光伏玻璃（双玻光伏组件）的设计与应用

jack_jun

1前 言
光伏玻璃是一种通过层压入太阳电池，能够利用太阳辐射发电，并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃。它有着美观、透光可控、节能发电的优点，应用非常广泛，如：太阳能智能窗，太阳能凉亭和光电玻璃建筑顶棚，以及光电玻璃幕墙等等。作为一种新型建筑材料，目前国内对于它的相关总体设计研究并不多。特别是光电玻璃和建筑一体化的安装问题，不但需要有专业的光电玻璃系统设计知识，同时还要求设计者具有较高的建筑设计水平。因此，国内还很缺乏对这方面设计方法有系统的阐述，对它的设计方法进行研究是有必要的。
2光伏建筑一体化对光电玻璃的设计要求
2.1 基本原则
在光伏玻璃的应用设计中，首要考虑的应该是玻璃的基本物理与电性能，包括：光电玻璃边框材料类型、电池材料、可承受的荷载、绝缘性能、温度系数、额定工作温度及性能、低辐照度下的性能以、热斑耐久性能以及湿热-湿冷性能。这些性能都是光电玻璃建筑材料基本需要满足的，一般只有在满足了基本物理和电性能的情况下才能考虑其他。
其次必须考虑到材料具体建筑功能，是否能达到替代普通建筑材料的功能，各种性能是否能达到普通建筑材料的功能标准。作为一种建筑材料它的防火、防水、结构强度是否能达到设计要求？再次在设计光伏玻璃建筑材料时应该还要考虑其美观性。因此，光伏玻璃与建筑一体化设计的目标如下：
（1） 容易和任何建筑结构设计合成一体，能够比较方便的安装在任何普通结构上，与一般建筑材料能够很方便的衔接。
（2） 通过特殊的结构设计，光电玻璃必须具有良好的防渗性能和防风性能，必须具有和普通建材一样的防风避雨的功能。
（3） 能有和普通建材一样的持久性能，这主要和安装光电玻璃建材的构件选择材料有关。
（4） 光伏玻璃的安装必须符合建筑标准规范，并且和普通建材的安装用时相当。
（5） 安装工作能由传统安装工人完成。
（6） 线路连接应该符合相关规范，不能由于接线盒、电线以及安全性的不同而导致复杂化。
（7） 系统应该提供简便的维修通道。
（8） 对于晶硅电池光伏玻璃建材系统而言，由于其电池存在负温度效应，必须设计相关的降温结构。
2.2 光伏玻璃结构设计要求
光电玻璃是由玻璃－EVA胶膜－太阳电池－EVA胶膜－玻璃共5层组成，类似于建筑上常用的夹胶玻璃。可以通过控制双面玻璃之间的电池间隙和边缘空隙，来制成5％～80％透光率的光电玻璃。理论上用于建筑上的光电池板尺寸越大越好，因为可以减少边框以及固定构件的使用，降低成本，并且可以真正替代大面积的玻璃，但受工艺方面的限制，目前尺寸大多在1.8×2.4m以下。电池板上表面玻璃要求要有较高的透过率，一般采用超白低铁钢化玻璃，厚度一般在4～6mm之间；底板玻璃由于起主要的支承、承压作用，厚度要求可以在4～19mm之间，具体厚度应该根据光电玻璃建材安装的部位以及抗风压要求等决定，底层玻璃应该使用钢化玻璃，以避免热应力的破坏。由于目前还没有关于用于建筑物上的双面太阳电池玻璃要求的国家标准，以下我们参考夹胶玻璃的相关技术规范以及太阳电池组件国家规范，提出对光电玻璃的性能要求。
2.3 机械荷载设计
机械荷载主要是指光电玻璃抗风、雪或冰块等静态载荷的能力。用于建筑屋顶的光电玻璃建筑材料以及安装在建筑立面的光电玻璃经常要承受此类负荷。机械载荷的设计包括：光电玻璃的玻璃面板设计，边框设计和构件设计为主。
光电玻璃建筑材料安装结构形式分为两种即明框、隐框式、无框式安装结构。除了一般的建筑安装标准要求外，光电玻璃建材的安装还有以下特殊要求。
光电玻璃应用的电路设计
光电玻璃幕墙电线的走线既可以安置在普通的导管内又可以置于铝结构腔内。如置于铝结构腔内，线路必须做好更严格的绝缘措施，并在光电玻璃结构上接地。在中空光电玻璃玻璃中，引出的线路出口还必须严格密封，阻止外部空气的进入。电池的引出线要有足够强度。参考《IECll94：建筑物的电气安装》与《IEC269-l：低压保险》标准中的相关要求，查阅《建筑电气设计手册》，考虑到光电玻璃建筑材料工程中电缆使用环境：高层建筑、部分架空，推荐使用交联聚乙烯阻燃型电缆线，确保工程安全、防火。
光电玻璃的结构设计主要考虑就是易安装、易拆卸、易维修、易更换、外形美观、生产简便、生产成本低。从保证太阳能电池性能方面考虑，要求尽量减少太阳能电池背面温度对太阳能电池输出电压和转换效率的负面影响。在这些新型光电玻璃建筑材料的基础上，设计应该同时满足其建筑功能、电力负荷、美学等要求。随着国内外光电玻璃建筑一体化的推广，其商业市场将进一步扩大，逐步确立光电玻璃的相关应用标准，将十分重要。