摘要：近年来，BIPV光伏技术越来越多地应用于玻璃幕墙工程中，如何把建筑幕墙的安全性能和BIPV技术有机结合，既实现节能发电，又确保建筑幕墙的结构安全。本文从BIPV光伏幕墙的基本概念出发，介绍了BIPV光伏幕墙的组成，并从系统的角度研究了光伏幕墙的安全性能，同时给出了相关的检测技术，为BIPV光伏幕墙检测技术的发展指引了方向。
关键词：光伏；幕墙；检测
前言：
受全球能源短缺及污染加剧的影响，新能源的开发成为全世界面临的重大课题。随着20世纪60年代美国建筑师保罗.索勒瑞提出的生态建筑的新理念，绿色建筑、环保节能建筑得到了极大的发展，而光伏建筑一体化技术则赋予了绿色建筑更完美的含义。
1、能源概念
化石能源包括石油、煤炭、天然气是目前全球消耗的最主要能源，2006年全球消耗的能源中化石能源占比高达87.9%，我国的比例高达93.8%。随着人类的不断开采，化石能源的枯竭不可避免，从另一方面看，由于化石能源在使用过程中会新增大量温室气体CO2，同时产生一些有污染的烟气，破坏全球生态。因而开发更清洁的可再生能源是今后发展的方向。
可再生能源是指可以再生的能源总称，包括太阳能、水能、风能、生物质能、地热能、潮汐能等。太阳能是地球一切能源的源泉，是可再生的清洁能源。太阳能光伏发电是可再生能源中最具发展潜力的新能源。在世界市场的拉动下，我国光伏产业近年来发展迅速，太阳能电池组件年产量由世界份额的1%发展到 2005年的8%，仅次于日本、欧洲，已成为世界光伏产业发展最快的国家之一，为世界瞩目。
2、光伏幕墙的组成
BIPV光伏幕墙由幕墙的支承结构与光热构件组成，不分担主体结构所受作用且相对主体结构有一定位移和自身适应能力的建筑外围护结构，是材料、结构、机械、羌学、电气等多个学科专业的集成。
光伏幕墙主要包括集热系统、传输管路系统、储能系统、控制系统四大系统。其核心组件主要有光伏幕墙面板（太阳能电池）、电能收集和传输、蓄电池组、智能控制器、输出线路、逆转器等，并通过传输、储存、控制等构成能为建筑提供热能的幕墙系统。太阳能电池，在上述组件中可以说是光伏幕墙的关键部件。
太阳能电池，或称光伏电池（Solar Cell），是由太阳光的光量子与材料相互作用而产生电势，从而把光的能量转换成电能（清洁能源）的光电元件。
目前太阳能电池主要包括块状光伏电池和薄膜光伏电池两种：
2.1 块状光伏电池
块状光伏电池以生产多晶硅为主，厚度约250--450μm，转换效率为15%--20%。采用双层钢化玻璃合片制作而成，玻璃为超白玻璃（太阳能玻璃），透光性良好。块状光伏电池外观独特，可以按阵列排列组合成图案，主要优点是产量大，价格低，使用寿命长达25--30年。但其缺点也同样明显，在阴雨天或者当太阳无法照射到面板时，就无法将光能转化为电能。
块状电池的光伏幕墙不仅可方便清洁地产生新能源，还能达到建筑师追求的美化装饰效果。块状光伏电池中的多晶硅电池片，排列粘压在双层玻璃中间，而玻璃的采光度由硅电池片的排列间隙来控制，制作商可根据需要将硅片表面制成蓝、绿、黄、黑等彩色效果，这种多彩的硅片在建筑幕墙上色彩运用上提供了多样化的选择，可适应不同的建筑风格。
2.2 薄膜光伏电池
薄膜光伏电池，即非晶硅光伏电池，厚度约2--3μm，转换效率为5%--10%。采用低辐射镀膜玻璃（LOWE玻璃）为衬底，有很好的低辐射性，对弱光较为敏感。薄膜状电池采用超薄技术，比一般纸张还要薄得多，主要优点是原材料的消耗比块状硅要少得多。并可以感应弱光、散光、反射光，在阴雨天或者气温-40℃至-80℃之间的冬季，也可以发电。缺点是加工工艺复杂，成本高。
在制作玻璃迎光面透明导电薄膜时，薄膜光伏电池使用了可控的绒面制造技术，表面粗糙程度很大，多层膜组成的复杂的“陷光结构”体系，增加了入射光的光程，提供了发电效率。
3、光伏幕墙的检侧
BIPV光伏幕墙，不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足玻璃幕墙的基本性能和建筑物安全的要求。
为确保BIPV光伏幕墙的安全使用，需考虑的主要检测项目有：
3.1 抗风压检测
BIPV光伏幕墙的抗风压性能，应依拭建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法）GB/f 15227的规定进行检测。在风压作用下，变形不超过允许值且不发生结构损坏（结构损坏包括裂缝、面板破损、局部屈服、五金件松动、开启功能障碍、粘结失效等）的能力。
在抗风压性能标准值作用下，幕墙的支承体系和面板的相对挠度和绝对挠度不应大于规范要求。
3.2 水密检测
BIPV光伏幕墙的水密性能，应依据（建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227的规定进行检测。在风雨同时作用下，BIPV光伏幕墙可阻止雨水渗漏的能力。
3.3 气密检测
BIPV光伏幕墙的气密性能应依据《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GBlT15227的规定进行检测。在BIPV光伏幕墙可开启部分在关闭状态时，可开启部分以及幕墙整体阻止空气渗透的能力，并满足节能标准和规范的要求。
3.4 平面内变形检测
BIPV光伏幕墙的平面内变形性能，应依据（建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T18250的规定进行检测，以层间位移角为性能检测指标。在非抗震设计时，指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值：在抗震设计时，指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。
BIPV光伏幕墙应满足所在地区的抗震设防烈度要求。对有抗震设防要求的建筑幕堵，其试验样品在设计的试验峰值加速度条件下不应发生破坏。
3.5 热工检测
BIPV光伏幕墙的热工性能，是指幕墙对其所处环境中空气温度、太阳辐射等传递、阻抗和遮阳的能力，满足室内舒适性的要求。
3.6 空气声隔声检测
BIPV光伏幕墙的空气声隔声性能，以计权隔声量作为分级指标，应满足室内声环境的需要，符合《民用建筑隔声设计规范》GB50118的规定。
3.7 防火、防雷检测
BIPV光伏幕墙的防火、防雷性能，应符合（建筑幕墙工程技术规范》JGJ102，《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133的规定。
3.8 电气检测
BIPV光伏幕墙中的光伏组件或方阵连接电缆及其输出总电缆，应符合《光伏（PV）组件安全鉴定第1部分：结构要求》GB/T20047.1的规定。
4、BIPV 的优势
4.1 能够满足建筑美学的要求
建筑是建筑师的艺术品，其成功与否关键一点就是建筑物的外观效果。在BIPV建筑中，我们可通过相关设计将接线盒、连接线等电气部件隐藏在幕墙结构中。这样既可防阳光直射和雨水侵蚀，又不会影响建筑物的外视效果，达到与建筑物的完美结合，实现建筑大师的构想。
4.2 能够满足建筑物的采光要求
采用光面超白钢化玻璃制作的双面玻璃组件，能够通过调整电池片的排布或采用穿孔硅电池片来达到特定的透光率，即使是在室内房间也能满足光线通透的要求。
4.3 能够满足建筑的安全性能要求
BIPV组件不仅需要满足光伏组件的性能要求，同时要满足幕墙的三性实验要求和建筑物安全性能要求，因此需要有比普通组件更高的力学性能和采用不同的结构方式。BIPV建筑中使用的双玻璃光伏组件是由两片钢化玻璃，中间用PVB胶片复合太阳能电池片组成复合层，电池片之间由导线串、并联汇集引线端的整体构件。钢化玻璃的厚度是按照国家建筑规范和幕墙规范，通过严格的力学计算得出的结果。而组件中间的PVB胶片有良好的粘结性、韧性和弹性，具有吸收冲击的作用，可防止冲击物穿透，即使玻璃破损，碎片也会牢牢粘附在PVB胶片上，不会脱落四散伤人，从而使产生的伤害可能减少到最低程度，提高建筑物的安全性能。
4.4 能够满足安装方便的要求
构件式幕墙施工手段灵活，主体结构适应能力强，工艺成熟，是目前采用最多的结构形式。单元式幕墙在工厂内加工制作，易实现工业化生产，降低人工费用，控制单元质量。双层通风幕墙系统具有通风换气，隔热隔声，节能环保等优点，并能够改善BIPV组件的散热情况，降低电池片温度，减少组件的效率损失，降低热量向室内的传递。
4.5 能够具有寿命长的优势
BIPV光伏组件采用PVB代替EVA制作能达到更长的使用寿命。在BIPV系统中，选用光伏专用电线，选用偏大的电线直径，以及选用性能优异的连接器等设备，都能延长BIPV光伏系统的使用寿命。
4.6 具有绿色环保的效果
建筑屋顶和立面为光伏系统提供足够的面积，不需要另占土地，还能省去光伏系统的支撑结构。太阳能硅电池是固态半导体器件，发电时无转动部件，无噪声，对环境不会造成污染。BIPV建筑可自发自用，减少了电力输送过程的费用和能耗，降低输电和分电的投资和维修成本。而且日照强时恰好是用电高峰期，BIPV系统除可以保证自身建筑用电外，在一定条件下还可向电网供电，舒缓高峰电力需求，具有极大的社会效益，还能杜绝由一般化石燃料发电所带来的空气污染，对于环保要求更高的今天和未来极为重要。
5、结语
总体来说太阳能作为清洁的可再生能源，越来越受到人们的重视，应用领域也越来越广泛。随着世界范围内能源供应紧张状况日益加剧，能源将成为制约各国经济的主要因素。为此，我国提出了社会经济和能源可持续发展的战略，建设节约型社会。大力发展和推广BIPV技术，在不断提高人们居住环境舒适度的同时，利用太阳能发电缓解能源的供需矛盾，既具有实际的经济意义，又具有重要的社会意义和环保价值。
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论文作者:李伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：幕墙论文; 光伏论文; 建筑论文; 性能论文; 电池论文; 组件论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第12期论文;