TWI750944B - 太陽光電牆體建材結構 - Google Patents

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Abstract

本發明有關於一種太陽光電牆體建材結構，係包括有一玻璃，與依序設置於該玻璃上之第一膠合層、太陽能電池、第二膠合層及背板；藉此，本發明將太陽能光電模組封裝於槽型玻璃上，以足夠結構剛性與安全性作為可直接應用於建築結構使用的建築材料。

Description

太陽光電牆體建材結構
本發明係有關於一種太陽光電牆體建材結構，尤指一種具有足夠剛性可直接作為建築結構使用之建築材料。
隨著國際上脫碳減排的能源政策，再生能源的需求與日俱增，但有限的土地資源侷限了太陽光電的發展，目前產業界皆致力整合太陽光電於建築表面以解決太陽光電與民爭地的衝擊。
建築整合太陽光電（Building-integrated Photovoltaic，BIPV）其概念意如其名，旨在建築外圍結構的表面安裝太陽能光電板做為建築功能的一部分以提供電力。
然而現有太陽光電板的設計由平板式強化玻璃所構成，平板式玻璃具有縱向強度韌性高、剛性低的特性，強化玻璃具有局部受損，就會引起全面的破碎的特性，因此需要有鋁框包覆補強光電板之結構剛性及保障其安全性。
以標準面來看：現有國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）所規範的太陽能光電板認證制度（IEC 61215 /646/730）並未有要求符合建築結構強度的需求；以產品面來看：鋁框材料的高熱膨脹係數侷限了產品應用於建築上的防水功能；從結構面來看，以平板式強化玻璃為基礎的太陽能光電板設計，其抗風壓荷重、結構鋼性不足符合建築結構強度所需。
因此現行太陽能光電板應用於BIPV時，需要有建築結構主體為前提，而太陽能光電板僅作為依附於結構主體上的功能體。
倘若進一步改善太陽能光電板設計，解決上述問題點，則可提升太陽光電整合建築的使用環境的安全性，如:建築物頂蓋、天窗、採光天窗等水平或近於水平狀態的使用環境、建築物外牆垂直使用，如有掉落會傷及地面上物體及人體之虞的使用環境，以及扶手或護欄，如破碎時可能會導致人體或物體掉落之虞的使用環境。
為了解決上述問題，已有相關創作提出改良結構，舉例而言，中國專利公告第CN208127219 U號揭示一種光伏組件，其特徵在於：包括具高強度的面板、具高強度的背板、用於將太陽能轉換為電能的電池單元及膠膜層，其中面板設於背板的上方並通過膠膜層連接，電池單元與面板或背板連接；且當所述組件為L型、槽型、梯型、Z型時，其膠膜層僅位於組件之水平段並未延伸至兩側的彎折段，因此在使用強化玻璃的面板受到外在應力而破碎時，無法保持該組件結構之完整性，且玻璃碎粒飛散亦可能造成周圍人體與物體受到損害，礙於其使用安全性，此創作不適合做為建築結構之使用。
另，中國專利公告第CN208489820 U號揭示一種太陽能發電組件及太陽能發電幕牆，所述太陽能發電組件，包括U型玻璃和太陽能電池，其中太陽能電池的邊緣與U型玻璃的槽底通過膠帶密封粘接，且其中膠帶、太陽能電池和U型玻璃的槽底圍合成封閉空腔。然而，上述結構僅太陽能電池一面邊緣與U型玻璃槽底透過膠帶密封黏接，當U型玻璃受到外力破碎時，其強化玻璃特性會使該翼展部分玻璃形成碎粒飛散，可能使建築物周圍的物體或人體有受到損害，礙於其使用安全性，此創作仍不適合作為建築結構之使用。
爰此，如何提供符合建築規範與安全認證，以整合太陽能發電與建築結構來降低設置的用地需求與安裝成本，進而推動太陽光電的發展，以及具有高結構剛性、安全性的太陽光電牆體建材結構保障其使用安全性，仍為目前相關產業所致力研發之方向。
緣是，發明人有鑑於現有太陽光電板於建築結構上應用的諸多缺失，改良創作一太陽光電牆體建材結構，整合槽型玻璃與太陽能電池，其目的在於提供一種兼具太陽能發電功能且可直接作為建築結構使用之建築材料，藉此降低太陽光電設置的用地需求與安裝成本。
為了達到上述實施目的，本發明人提出一種符合建築規範與安全認證太陽光電牆體建材結構，係包括有一玻璃，與依序設置於玻璃上之一第一膠合層、一太陽能電池、一第二膠合層及一背板。
於本發明之一實施例中，該玻璃為一槽型玻璃，係由一底面與分別接設於底面兩側之翼展所構成。
於本發明之一實施例中，為求符合歐盟建築玻璃材料標準(EN 15683-1/2:2013, Glass in building - Thermally toughened soda lime silicate channel shaped safety glass)，該槽型玻璃之底面寬度為232 mm-498 mm，厚度為6 mm-7 mm，以及翼展之高度為41 mm-60 mm，最大長度為7000 mm。
於本發明之一實施例中，該太陽能電池位於該槽型玻璃之底面，該第一膠合層或該第二膠合層位於該結構底面及兩側之翼展，且背板位於該結構底面及兩側之翼展。
藉此，本發明之太陽光電牆體建材結構具有高結構強度，且符合建築法規可直接作為建築材料應用於建築結構使用，整合建築與太陽能發電的功能，進一步降低太陽能發電設置用地需求與安裝成本，且其涵蓋至底面與兩側翼展之膠合封裝，可將安全性進一步從強化玻璃提升至膠合玻璃，強化建築結構之安全性。
本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。
首先，請參閱第一圖及第二圖所示，分別為本發明其較佳實施例之立體結構示意圖以及剖面圖。本發明提供一種太陽光電牆體建材結構(A)，係包括有一玻璃(1)，與依序設置於玻璃(1)上之一第一膠合層(2)、一太陽能電池(3)、一第二膠合層(4)及一背板(5)。
較佳而言，所述玻璃(1)為一槽型玻璃，係由一底面(11)與分別接設於底面(11)兩側之翼展(12)所構成；另，槽型玻璃之底面(11)寬度可例如為232 mm-498 mm，長度可例如為1000mm-7000 mm，厚度可例如為6 mm-7 mm，以及翼展(12)之高度可例如為41 mm-60 mm以符合建築結構之需求。
該太陽能電池(3)以第一膠合層(2)與第二膠合層(4)將其封裝固定於玻璃(1)與背板(5)之間，該太陽能電池(3)位於該結構底面(11)，該第一膠合層(2)或第二膠合層(4)位於該結構底面(11)及兩側之翼展(12)，且背板位於該結構底面(11)及兩側之翼展(12)。
實施例
本實施例之玻璃(1)係以槽型強化玻璃封裝太陽能電池(3)，製作具有同時符合歐盟EN 15683-1/2:2013建築材料規範、美國建築製造商協會（American Architectural Manufacturers Association, AAMA）之幕牆測試檢查（AAMA 501.4:2009 Recommended Static test method for Evaluating curtain wall and storefront systems subjected to seismic and wind induced interstory drifts）與IEC規範（IEC61215/646/730）的太陽能光電牆體建材，以立體安裝減少設置用地的需求，以整合建築降低系統安裝的成本，並以膠合封裝強化玻璃使用的安全性。
該玻璃(1)如第一圖所示為一槽型玻璃，相比平板玻璃，其以更小應變提供較佳結構鋼性，達到符合建築結構使用之需求；該槽型玻璃由一底面(11)與分別接設於底面(11)兩側之翼展(12)所構成；按歐盟EN 15683-1/2:2013 建築材料規範，該槽型玻璃底面(11)寬度為232 mm至 498 mm、長度最大值為7000 mm、厚度介於6 mm-7 mm之間、翼展(12)高度為41 mm或 60 mm。
該結構如第二圖與第三圖所示，槽型玻璃上依序設有第一膠合層(2)、太陽能電池(3)、第二膠合層(4)及背板(5)；太陽能電池(3)封裝於該槽型玻璃底面(11)，該第一膠合層(2)或第二膠合層(4)其中之一封裝於該槽型玻璃底面(11)並延伸至兩側之翼展(12)，且背板封裝於該槽型玻璃底面(11)及兩側之翼展(12)，以將太陽能電池封裝於槽型玻璃並形成一完整的太陽光電牆體建材結構(A)。其中該太陽能電池(3)可以為但不限於單晶矽、多晶矽、矽薄膜、化合物半導體薄膜、有機或鈣鈦礦太陽能電池…等太陽能發電元件。本實施例以矽晶太陽能電池為例。其中該第一膠合層(2)、第二膠合層(4)可以為但不限於乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)…等。本實施例膠合層以EVA為例。其中該背板(5)為環境阻隔材料。本實施例以聚氟乙烯(PVF)為例。
本發明其組成第一膠合層(2)、太陽能電池(3)、第二膠合層(4)與背板(5)，封裝於如表一所列規格長度為2公尺的槽型玻璃，以雙層安裝，其所得的太陽光電牆體建材結構(A)的耐風壓程度分別可達0.9、1.2與3.0 kN/m 2，相當於10(輕度颱風)、12(中度颱風)與15級風(強度颱風)。
表一
單位：mm 規格1 規格2 規格3
底面寬度 498 331 331
翼展高度 41 41 60
厚度 6 6 7
底面長度 2000 2000 2000
發明
強化玻璃表面為一壓縮應力層，內部則有引張應力層與之對應而保持平衡狀態，只要局部受損破裂，就會失去應力的平衡，而引起全面破碎，而形成碎粒飛散，使在其附近的人物受到傷害；為使太陽光電牆體建材結構(A)更進一步提升建築應用的功能與安全性，槽型玻璃上的第一膠合層(2)或第二膠合層(4)的封裝必須涵蓋底面(11)與翼展(12)，使槽型玻璃於受外在應力而破碎時，膠合層封裝能使太陽光電牆體建材結構(A)具備膠合玻璃的安全性。
於膠合封裝製程中，使用製具配合槽型玻璃形狀，下模中的槽型玻璃與第一膠合層(2)、太陽能電池(3)、第二膠合層(4)與背板(5)放置於一層壓機腔體中加熱至第一膠合層(2)與第二膠合層(4)軟化；再將上模下壓直至太陽能電池(3)與槽型玻璃完全貼合，其第一膠合層(2)與第二膠合層(4)能交聯賦予太陽光電牆體建材結構(A)具有膠合玻璃之效果，能使太陽光電牆體在破碎時仍保持其結構完整性，提升其使用安全性。
由上述之太陽光電牆體建材結構之實施說明可知，本發明具有以下優點：
1. 本發明將太陽光電與建築材料整合，具結構強度可直接作為建築材料應用於建築結構使用，其太陽能電池能提供太陽光電發電功能，其膠合封裝亦能強化其建築應用之使用安全性，為一兼具安全性且能降低太陽光電設置之用地需求與安裝成本新型太陽光電牆體建材結構。
2. 本發明以具結構剛性的槽型玻璃封裝太陽能電池，具有同時符合建築玻璃歐盟建材標準、美國建築製造商協會之幕牆測試檢查與IEC規範的太陽能光電板的太陽能光電牆體建材，可直接作為建材應用於建築，以突破用地侷限，推動太陽光電永續發展的未來。
綜上所述，本發明之太陽光電牆體建材結構，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出新型專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。
惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。
A:太陽光電牆體建材結構
1:玻璃
11:底面
12:翼展
2:第一膠合層
3:太陽能電池
4:第二膠合層
5:背板
第一圖：本發明之太陽光電牆體建材結構的立體結構示意圖。
第二圖：本發明其一具體實施例之太陽光電牆體建材結構的剖面圖。
第三圖：本發明其二具體實施例之太陽光電牆體建材結構的剖面圖。
無
A:太陽光電牆體建材結構
1:玻璃
11:底面
12:翼展
2:第一膠合層
3:太陽能電池
4:第二膠合層
5:背板

Claims (3)

  1. 一種太陽光電牆體建材結構，係包括有一玻璃，與依序設置於該玻璃上之一第一膠合層、一太陽能電池、一第二膠合層及一背板，其中該玻璃為一槽型玻璃，係由一底面與分別接設於該底面兩側之翼展所構成，且其中該太陽能電池位於該底面，該第一膠合層或該第二膠合層位於該底面及該翼展，且背板位於該底面及該翼展。
  2. 如請求項1所述之太陽光電牆體建材結構，其中該槽型玻璃之該底面寬度為232mm-498mm，長度為1000mm-7000mm。
  3. 如請求項1所述之太陽光電牆體建材結構，其中該槽型玻璃之厚度為6mm-7mm，以及該翼展之高度為41mm-60mm。
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