建筑幕墙是建筑与外界环境隔断与联系的中间媒介，是建筑物与外界能量交换与传递的重要组成部分。

当前，行业内逐渐将目光聚焦在光伏幕墙领域，尤其在一些大中型城市，高层建筑林立，大量的建筑外墙为光伏建筑一体化应用提供了机会。因此，优质光伏幕墙设计已成为建筑工程响应节能理念的重要保障之一。

▲莱尔斯特设计的湖北鄂州机场碲化镉光伏幕墙项目

一、光伏建筑一体化

光伏建筑一体化（BIPV）是指将太阳能光伏发电技术与建筑工程融为一体的技术，不仅可以作为建筑工程的围护结构，还可以将太阳能转化为电能，供建筑物加以利用，富余的电能还可以输送到城市电网。

光伏建筑一体化的优点有：

01、清洁绿色

与传统化石能源不同，太阳能利用可以做到无污染、零排放，是一种真正意义上的环境友好型能源。

02、节约用地

随着城镇化进程加快，土地资源越来越紧缺，而光伏系统与建筑物结合，实现土地资源利用最大化，尤其适合在大中型城市推广。

03、调峰填谷

夏季炎热高温，城市热岛效应严重，如果将光伏技术引入城市建筑体系，不仅可以缓解城市热岛效应，而且可以给城市电网提供补给。

04、造型新颖

光伏建筑一体化可以给建筑工程设计提供一种全新的表皮艺术效果，丰富城市建筑的外观造型。

二、光伏幕墙在建筑工程中应用可行性评价

01、满足建筑美学的要求

在传统光伏幕墙中，我们通常将光伏组件埋设在玻璃幕墙结构中，既保证幕墙外观不受影响，也可以保护光伏组件正常运行，避免其被外界环境（风荷载、雨水等）影响。

而随着光伏产业技术的不断发展，我们在光伏幕墙设计时，可选择不同类型的光伏模块，然后通过选择性设计将其定向排列，当阳光照射进光伏幕墙时，形成不同的光影艺术效果，既实现了建筑节能，又不失结构外观新颖性，满足人们对建筑美学的要求。

02、满足建筑物采光的要求

幕墙结构设计中，对建筑物采光要求也不容忽视。随着光伏技术的不断发展，光伏组件透光性取得重大突破，光伏幕墙系统满足采光要求已不是难题，光伏幕墙可实现在满足有效光照的同时，精确控制阳光进入室内的光照强度。

03、满足建筑安全性能的要求

光伏幕墙作为建筑工程的最外部结构，除展现建筑美学效果外，对建筑物安全的保护作用也至关重要。

光伏幕墙是光伏组件与玻璃幕墙的集成化产品，为确保光电转换正常运行，其自身强度要求已经很高。

但考虑到建筑工程自身特点，光伏幕墙的选择还应与建筑工程选址、建筑物高度、光伏幕墙安装工艺等具体因素相结合，经精确计算后方可确定。

04、满足安装便捷的要求

光伏幕墙是光伏组件与传统建筑幕墙的结合体，其安装工艺可参考传统幕墙。而传统幕墙应用到现在为止已有近四十年时间，在我国涌现出大中小型的各种幕墙结构，幕墙安装工艺已很成熟，完全可以满足安装便捷性要求。

05、满足较长使用寿命的要求

光伏幕墙与传统幕墙构造方式类似，从结构角度讲，其使用寿命完全可以得到有效保障，唯一需要考虑的是其光伏组件的使用寿命。

而随着全球光伏技术的飞速发展，光伏组件使用过程的性能衰减已得到很好控制，新材料、新技术不断问世，也让光伏组件寿命不断延长。

06、满足节能环保的要求

光伏幕墙发电的核心环节是太阳能光电转换，无粉尘、无废气等污染，且发电过程无噪声，同时，应用新材料、新技术可以吸收阳光照射玻璃表面而产生的反射光，缓解光污染现象。

合理利用建筑外表皮，节约土地资源，利用太阳能光电转换作用，产生的电力资源在保障自给自足的情况下，还可以补给城市电网，满足节能环保要求。

三、光伏幕墙太阳能电池简介

01、硅基薄膜类太阳能电池

硅基薄膜类太阳能电池的主要材料是硅基材料，包括非晶硅和微晶硅，电池硅层厚度约1μm，是硅晶电池的0.5%。

硅基薄膜类太阳能电池具备优良的弱光特性，可在阴雨天等低紫外线条件下仍保持较好的光吸收效率和高温特性。

相较于晶片型电池，硅基薄膜类太阳能电池热斑效应低，受局部光线遮挡影响小，透光率可调范围大，可靠性高，外观呈现红褐色，适合于偏暖色调的建筑外墙，如下图所示。

▲硅基薄膜类太阳能电池幕墙（广东河源华侨城顺佰大厦光伏幕墙）

02、碲化镉薄膜类太阳能电池

碲化镉薄膜类太阳能电池是在玻璃基片或其他衬底基片上，依次沉积多层薄膜制备而成的光伏组件。

碲化镉是一种高吸收系数的化合物半导体材料，其吸收系数约是硅的100倍。碲化镉薄膜类太阳能电池也具备极佳的弱光特性，对全光谱都有较好的吸收。

相比硅基薄膜类太阳能电池，碲化镉薄膜类太阳能电池在阴雨天等低紫外线条件下光吸收效率和高温特性更优异，整体性能更好。

碲化镉薄膜类太阳能电池不存在本征光致衰减效应，可保证25年80%的输出功率。

碲化镉薄膜类太阳能电池外观呈浅灰色，适用于偏冷色调的建筑外墙，另外碲化镉薄膜光伏发电玻璃还可以灵活调整颜色图案、透光度、分格尺寸等，在光伏幕墙项目应用中较多。

▲莱尔斯特高仿红砖碲化镉薄膜类光伏幕墙BIPV顺利完工

▲莱尔斯特大唐海口天然气发电工程主厂房光伏建筑一体化碲化镉薄膜类BIPV项目顺利完工

四、光伏幕墙构造设计分析

目前，光伏幕墙的安装主要采用明框光伏幕墙和隐框光伏幕墙两种构造方式。

01、明框光伏幕墙构造方式

明框光伏幕墙结构系统主要包括铝合金立柱、铝合金横梁、铝合金压板、光伏玻璃、光伏电缆、不锈钢弹簧销钉等组件，如下面2张图所示。

▲明框光伏幕墙铝合金立柱结构

▲明框光伏幕墙铝合金横梁结构

光伏幕墙铝合金立柱是承受幕墙竖向支撑的主受力组件，是整个幕墙结构体系的安全保障。

幕墙结构体系在受到重力荷载、震动荷载、风荷载等外部荷载作用时，可通过铝合金立柱将荷载传递至混凝土主体结构，进而确保整个结构体系的安全。

光伏幕墙铝合金横梁将其接收的荷载通过连接件传递至立柱，进而形成完整的光伏幕墙支撑体系。各组件的作用如下。

01.铝合金立柱

光伏幕墙主受力组件，除承担光伏玻璃等构件的自重荷载外，还要承担外部环境施加的震动荷载、风荷载等。同时，还要通过连接组件把光伏幕墙固定在建筑物外墙上，并在其后部走线槽内布设光伏电缆。

02.铝合金横梁

光伏幕墙次受力组件，除承担光伏玻璃等构件的自重荷载外，还要将横向荷载传递至铝合金立柱，与立柱等组件共同构成了光伏幕墙支撑体系，并在其上下侧走线槽内布设光伏电缆。

03.铝合金压板

铝合金立柱、横梁的外装饰压板，在幕墙系统中主要起装饰作用。

04.光伏玻璃、光伏电缆

光伏玻璃将接收的光能转化为电能，然后通过光伏电缆将电能传输到用电设备或城市电网，是光伏幕墙系统光电转换和电能传输的主要组件。

05.不锈钢弹簧销钉

光伏幕墙系统中立柱与横梁的连接组件，是幕墙体系完整性的重要保障。

通过设计创新，以传统幕墙结构支撑体系为基础，将光伏玻璃和光伏电缆等组件巧妙地隐藏到幕墙系统，在保证幕墙外观效果的前提下，实现了光伏建筑一体化。

02、隐框光伏幕墙构造方式

光伏幕墙需要同阳光有充分接触才能实现光电转换效率的最大化，而隐框光伏幕墙构造方式可以最大限度地避免自身构件对阳光的遮挡，降低其对光电转换效率的影响。

因此，在现有的光伏幕墙工程案例中，很多采用隐框光伏幕墙构造方式。通过对明框光伏幕墙构造方式进行优化可演变成隐框光伏幕墙，其构造方式如下面两张图所示。

▲隐框光伏幕墙铝合金立柱结构

▲隐框光伏幕墙铝合金横梁结构

光伏幕墙的使用不仅可以让建筑物拥有美丽的“外衣”，使建筑物给人们以眼前一亮的效果，也让建筑与城市环境相得益彰，还可以缓解不可再生能源的消耗，从整体上改善城市环境，做到节能环保。