光伏玻璃在建筑领域中的应用

黄帆

（秦皇岛市建筑设计院 秦皇岛 066000）

0 引言

太阳能光伏玻璃（Solar photovoltaic glass）是分布式光伏发电装置太阳能电池的一个组件，通过层压入太阳能电池，将透过的太阳光能转换为电能，是一种设置有相关电流引出装置和电缆的高透过率玻璃。它是由高透过率的低铁玻璃、太阳能电池片、胶片、背面玻璃、特殊金属导线等构件组成，将太阳能电池片通过胶片密封在一片高透过率的低铁玻璃和一片背面高强度平板玻璃的中间，是一种建筑用玻璃产品。采用高透过率低铁玻璃覆盖在太阳能电池上，保证高的太阳光透过率；经过钢化处理的高透过率低铁玻璃具有更强的抗风压和承受昼夜温差变化大的能力。

建筑是能耗大户，其能耗占城市总能耗的40%左右。将太阳能光伏玻璃产品用于建筑幕墙、建筑屋顶和太阳能智能窗上，使之与建筑完美的结合起来，建筑整合太阳能（BIPV）使用太阳能光伏材料取代传统建筑材料，将太阳光照射在建筑幕墙、建筑屋顶和窗的光能收集起来转换为电能，使建筑物本身成为一个能量来源，满足建筑物自身的用能需求。光电建筑能够减少建筑能耗，缓解节能减排压力。

1 屋顶光伏发电

光伏发电组件主要是由光伏玻璃、光伏胶膜、电池片、光伏胶膜和光伏背板构成，发展光伏的初衷是希望在建筑上使用，以解决建筑方面的节能。光伏的发电特征是分布式，在建筑上安装光伏发电系统，其电力可以即发即用。国际上最早发展光伏发电的是德国，80%的光伏发电是安装在居民住宅的屋顶。图1为屋顶发电的居民建筑住宅。

图1 屋顶发电的居民建筑住宅

从图1中可以看出，这种模式市场潜力大，但规模比较小，发电量低、业主投资能力有限。

我国是一个能源资源短缺但能源消耗量大的国家，传统的化石能源短期内不会再生；水电、风电和核电又受到地理环境和安全因素的限制，而光伏发电只需要一块可以利用的空地就能将太阳光能转换为电能，对生态环境无任何影响，是清洁能源之一。我国光电建筑的发展初期，主要是工业厂房的屋顶。 图2为某玻璃工厂厂房的屋顶光电建筑。

图2 某玻璃工厂厂房的屋顶光电建筑

图2模式是以工业厂房作为载体，施工安装比较简单。但应注意：①光伏发电组件既要与厂房屋顶牢固结合，同时也不能破坏原有屋顶的防水层和保温层；②对于轻型钢结构厂房金属屋面，必须对屋面结构进行加固；③普通光伏组件的背板采用的是复合材料，燃烧性能难以满足屋顶的防火要求。

截止目前，国内光电建筑应用的主流模式仍然是工业厂房的屋面附加为主。但光伏发电组件技术经过近10年的发展，发电成本大幅下降，接近火力发电成本，不需要政府补贴就具备市场竞争能力。光电建筑不仅能自发自用，余电还可以上网，按目前的投资成本计算，只需要6～7年就能收回成本。

2 光伏建筑一体化

经过近10年光伏市场的培育与发展，我国出现了一批专业从事光伏组件建材化研发的企业，将光伏组件与建筑幕墙和屋顶一体化，将建筑墙面、屋顶与光伏发电集成做成建筑构件，使建筑物自身利用太阳能发电，满足建筑物自身用电需求。

光伏组件与建筑物构件完全结合为一体，既能降低建筑物和光伏组件系统的成本，又能美化建筑物的外观。光伏组件系统、建筑构件材料和电能变换配套装置有机的结合使得整个系统高度集成，具备很强的抗阴影能力和参数匹配能力，电气系统连线简单，而且容易通过智能终端实行维护。图3为民用建筑屋顶应用实例。图4为工业厂房屋顶应用实例。

图3 民用建筑屋顶应用实例

图4 工业厂房屋顶应用实例

利用光伏组件玻璃材料的憎水性，将光伏组件与有一定的坡度屋顶面和支撑水槽构件结合起来，形成一种刚性的防水结构。即保持了屋顶面的防水、保温功能，同时还增加了屋顶面的发电功能，增强了建筑物的美观程度。

屋顶面光伏发电项目规模比较大、模式相对简单、业主对光伏认知度高。缺点是竞争相对激烈、产品附加值小。图5为建筑物墙面应用实例。

图5 建筑物墙面应用实例

在建筑立面设计上采用纵横向分割的方法，在每层建筑的窗间墙位置安装太阳能幕墙，保持了原有窗户模式，使建筑物立面造型丰富、生动，同时还能够实现发电、隔音、隔热、采光等多种功能。这种模式使建筑节能降耗与光伏发电完美结合，达到了有效互补的理想状态。产品附加值高，但规格尺寸需要预先定制、制作成本高、外观要求比较严。

图6为国家发展改革委能源研究所《中国2050年光伏发展展望》公布的各种类型发电的成本趋势图。

图6 各种类型发电的成本趋势图

目前，光伏发电的成本为0.3～0.4元/kWh，与煤电的售电价差不多，但建筑是用电场所，特别是工业建筑和公共建筑，高峰时期的电价约1元/kWh，平均为0.7～0.8元/kWh，因此，采用自发自用、余电上网的光电建筑就有了很大的利润空间。业内人士预测：中国全面的光伏上网平价时代就会到来，光伏电价与煤电价持平，未来将远低于煤电价格。

3 常见光伏玻璃组件的缺陷及对光伏玻璃质量的要求

3.1 外观质量

光伏玻璃表面厚度、镀膜膜面颜色要求均匀一致。否则就会出现色差缺陷，远看就像棋盘，影响建筑物的美观。

光伏玻璃镀膜膜面颜色均匀性以色差表示，反射色色差≯2.5；同时要求：1 000 mm距离目视（左右目视角度0～60°）不允许有漏镀，同一片玻璃板整体色差不明显。对光伏玻璃厚度偏差及镀膜膜面颜色均匀性的要求见表1。

表1 光伏玻璃厚度允许偏差及厚薄差 mm

3.2 物理性能

光伏组件背玻的强度和耐热冲击性不能太低，否则会出现破裂。要求光伏组件背玻在耐2 400 Pa静压条件下不被破坏；光伏组件背玻在耐200 ℃温差条件下不破坏。

3.3 光学性能

正面玻璃的透光度要求94%以上，正面玻璃和背面玻璃的双面率要求平均70%以上。

4 结语

光伏建筑一体化，使产能端和用能端在建筑物上合二为一，这不仅符合国家住建部颁布的《绿色建筑评价标准》，同时也符合国家住建部颁布的《近零能耗建筑技术标准》；分布式一体化光伏建筑直接发电技术无疑是近零能耗建筑的首选，在全国总建筑面积700亿m3中，可以利用的墙面面积和屋顶面面积约300亿m3，将节约大量成本，实现建筑用能自给自足；假设将全国总建筑面积的20%安装光伏系统，预计发电量约3 600亿kWh，经济效益十分显著，建筑用能基本上能自给自足，实现国家绿色建筑、近零能耗建筑的总体目标。

在城镇广泛实施光伏建筑一体化将是未来建筑节能的一个重要手段。如何在目前的技术上进一步升级优化, 提高分布式光伏发电系统经济性、稳定性，是需要进一步研究探讨的内容。