建筑幕墻是建筑與外界環(huán)境隔斷與聯(lián)系的中間媒介，是建筑物與外界能量交換與傳遞的重要組成部分。

當前，行業(yè)內(nèi)逐漸將目光聚焦在光伏幕墻領(lǐng)域，尤其在一些大中型城市，高層建筑林立，大量的建筑外墻為光伏建筑一體化應用提供了機會。因此，優(yōu)質(zhì)光伏幕墻設計已成為建筑工程響應節(jié)能理念的重要保障之一。

▲萊爾斯特設計的湖北鄂州機場碲化鎘光伏幕墻項目

一、光伏建筑一體化

光伏建筑一體化（BIPV）是指將太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與建筑工程融為一體的技術(shù)，不僅可以作為建筑工程的圍護結(jié)構(gòu)，還可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，供建筑物加以利用，富余的電能還可以輸送到城市電網(wǎng)。

光伏建筑一體化的優(yōu)點有：

01、清潔綠色

與傳統(tǒng)化石能源不同，太陽能利用可以做到無污染、零排放，是一種真正意義上的環(huán)境友好型能源。

02、節(jié)約用地

隨著城鎮(zhèn)化進程加快，土地資源越來越緊缺，而光伏系統(tǒng)與建筑物結(jié)合，實現(xiàn)土地資源利用最大化，尤其適合在大中型城市推廣。

03、調(diào)峰填谷

夏季炎熱高溫，城市熱島效應嚴重，如果將光伏技術(shù)引入城市建筑體系，不僅可以緩解城市熱島效應，而且可以給城市電網(wǎng)提供補給。

04、造型新穎

光伏建筑一體化可以給建筑工程設計提供一種全新的表皮藝術(shù)效果，豐富城市建筑的外觀造型。

二、光伏幕墻在建筑工程中應用可行性評價

01、滿足建筑美學的要求

在傳統(tǒng)光伏幕墻中，我們通常將光伏組件埋設在玻璃幕墻結(jié)構(gòu)中，既保證幕墻外觀不受影響，也可以保護光伏組件正常運行，避免其被外界環(huán)境（風荷載、雨水等）影響。

而隨著光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們在光伏幕墻設計時，可選擇不同類型的光伏模塊，然后通過選擇性設計將其定向排列，當陽光照射進光伏幕墻時，形成不同的光影藝術(shù)效果，既實現(xiàn)了建筑節(jié)能，又不失結(jié)構(gòu)外觀新穎性，滿足人們對建筑美學的要求。

02、滿足建筑物采光的要求

幕墻結(jié)構(gòu)設計中，對建筑物采光要求也不容忽視。隨著光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，光伏組件透光性取得重大突破，光伏幕墻系統(tǒng)滿足采光要求已不是難題，光伏幕墻可實現(xiàn)在滿足有效光照的同時，精確控制陽光進入室內(nèi)的光照強度。

03、滿足建筑安全性能的要求

光伏幕墻作為建筑工程的最外部結(jié)構(gòu)，除展現(xiàn)建筑美學效果外，對建筑物安全的保護作用也至關(guān)重要。

光伏幕墻是光伏組件與玻璃幕墻的集成化產(chǎn)品，為確保光電轉(zhuǎn)換正常運行，其自身強度要求已經(jīng)很高。

但考慮到建筑工程自身特點，光伏幕墻的選擇還應與建筑工程選址、建筑物高度、光伏幕墻安裝工藝等具體因素相結(jié)合，經(jīng)精確計算后方可確定。

04、滿足安裝便捷的要求

光伏幕墻是光伏組件與傳統(tǒng)建筑幕墻的結(jié)合體，其安裝工藝可參考傳統(tǒng)幕墻。而傳統(tǒng)幕墻應用到現(xiàn)在為止已有近四十年時間，在我國涌現(xiàn)出大中小型的各種幕墻結(jié)構(gòu)，幕墻安裝工藝已很成熟，完全可以滿足安裝便捷性要求。

05、滿足較長使用壽命的要求

光伏幕墻與傳統(tǒng)幕墻構(gòu)造方式類似，從結(jié)構(gòu)角度講，其使用壽命完全可以得到有效保障，唯一需要考慮的是其光伏組件的使用壽命。

而隨著全球光伏技術(shù)的飛速發(fā)展，光伏組件使用過程的性能衰減已得到很好控制，新材料、新技術(shù)不斷問世，也讓光伏組件壽命不斷延長。

06、滿足節(jié)能環(huán)保的要求

光伏幕墻發(fā)電的核心環(huán)節(jié)是太陽能光電轉(zhuǎn)換，無粉塵、無廢氣等污染，且發(fā)電過程無噪聲，同時，應用新材料、新技術(shù)可以吸收陽光照射玻璃表面而產(chǎn)生的反射光，緩解光污染現(xiàn)象。

合理利用建筑外表皮，節(jié)約土地資源，利用太陽能光電轉(zhuǎn)換作用，產(chǎn)生的電力資源在保障自給自足的情況下，還可以補給城市電網(wǎng)，滿足節(jié)能環(huán)保要求。

三、光伏幕墻太陽能電池簡介

01、硅基薄膜類太陽能電池

硅基薄膜類太陽能電池的主要材料是硅基材料，包括非晶硅和微晶硅，電池硅層厚度約1μm，是硅晶電池的0.5%。

硅基薄膜類太陽能電池具備優(yōu)良的弱光特性，可在陰雨天等低紫外線條件下仍保持較好的光吸收效率和高溫特性。

相較于晶片型電池，硅基薄膜類太陽能電池熱斑效應低，受局部光線遮擋影響小，透光率可調(diào)范圍大，可靠性高，外觀呈現(xiàn)紅褐色，適合于偏暖色調(diào)的建筑外墻，如下圖所示。

▲硅基薄膜類太陽能電池幕墻（廣東河源華僑城順佰大廈光伏幕墻）

02、碲化鎘薄膜類太陽能電池

碲化鎘薄膜類太陽能電池是在玻璃基片或其他襯底基片上，依次沉積多層薄膜制備而成的光伏組件。

碲化鎘是一種高吸收系數(shù)的化合物半導體材料，其吸收系數(shù)約是硅的100倍。碲化鎘薄膜類太陽能電池也具備極佳的弱光特性，對全光譜都有較好的吸收。

相比硅基薄膜類太陽能電池，碲化鎘薄膜類太陽能電池在陰雨天等低紫外線條件下光吸收效率和高溫特性更優(yōu)異，整體性能更好。

碲化鎘薄膜類太陽能電池不存在本征光致衰減效應，可保證25年80%的輸出功率。

碲化鎘薄膜類太陽能電池外觀呈淺灰色，適用于偏冷色調(diào)的建筑外墻，另外碲化鎘薄膜光伏發(fā)電玻璃還可以靈活調(diào)整顏色圖案、透光度、分格尺寸等，在光伏幕墻項目應用中較多。

▲萊爾斯特高仿紅磚碲化鎘薄膜類光伏幕墻BIPV順利完工

▲萊爾斯特大唐海口天然氣發(fā)電工程主廠房光伏建筑一體化碲化鎘薄膜類BIPV項目順利完工

四、光伏幕墻構(gòu)造設計分析

目前，光伏幕墻的安裝主要采用明框光伏幕墻和隱框光伏幕墻兩種構(gòu)造方式。

01、明框光伏幕墻構(gòu)造方式

明框光伏幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括鋁合金立柱、鋁合金橫梁、鋁合金壓板、光伏玻璃、光伏電纜、不銹鋼彈簧銷釘?shù)冉M件，如下面2張圖所示。

▲明框光伏幕墻鋁合金立柱結(jié)構(gòu)

▲明框光伏幕墻鋁合金橫梁結(jié)構(gòu)

光伏幕墻鋁合金立柱是承受幕墻豎向支撐的主受力組件，是整個幕墻結(jié)構(gòu)體系的安全保障。

幕墻結(jié)構(gòu)體系在受到重力荷載、震動荷載、風荷載等外部荷載作用時，可通過鋁合金立柱將荷載傳遞至混凝土主體結(jié)構(gòu)，進而確保整個結(jié)構(gòu)體系的安全。

光伏幕墻鋁合金橫梁將其接收的荷載通過連接件傳遞至立柱，進而形成完整的光伏幕墻支撐體系。各組件的作用如下。

01.鋁合金立柱

光伏幕墻主受力組件，除承擔光伏玻璃等構(gòu)件的自重荷載外，還要承擔外部環(huán)境施加的震動荷載、風荷載等。同時，還要通過連接組件把光伏幕墻固定在建筑物外墻上，并在其后部走線槽內(nèi)布設光伏電纜。

02.鋁合金橫梁

光伏幕墻次受力組件，除承擔光伏玻璃等構(gòu)件的自重荷載外，還要將橫向荷載傳遞至鋁合金立柱，與立柱等組件共同構(gòu)成了光伏幕墻支撐體系，并在其上下側(cè)走線槽內(nèi)布設光伏電纜。

03.鋁合金壓板

鋁合金立柱、橫梁的外裝飾壓板，在幕墻系統(tǒng)中主要起裝飾作用。

04.光伏玻璃、光伏電纜

光伏玻璃將接收的光能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過光伏電纜將電能傳輸?shù)接秒娫O備或城市電網(wǎng)，是光伏幕墻系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)換和電能傳輸?shù)闹饕M件。

05.不銹鋼彈簧銷釘

光伏幕墻系統(tǒng)中立柱與橫梁的連接組件，是幕墻體系完整性的重要保障。

通過設計創(chuàng)新，以傳統(tǒng)幕墻結(jié)構(gòu)支撐體系為基礎(chǔ)，將光伏玻璃和光伏電纜等組件巧妙地隱藏到幕墻系統(tǒng)，在保證幕墻外觀效果的前提下，實現(xiàn)了光伏建筑一體化。

02、隱框光伏幕墻構(gòu)造方式

光伏幕墻需要同陽光有充分接觸才能實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的最大化，而隱框光伏幕墻構(gòu)造方式可以最大限度地避免自身構(gòu)件對陽光的遮擋，降低其對光電轉(zhuǎn)換效率的影響。

因此，在現(xiàn)有的光伏幕墻工程案例中，很多采用隱框光伏幕墻構(gòu)造方式。通過對明框光伏幕墻構(gòu)造方式進行優(yōu)化可演變成隱框光伏幕墻，其構(gòu)造方式如下面兩張圖所示。

▲隱框光伏幕墻鋁合金立柱結(jié)構(gòu)

▲隱框光伏幕墻鋁合金橫梁結(jié)構(gòu)

光伏幕墻的使用不僅可以讓建筑物擁有美麗的“外衣”，使建筑物給人們以眼前一亮的效果，也讓建筑與城市環(huán)境相得益彰，還可以緩解不可再生能源的消耗，從整體上改善城市環(huán)境，做到節(jié)能環(huán)保。