分布式太阳能组件与金属围护系统结合方式研究

邹晨

（上海精锐金属建筑系统有限公司，上海 201199）

1 引言

分布式光伏发电主要指运用光伏组件，将太阳能转变成为电能的分布式发电系统。且成为一种前景较为广阔的发电与能源综合利用方式。而金属维护系统由于近些年在国内建筑领域的有效推广，屋面以及墙面的金属形式被广泛应用于工业与民用建筑领域。不过国内光伏领域发展阶段并未考虑与建筑进行结合。近年来，分布式光伏发电得到快速发展，但与其相匹配的规范、管理以及运行标准还不够完善，致使问题集中凸显。此外，工业与民用建筑领域的金属屋面系统，设计阶段通常未对光伏系统进行充分考虑，且金属维护系统供应商考虑到应用分布式光伏系统后，其运行维护以及检修工作可能会对金属维护系统的使用年限等产生影响。因此，导致分布式光伏发电系统于建筑屋面得到部分应用，在面积更大的屋面墙面应用甚少。

2 太阳能光伏组件

太阳能电池具有较多形式的分类，以结晶状态进行划分包括结晶系薄膜式与非结晶系薄膜式，而结晶系薄膜式有可以划分为单结晶形与多结晶形。根据结构进行划分：同质量结太阳电池以及液结太阳电池与异质结太阳电池等。根据用途进行划分：地面太阳能电池以及光敏传感器与空间太阳能电池。根据工作方式进行划分：聚光太阳能电池以及平板太阳能电池。按照应用材料进行划分：纳米晶太阳能电池以及电极型太阳能电池等。根据组件弯曲性能进行划分：柔性与刚性。可以与金属维护系统之间彼此结合用作分布式光伏发电系统应用的光伏组件，主要为地面太阳能电池，通常是以单晶与多晶以及薄膜电池为主，刚性与柔性组件同样有所应用。

针对金属维护系统结合的要求，按照太阳能光伏组件的弯曲性能或组件封装的区别，产品所具备的特性也各不相同。对于单玻常规、透明有框边框组件而言，其作为较为常见的光伏组件，具有良好的刚度，受到风荷载作用是性能较为稳定；对于双玻无边框组件而言，其玻璃透水率趋近于零，具有良好的耐腐蚀性与耐磨性以及较高的防火等级；对于非晶硅薄膜电池柔性组件而言，具备轻质、弯曲性良好、超薄、适合与民用产品结合且安装成本较低；对于晶硅半柔性组件而言，其为层状结构，且单元模块均为层状结构，包括刚性背板以及透明前板材料与光电发电单元，光电发电单元有单独电池片或是根据设定电路进行设计连接为整体的多个电池片。该材料由于生产厂家相对不多，于建筑领域应用甚少[1]。

3 金属维护系统

3.1 金属维护系统材料

金属维护系统材料以金属压型板与夹芯为主，其中，金属性压板材料包括钛合金、钢、铜以及铝合金等，较为常用材料为钢、铝合金两种。金属压型板的板型划分为高波板以及低波板，连接方式划分为搭接以及咬合与扣合连接形式。夹芯板制作材料主要为涂彩钢板以及保温材料，保温材料主要有聚氨酯以及玻璃面板等。夹芯板板型可以划分为平板与波型版，连接方式划分为暗藏式紧固件连接以及露明式紧固件连接两种形式。

3.2 金属维护系统构造

金属维护系统主要包括金属屋面维护系统、金属墙面维护系统。屋面构造层由下至上主要包括屋面底板、吸声层、隔气层、保温层、隔声层、屋面防水层、屋面装饰层。墙面构造层由下至上主要包括屋面底板、吸声层、隔气层、保温层、防水透气层、墙面板。

作为金属维护系统的主要材料之一，对于压型金属板常见类型，屋面板主要划分为：咬合型屋面板以及搭接型屋面板与扣合型屋面板；墙板主要可分为：企口式搭接板以及搭接型墙面板。其中屋面板中应用较为广泛的主要为角驰系列以及直立锁边型，而墙面板主要以波纹板为主[2]。

4 分布式太阳能组件与金属维护系统结合方式

分布式太阳能组件与金属维护系统结合方式主要受如下两方面影响：第一，业主选择的光伏组件规格以及品类；第二，业主与设计单位商议的金属围护系统板型。对于压型金属板版型而言，对板肋连接方式可以选取与匹配的结合方式展开研究，有关部门可以进行试验，对光伏组件安装对金属维护系统产生的影响进行研究，尤其是对使用年限、强度等给出相关的结论与意见，为应用推广奠定可靠基础。

4.1 太阳能光伏组件与屋面板的结合方式

第一，搭接型结合方式。针对搭接型结合方式屋面板，分布式光伏系统通常不宜安装于无固定支架板型。若板材厚度符合标准则可考虑，通常做法如下：首先，将铝合金夹具安装于金属屋面板，于夹具上部位置安装支架，支架上部位置安装有框太阳能光伏组件或是双玻组件；其次，针对柔性组件而言，将铝合金夹具安装于金属屋面板，于夹具上部位置安装支架，支架上部位置铺设刚性衬板，衬板上部位置安装柔性薄膜光伏组件或是半柔性晶硅光伏组件；最后，若屋面板具有良好的平整度，可以选取支架与夹具结合的一体式支架，对于屋面板位置的一体式支架与其顶部位置的太阳能光伏组件，将一体式支架的压块锁紧，并固定于一体式支架上。

第二，咬合型结合方式。针对咬合型结合方式屋面板，不论是以角驰系列为主的还是以直立锁边铝镁锰板为主、以直立锁边为主的咬合型屋面板，做法均具备以下特点：首先，将铝合金夹具安装于金属屋面板，于夹具上部位置安装支架，支架上部位置安装有框太阳能光伏组件或是双玻组件。以咬合型屋面板为例，夹具主要为凉快铝合金部件，运用螺栓将其固定在屋面肋区域的凸起位置，为非刺穿屋面做法。其次，对于部分直立锁边板，包括矮立边金属板，屋面板波谷具有平整且无凹凸的良好特性，波谷内宽度同柔性薄膜光伏组件互相匹配，能够将光伏组件安装于波谷内。

第三，柔性防水卷材屋面结合方式。屋面防水层主要采用柔性卷材，较为常用的则为TPO，而对于柔性薄膜太阳能光伏而言，电池表面位置封装材料，前板位置封装膜采用ETFE多层复合膜，背板位置封装膜采用PET复合膜，组件边缘位置采用热熔丁基胶进行封边处理，能够将光伏组件粘贴至高分子卷材表面位置。若厂家针对柔性薄膜太阳能光伏电池进行相关试验，可能够直接采用热风焊接其上。

4.2 太阳能光伏组件与墙面板结合方式

鉴于国内墙面板安装较为不常见，且光伏安装方向为竖向垂直角度时，由于太阳能投射角等原因会对发电率产生一定影响，通常将三角支架安装固定于墙面板位置，并安装条状、组件轻质且尺寸规格较小的带状柔性组件或是太阳能光伏板。不过薄膜电池具有较好的弱光性特点，即便晶硅电池也有应用于墙面位置，且墙面金属维护系统通常为纯平夹芯板等具有平整表面的墙面维护系统或是金属幕墙保温系统等，部分单位运用结构胶将投向包膜太阳能电池以及半柔性晶硅电池进行粘贴。此外，也有部分光伏建筑一体式供应商对墙面板采取研发定制，生产了外贴晶硅组件形式的墙面板，并于实际工程阶段进行试用。

5 结论

对于建筑工程而言，采用金属维护系统作为墙面与屋面，建成还是在建等项目，存量较多，务必对其与分布式太阳能光伏组件之间彼此相结合的重要性、经济适用性以及可能存在的风险与问题等进行研究，为我国提倡的节能减排、绿色环保理念做出努力与贡献。