微米，柔性薄膜电池组件5与底板4之间通过粘结剂固定，粘结剂为阻燃型聚合物粘结剂。

实施例2

如图1-图3所示，本实用新型建筑外墙光伏发电系统包括支撑架1和固定在其上的板体2，在板体2上固定有光伏层4，其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件5、膜层6和涂料层7，四层固定成一体结构，其中，板体2为微晶泡沫陶瓷保温板。光伏层4为条状结构，若干（本实施例中为4条光伏层4）光伏层4平行布置并粘接于板体2上，光伏层4的面积为整个板体2面积的60%。支撑架1为不锈钢金属材料焊接而成的三角架，通过不锈钢穿墙膨胀螺栓固定在建筑物外部悬挑建筑构件3上，建筑物外部悬挑建筑构件3为悬挑板。在建筑外墙太阳能光伏板的四周紧密固定有边框，边框由碳纤维材料制成。微晶泡沫陶瓷保温板厚度为700mm，长度为3200mm，宽度为1500mm。

在微晶泡沫陶瓷保温板的两侧涂覆有界面剂，柔性薄膜电池组件5是在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，为铜铟钾硒薄膜太阳能电池；膜层6为乙烯—四氟乙烯共聚物膜，厚度为250微米；涂料层7由防污自洁涂料涂覆而成，防污自洁涂料为粒径为纳米级的光触媒涂料，厚度为70微米，柔性薄膜电池组件5与底板4之间通过粘结剂固定，粘结剂为阻燃型聚合物粘结。

实施例3

如图1-图3所示，本实用新型建筑外墙光伏发电系统包括支撑架1和固定在其上的板体2，在板体2上固定有光伏层4，其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件5、膜层6和涂料层7，四层固定成一体结构，其中，板体2为微晶泡沫陶瓷保温板。光伏层4为条状结构，若干（本实施例中为5条光伏层4）光伏层4平行布置并粘接于板体2上，光伏层4的面积为整个板体2面积的70%。支撑架1为不锈钢金属材料焊接而成的三角架，通过不锈钢穿墙膨胀螺栓固定在建筑物外部悬挑建筑构件3上，建筑物外部悬挑建筑构件3为挑檐。在建筑外墙太阳能光伏板的四周紧密固定有边框，边框由铝合金或碳纤维材料制成。微晶泡沫陶瓷保温板厚度为200mm，长度为2440mm，宽度为1250mm。

在微晶泡沫陶瓷保温板的两侧涂覆有界面剂，界面剂由如下重量份的物质组成：

固含量为45～49%的BC-700丙烯酸乳液：7份；

固含量为45～47%的BC-200丙烯酸乳液：8份；

去离子水：25份；

乙二醇：0.6份；

硅灰石粉：8份；

高岭土：9份；

重钙：12份；

阴离子型润湿剂：0.7份；

成膜助剂：0.8份；

分散剂：0.3份；

消泡剂：0.25份；

pH调节剂：0.7份；

防腐防霉剂：0.6份；

增塑剂：0.2份；

其中，成膜助剂为十二碳醇脂，分散剂为多聚磷酸钠，消泡剂为聚醚多元醇，防腐防霉剂为OBPA含砷有机物防霉剂，增塑剂为聚丙烯酸脂类增塑剂；阴离子型润湿剂为脂肪酸酯硫酸盐；pH调节剂为氢氧化钠。

柔性薄膜电池组件5是在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，为碲化镉薄膜太阳能电池；膜层6为含氟TPT聚酯膜，厚度为250微米；涂料层7由防污自洁涂料涂覆而成，防污自洁涂料为粒径为纳米级的光触媒涂料，厚度为50微米，光触媒涂料由如下重量份的物质组成：

固含量为49%的水乳型合成聚合物乳液：250份；

粒径为2～7nm的光触媒纳米粉体材料：30份；

脱氧水：750份；

增稠剂：4.5份；

分散剂:3份；

湿润剂：13份；

成膜助剂：30份；

消泡剂:15份；

偶联剂：6份。

光触媒涂料水乳型合成聚合物乳液为质量比为5:3:1苯乙烯—丙烯酸乳液、丙烯酸共聚乳液、有机硅—丙烯酸乳液的混合物；光触媒纳米粉体材料为纳米二氧化硅，增稠剂为聚丙烯酸酯类，分散剂为质量比为2:1的焦磷酸四钾和聚丙烯酸盐类的混合物；湿润剂pH值为6，为质量比为6:5的二异丁基萘磺酸钠和单硬脂酸甘油酯的混合物；成膜助剂为丙二醇苯醚，消泡剂为质量比为3:2的聚醚多元醇和聚醚类的混合物；偶联剂为铝酸酯偶联剂。

柔性薄膜电池组件5与底板4之间通过粘结剂固定，粘结剂为阻燃型聚合物粘结剂，其由如下重量份的原料制备而成：

聚丙烯酸脂类乳液：85份；

交联剂：10份；

有机磷氮类阻燃剂：3份；

溶剂：7份；

聚丙烯酸酯类乳液由丙烯酸酯类单体制备而成，丙烯酸酯类单体为质量比为9:5的丙烯酸-2-乙基己酯和甲基丙烯酸甲酯的混合物；交联剂为二甲苯烷二异氰酸酯，有机磷氮类阻燃剂为三异丙苯基磷酸脂，溶剂为正丁脂。

实施例4

与实施例1的区别在于，建筑物外部悬挑建筑构件3为雨篷或遮阳板，微晶泡沫陶瓷保温板长度为3000mm。

实施例5

一种建筑外墙光伏发电系统的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、固定系统的制备：用不锈钢金属材料焊接成与建筑物悬挑部位3长宽尺寸相近的三角支撑架1，并在其上钻出供不锈钢螺丝和不锈钢穿墙膨胀螺栓穿过的通孔；

步骤二、微晶泡沫陶瓷板的制备：将厚度为10～30mm的微晶泡沫陶瓷底板切割成尺寸为400×600mm或600×800mm的板材，将板材表面和四边棱角打磨清理干净，制备界面剂，将界面剂均匀涂覆于板材的两侧；

步骤三、光伏层4的制备：制备光触媒涂料，在柔性薄膜电池组件5的表面覆盖加封TPT聚酯膜层或乙烯—四氟乙烯共聚物膜层，并在TPT聚酯膜层或乙烯—四氟乙烯共聚物膜的外侧涂覆具有防污功能的光触媒涂料；

步骤四、制备阻燃型聚合物粘结剂，用阻燃型聚合物粘结剂将柔性薄膜电池组件5黏贴到微晶泡沫陶瓷保温板的外表面；

步骤五、合并封装：按照柔性薄膜光伏电池组件5、阻燃型聚合物粘结剂、微晶泡沫陶瓷板的顺序依次层叠，经过辊压和高压釜处理，使各层组件和材料紧密粘合，最后再将用铝合金或碳纤维材料制成的边框安装固定在微晶泡沫陶瓷保温板的四周，即得产品。

界面剂的制备方法包括如下步骤：先将原料中的各组份逐一称重，把配方中的去离子水加到涂料分散搅拌机的缸中，搅拌机以300r/min的转速搅拌，加入乙二醇、增塑剂、防腐防霉剂、丙烯酸乳液，充分搅拌5min。再将阴离子型润湿剂和分散剂加入，搅拌均匀，在不断搅拌下缓慢投入硅灰石粉、高岭土、重钙以及消泡剂，在1000r/min以上的转速条件下高速搅拌，使之充分分散，直至不存在小粒子，最后加入pH调节剂和增塑剂，再在1000r/min以上的转速条件下高速搅拌20min后停机，然后出料，装桶包装；

光触媒纳米涂料的制备方法包括如下步骤：

（A）将原料中的各组份逐一称重；

（B）将润湿剂、分散剂加入水乳型合成聚合物乳液中，以800转/分钟转速充分搅拌约20～30min；

（C）再加入光触媒纳米粉体材料，以1500转/分钟的转速充分分散30～60min，在搅拌的过程中，加入1/3重量的消泡剂并加入增稠剂；

（D）最后在1500转/分钟转速的条件下，加入已经与成膜助剂、偶联剂混合均匀的脱氧水，再加入余下的2/3重量的消泡剂，搅拌混合均匀10分钟，得到光触媒纳米涂料。

阻燃型聚合物粘结剂的制备方法包括如下步骤：

（a）在可调节温度的搅拌机中，先加入丙烯酸酯类单体，将温度升至50～60度，保持温度5～7小时，制成丙烯酸酯类乳液；

（b）保持上述温度不变，在制成的丙烯酸酯类乳液中加入1/3体积的溶剂，并搅拌均匀，加工成母液甲；

（c）在温度为40～50度的条件下，将剩余2/3体积的溶剂与有机磷氮类阻燃剂均匀混合，制成母液乙；

（d）在在温度为50～60度的条件下，将母液甲和母液乙两组分均匀混合，随后缓慢加入交联剂并搅拌均匀，最后制成阻燃型聚合物粘结剂产品。

安装方式：

首先用穿墙膨胀螺栓把不锈钢三角固定架安装在空调板、悬挑板、挑檐、雨篷、遮阳板等建筑物悬挑建筑构件上部，并在外墙壁上钻孔和放置电缆导管，随后，在固定框架上倾斜安装矩形的本实用新型太阳能光伏板，固定框架与太阳能光伏板之间用螺丝固定，光伏板上的光伏电池输出导线、旁路二极管及接线盒布置在位于光伏板内侧外墙壁上的导线槽孔和密封装置内，电导线穿过导管的与室内的光伏太阳能控制器相连，太阳能控制器通过导线与蓄电池和逆变器相连，太阳能控制器可以提供直流输出，逆变器可以将直流电转变为交流电，再经安装在建筑物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各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：包括支撑架（1）和固定在其上的板体（2），在所述板体（2）上固定有光伏层（4），其从下至上依次包括柔性薄膜电池组件（5）、膜层（6）和涂料层（7），四层固定成一体结构，其中，所述板体（2）为微晶泡沫陶瓷保温板。

2.根据权利要求1所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：所述支撑架（1）为不锈钢金属材料焊接而成的三角架，通过不锈钢穿墙膨胀螺栓固定在建筑物外部悬挑建筑构件（3）上，所述建筑物外部悬挑建筑构件（3）为空调板、悬挑板、挑檐、雨篷或遮阳板。

3.根据权利要求1所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：在所述板体（2）的四周紧密固定有边框，所述边框由铝合金或碳纤维材料制成。

4.根据权利要求2或3所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：所述光伏层（4）为条状结构，若干所述光伏层（4）平行布置并粘接于所述板体（2）上，所述光伏层（4）的面积为整个板体（2）面积的60%～80%。

5.根据权利要求1所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：在所述微晶泡沫陶瓷保温板的两侧涂覆有界面剂。

6.根据权利要求5所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：所述微晶泡沫陶瓷保温板厚度为50～700mm，长度为2000mm、2440mm、3000mm或3200mm，宽度为1220mm、1250mm或1500mm。

7.根据权利要求6所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：所述柔性薄膜电池组件（5）是在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；所述膜层（6）为含氟TPT聚酯膜或乙烯—四氟乙烯共聚物膜，厚度为250微米；所述涂料层（7）由防污自洁涂料涂覆而成，所述防污自洁涂料为粒径为纳米级的光触媒涂料，厚度为20～70微米。

8.根据权利要求7所述的建筑外墙光伏发电系统，其特征在于：所述柔性薄膜电池组件（5）与板体（2）之间通过粘结剂固定，所述粘结剂为阻燃型聚合物粘结剂。