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(dāng)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(yīng)用提供了機(jī)會(huì)。因此，優(yōu)質(zhì)光伏幕墻設(shè)計(jì)已成為建筑工程響應(yīng)節(jié)能理念的重要保障之一。

▲萊爾斯特設(shè)計(jì)的湖北鄂州機(jī)場(chǎng)碲化鎘光伏幕墻項(xiàng)目

一、光伏建筑一體化

光伏建筑一體化（BIPV）是指將太陽(yáng)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(hù)結(jié)構(gòu)，還可以將太陽(yáng)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(diǎn)有：

01、清潔綠色

與傳統(tǒng)化石能源不同，太陽(yáng)能利用可以做到無(wú)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(jìn)程加快，土地資源越來(lái)越緊缺，而光伏系統(tǒng)與建筑物結(jié)合，實(shí)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(yīng)嚴(yán)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(yīng)，而且可以給城市電網(wǎng)提供補(bǔ)給。

04、造型新穎

光伏建筑一體化可以給建筑工程設(shè)計(jì)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(yīng)用可行性評(píng)價(jià)

01、滿足建筑美學(xué)的要求

在傳統(tǒng)光伏幕墻中，我們通常將光伏組件埋設(shè)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(hù)光伏組件正常運(yùn)行，避免其被外界環(huán)境（風(fēng)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?cè)诠夥粔υO(shè)計(jì)時(shí)，可選擇不同類型的光伏模塊，然后通過(guò)選擇性設(shè)計(jì)將其定向排列，當(dāng)陽(yáng)光照射進(jìn)光伏幕墻時(shí)，形成不同的光影藝術(shù)效果，既實(shí)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(duì)建筑美學(xué)的要求。

02、滿足建筑物采光的要求

幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)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(shí)現(xiàn)在滿足有效光照的同時(shí)，精確控制陽(yáng)光進(jìn)入室內(nèi)的光照強(qiáng)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(xué)效果外，對(duì)建筑物安全的保護(hù)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(yùn)行，其自身強(qiáng)度要求已經(jīng)很高。

但考慮到建筑工程自身特點(diǎn)，光伏幕墻的選擇還應(yīng)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(jì)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(yīng)用到現(xiàn)在為止已有近四十年時(shí)間，在我國(guó)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(zhǎng)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(guò)程的性能衰減已得到很好控制，新材料、新技術(shù)不斷問(wèn)世，也讓光伏組件壽命不斷延長(zhǎng)。

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(yáng)能光電轉(zhuǎn)換，無(wú)粉塵、無(wú)廢氣等污染，且發(fā)電過(guò)程無(wú)噪聲，同時(shí)，應(yīng)用新材料、新技術(shù)可以吸收陽(yáng)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(yáng)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(bǔ)給城市電網(wǎng)，滿足節(jié)能環(huán)保要求。

三、光伏幕墻太陽(yáng)能電池簡(jiǎn)介

01、硅基薄膜類太陽(yáng)能電池

硅基薄膜類太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池?zé)岚咝?yīng)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(yáng)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(yáng)能電池

碲化鎘薄膜類太陽(yáng)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(dǎo)體材料，其吸收系數(shù)約是硅的100倍。碲化鎘薄膜類太陽(yáng)能電池也具備極佳的弱光特性，對(duì)全光譜都有較好的吸收。

相比硅基薄膜類太陽(yáng)能電池，碲化鎘薄膜類太陽(yáng)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(yáng)能電池不存在本征光致衰減效應(yīng)，可保證25年80%的輸出功率。

碲化鎘薄膜類太陽(yáng)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(xiàng)目應(yīng)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?？谔烊粴獍l(fā)電工程主廠房光伏建筑一體化碲化鎘薄膜類BIPV項(xiàng)目順利完工

四、光伏幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)荷載、風(fēng)荷載等外部荷載作用時(shí)，可通過(guò)鋁合金立柱將荷載傳遞至混凝土主體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而確保整個(gè)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(guò)連接件傳遞至立柱，進(jìn)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(dān)光伏玻璃等構(gòu)件的自重荷載外，還要承擔(dān)外部環(huán)境施加的震動(dòng)荷載、風(fēng)荷載等。同時(shí)，還要通過(guò)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(shè)光伏電纜。

02.鋁合金橫梁

光伏幕墻次受力組件，除承擔(dān)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(shè)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(guò)光伏電纜將電能傳輸?shù)接秒娫O(shè)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(guò)設(shè)計(jì)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(shí)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(yáng)光有充分接觸才能實(shí)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(duì)陽(yáng)光的遮擋，降低其對(duì)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(guò)對(duì)明框光伏幕墻構(gòu)造方式進(jìn)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。