半框式发电建筑构件的制作方法

1.本实用新型属于光伏发电领域，具体是一种能与建筑墙体结合为一体的半框式发电建筑构件。


背景技术：

2.目前，只建筑一项就消费了全球能源及原料的30％左右，建筑行业用能耗正持续上升。随着发展中经济体日趋繁荣，建筑的采暖、制冷、照明和电器耗能也都显著增加，成为全球能源的主要消耗者。
3.太阳能光伏建筑一体化(building integrated photovoltaic，即bipv，也称为“构建型”光伏建筑)对解决建筑能耗巨大的问题具有深远的现实意义，也是实现净零能耗的有效途径。光伏建筑充分利用建筑物屋顶和立面垂直空间，不额外占用土地，发电系统在运行过程中无噪音、无污染。光伏建筑每发一度电，将节省大约0.31kg供电煤耗，减少co2排放552.389g，减少1.5159g二氧化硫、1.6306g氮氧化物、0.1643g pm 2.5污染排放，具有可观的生态效益和环境效益。
4.我国既有居住建筑面积总量已超过600亿m2，既有工业厂房建筑面积也高达200亿m2，全国各类公共机构约171万家，建筑面积约86亿m2。根据《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》，至2020年，我国城市中光伏建筑一体化可应用面积为17.9亿m2，城市新增光伏建筑应用装机容量在1000万kw以上，这是10万亿级的bipv潜在市场。从光伏建筑角度，自2014年以来，每年新增光伏建筑总体规模维持在1亿m2左右，产值约为1500亿元，也为bipv光伏建筑留下了巨大的发展空间。此外，根据中国光伏行业协会统计，目前的分布式光伏项目中，“光伏+”建筑项目占到了80％左右，总装机超过13gw。中国光伏建筑一体化前景相当可观。
5.目前，光伏建筑一体化大多采用简单叠加的方法，将光伏组件与建筑相结合，即bapv(building attached photovoltaic，为“安装型”光伏建筑)，我们也应该明白bipv不是简单的光伏叠加建筑，要做到光伏和建筑的融合，必须考虑其建材属性，即建筑物节能、安全、环保、美观和经济实用的总体要求。
6.薄膜太阳能电池具有良好的弱光(散射)效应、较低的温度系数和长期不衰减、颜色可调、柔性化、抗局部灰尘遮挡以及几乎免维护等特性，因而发电性能好、发电稳定。同时，它还具有生产工艺简单、无污染等优势。因此，薄膜太阳能电池非常符合“光伏建筑一体化”的应用实施，尤其适合光伏方阵与建筑的结合，特别是与建筑屋面的结合。
7.而现有的应用于建筑的光伏组件，大多存在散热慢、发电效率不高等问题，一般是通过建筑本身的隔热层，或者光伏组件盖板玻璃采用低辐射玻璃来使建筑物达到保温、隔热等作用，间接增加了光伏建筑的成本。而且，现有技术中的光伏建筑，其施工安装过程也较为繁琐。


技术实现要素：

8.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种半框式发电建筑构件，能够将光伏组件与建筑墙体深度结合，同时起到防护、隔声、保温、隔热的作用，解决了光伏组件内部发热部件的散热问题，光伏组件既是建筑的外饰面层，为建筑提供安全保护和艺术外观，也是分布式电站，为建筑提供光伏电能，且构件单元之间通过拼接进行安装，便于独立拆装和维护，有效地实现了一体化设计、一体化制造和一体化安装，施工过程简单快捷。
9.本实用新型采用如下技术方案：半框式发电建筑构件，包括结构型材、保温层和光伏组件，结构型材上设有用于将其与建筑骨架连接的连接件，所述的保温层固定在结构型材上，结构型材的左侧固定有左轨道槽，结构型材的右侧固定有右轨道槽，光伏组件卡在左轨道槽和右轨道槽之间，且与结构型材的边框四周都留有空隙，光伏组件与保温层之间形成用于散热的通风通道，所述的结构型材的上端设有第一公插件，下端设有第一母插件，左侧设有第二公插件，右侧设有第二母插件，第一公插件可与相邻构件的第一母插件插合拼接，第二公插件可与相邻构件的第二母插件插合拼接。
10.本实用新型的半框式发电建筑构件能够将光伏组件与建筑墙体深度结合，并起到防护、隔声、保温、隔热的作用，解决了光伏组件内部发热部件的散热问题，避免光伏组件发热导致的安全问题，降低光伏组件发热对发电效率产生的影响。光伏组件既是建筑的外饰面层，为建筑提供安全保护和艺术外观，也是分布式发电站，为光伏建筑提供光伏电能。同时满足相应bipv技术标准和工程技术规范，实现一体化设计、一体化制造和一体化安装的目的，从而实现技术、工艺、结构等方面完全意义上的一体化。而且设计成可装配式构件单元，可以实现独立拆装，便于维护。
11.具体地，所述的第一公插件包括一第一凹插部，所述的第一母插件包括一第一凸插部，第一公插件与第一母插件插合时，第一凸插部插入第一凹插部中，并在插合处用密封胶条密封。所述的第二公插件包括一第二凹插部，所述的第二母插件包括一第二凸插部，第二公插件与第二母插件插合时，第二凸插部插入第二凹插部中，并在插合处用密封胶条密封。这种特殊形状的第一公插件、第一母插件、第二公插件和第二母插件，能够实现紧密插接，并在插接位置用密封胶条(例如三元乙丙橡胶等)密封，实现自动密封和三层防水，具有良好的水密和气密特性。
12.具体地，所述的左轨道槽由呈l形的卡扣式副框和呈侧u形的固定式副框组成，卡扣式副框卡装在第二公插件上，固定式副框用螺钉固定在第二公插件上，卡扣式副框与固定式副框之间形成用于安装光伏组件的槽口，右轨道槽的结构与左轨道槽的结构相同，左轨道槽与右轨道槽以对称的方式分别设置在结构型材的左、右边框上。
13.优选地，结构型材的左、右边框的下端还固定有用于承受光伏组件重量的l型托架，l型托架与光伏组件之间有软质材料隔离，避免坚硬的金属直接与光伏组件接触，同时l型托架暴露在外表面，又与结构型材连接，具有更好的避雷效果。
14.优选地，所述的光伏组件为铜铟镓硒或碲化镉薄膜太阳能电池组件。
15.优选地，所述的第一公插件和第一母插件上覆盖有穿孔铝板，穿孔铝板凹陷处空间与组件与型材之间的空间相连通，穿孔铝板的穿孔率为60％～85％。
16.优选地，所述的保温层由金属板和保温材料组成，其中保温材料包裹在两层金属板之间，金属板通过螺钉与结构型材固定，并在金属板与结构型材的接触处填充结构胶作
防水密封。
17.优选地，所述的构件背面设有避雷点，构件与构件之间的避雷点用铜导线连接。
18.优选地，所述的结构型材、金属板、铜导线及光伏线缆表面都涂覆有防火材料，使整个构件具有良好的防火特性。
19.本实用新型的半框式发电建筑构件结构简单、制作方便、造价低廉、外表美观，兼具bipv及bapv的优势，不仅可以作为建筑围护结构的一部分，节约建筑材料，节能环保，降低建筑成本；而且可以像bapv建筑一样，对室内墙面进行装饰装修，提高室内美观度。同时，采用弱光性能优异的薄膜太阳能电池作为光伏组件层材料，可降低墙面弱光照强度对转换效率的影响，构件中通风通道的设计可以带走光伏组件光电转换过程中产生的热量，防止降低光伏组件发热对发电效率的影响。
附图说明
20.图1是本实用新型的半框式发电建筑构件的正向结构示意图。
21.图2是图1的a
‑
a剖视图。
22.图3是图1的b
‑
b剖视图。
23.图4是第一母插件的结构示意图。
24.图5是第一公插件的结构示意图。
25.图6是第二公插件的结构示意图。
26.图7是第二母插件的结构示意图。
27.图8是最底层构件的安装施工示意图。
28.图9是水平方向相邻构件之间插合拼接的示意图。
29.图10是竖直方向相邻构件之间插合拼接的示意图。
30.图11是实施例二1
×
3组合式的半框式发电建筑构件单元的示意图。
31.图12是其它组合形式的半框式发电建筑构件单元的示意图。
具体实施方式
32.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
33.在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”“左”、“右”是基于图面方向定义的，使用的术语“第一”、“第二”等是为了区分一个要素与另一个要素，不具有顺序性和重要性。
34.半框式发电建筑构件，如图1—7所示，包括结构型材100、保温层300和光伏组件200，结构型材100上设有用于将其与建筑骨架m连接的挂钩连接件101。所述的保温层300由金属板和保温材料组成，其中保温材料包裹在两层金属板之间，保温层的厚度可根据需要灵活调节，金属板通过螺钉与型材框架固定，且用结构胶用于防水密封，保温层300上还设有加强筋301，加强筋301通过螺钉与结构型材100固定，用于增强保温层300的牢固性。
35.结构型材100的上端设有第一公插件102，下端设有第一母插件103，所述的第一公插件102由第一凹插部102a和与第一凹插部102a一体成型的第一连接部102b组成，所述的第一连接部102b通过螺钉固定在结构型材100上，所述的第一凹插部102a由左支臂102a、右
支臂102e和横底壁102c围成，呈u型，左支臂102a的端头处一体成型有第一弹性卡扣102b，右支臂102e的端头处一体成型有第一弹性卡扣102d，如图5所示；所述的第一母插件103包括第一凸插部103a和第一延伸部103b，第一凸插部103a与第一延伸部103b之间有间隔103d，如图4所示。第一公插件102可与竖直方向上相邻构件的第一母插件103插合，将竖直方向上的两相邻构件拼接，第一公插件102与第一母插件103插合时，第一凸插部103a与第一凹插部102a插合，并在插合处用三元乙丙橡胶条104密封，左支臂102a卡在第一凸插部103a的外壁上，并在第一弹性卡扣102b与外壁之间填充密封胶，右支臂102e卡在第一凸插部103a与第一延伸部103b之间的间隔103d中，并在第一弹性卡扣102d与间隔103d之间填充密封胶。这种特殊形状的第一公插件102与第一母插件103能够实现紧密插接，并在插接位置用三元乙丙橡胶条104(密封胶)密封，实现自动密封和三层防水，具有良好的水密和气密特性。
36.结构型材100的左侧设有第二母插件108，右侧设有第二公插件109，所述的第二公插件109由第二凹插部109a和与第二凹插部109a一体成型的第二连接部109b组成，所述的第二连接部109b用螺钉固定在结构型材100上，所述的第二凹插部109a由上支臂109a、下支臂109e和侧底壁109c围成，呈侧u型，上支臂109a的端头处一体成型有第二弹性卡扣109b，下支臂109e的端头处一体成型有第二弹性卡扣109d，如图6所示；所述的第二母插件108包括侧壁108a、第二凸插部108a和第二延伸部108b，侧壁108a与第二凸插部108a之间有用于容纳上支臂109a的上间隔108b，第二凸插部108a与第二延伸部108b之间有用于容纳下支臂109e的下间隔108d，如图7所示，第二公插件109与第二母插件108插合时，上支臂109a卡在上间隔108b中，下支臂109e卡在下间隔108d中，第二凸插部108a与第二凹插部109a插合，从而使左、右两相邻的构件拼接得更加牢固。
37.结构型材100的左侧固定有左轨道槽107a，结构型材100的右侧固定有右轨道槽107b，所述的左轨道槽107a由呈l形的卡扣式副框171和呈侧u形的固定式副框172组成，卡扣式副框171卡装在第二公插件109上，可以快速拆卸和卡装，固定式副框172用螺钉固定在第二公插件109上，卡扣式副框171与固定式副框172之间形成用于安装光伏组件200的左槽口，右轨道槽107b的结构与左轨道槽107a的结构相同，也是由呈l形的卡扣式副框171和呈侧u形的固定式副框172组成，卡扣式副框171卡装在第二母插件108上，可以快速拆卸和卡装，固定式副框172用螺钉固定在第二母插件108上，卡扣式副框171与固定式副框172之间形成用于安装光伏组件200的右槽口，左轨道槽107a与右轨道槽107b以对称的方式分别设置在结构型材100的左、右边框上。
38.所述的光伏组件200为铜铟镓硒(cigs)薄膜太阳能电池组件，具体实施过程中，也可以根据需要碲化镉(cdte)薄膜太阳能电池组件。光伏组件200的背面涂有固定胶201，光伏组件200的左右两侧分别卡在左轨道槽107a的左槽口和右轨道槽107b的右槽口里，并分别在与左轨道槽107a和右轨道槽107b的接触处用固定胶202加固。光伏组件200与保温层300之间形成用于散热的通风通道400，光伏组件200与结构型材100的四周边框之间都留有空隙，空气可以通过这些空隙进入通风通道400中。
39.为了更好地支撑光伏组件200，在结构型材100的左、右边框的下端还通过螺栓固定有用于承受光伏组件200重量的l型托架106，l型托架106与光伏组件200之间有软质材料隔离，避免坚硬的金属与光伏组件200直接接触，同时l型托架106暴露在外表面，又与结构
型材100连接，具有更好的避雷效果。
40.第一公插件102与第一母插件103上覆盖有穿孔铝板110，穿孔铝板110凹陷处的空间与光伏组件200与结构型材100之间的空间相连通，穿孔铝板110的穿孔率为60％～85％，穿孔铝板110通过螺钉111固定在结构型材100上，空气可以通过这些穿孔进出通风通道400中，从图2可以看出，新鲜的空气经结构型材100下端的穿孔铝板110的穿孔进入光伏组件200与保温层300之间的通风通道400中，并经结构型材100上端的穿孔铝板110的穿孔流出，形成空气流通路径401；再者，空气还能经由光伏组件200与结构型材100之间的间隙进出通风通道400中，由于光伏组件200与结构型材100的四周都存在间隙，因此能使空气快速流通，达到快速降温的目的，而每个构件单元对应的光伏组件200都能实现单独降温，避免热量聚集，从而将其控制在一个安全的范围内。
41.在结构型材100下边框与保温层300的金属板之间设有导引板105，空气可以经导引板105引导流入通风通道400内，在结构型材100上边框与保温层300的金属板之间也设有导引板105，空气可以经导引板105引导流出通风通道400。
42.所述的构件背面设有避雷点500，如图9所示，在施工过程中，构件与构件之间的避雷点500用铜导线501连接，并最终接地，以避免雷电对建筑造成危害。
43.构件所含结构型材100、金属板、铜导线501及光伏线缆表面都涂覆有防火材料，整体具有良好的防火特性。
44.其安装施工过程为：
45.首先在通过锚栓1在建筑地基n上固定一块钢板2，钢板2上再焊接一根矩形钢管3，矩形钢管3顶部通过螺栓4连接一个公插件5，然后将本实用新型的半框式发电建筑构件下端的第一母插件103与公插件5插合拼接，如图8所示，再将建筑构件通过挂钩连接件101与建筑骨架m连接，依次进行竖直方向及水平方向的构件单元的拼接，如图9、图10所示，直至完成整个光伏构件的拼接安装。
46.在安装施工的过程中，将相邻构件单元的避雷点500用铜导线501串联起来，最后将导线接地，如图9所示，从而达到防雷、避雷的目的。
47.实施例二
48.本实施例与实施例一的区别仅在与：每个构件单元包括一块结构型材100、一块保温层300和三组光伏组件200，如图11所示，保温层300固定在结构型材100上，三组光伏组件200的背面都固定有背轨201，光伏组件200通过背轨201固定在结构型材100上，三块光伏组件200之间留有空隙，三块光伏组件200与结构型材100的边框四周也都留有空隙，三块光伏组件200与保温层300之间形成用于散热的通风通道，所述的结构型材100的上端设有一个第一公插件102，下端设有一个第一母插件103，左侧设有一个第二母插件108，右侧设有一个第二公插件109，第一公插件102可与相邻构件单元的第一母插件103插合拼接，第二公插件109可与相邻构件单元的第二母插件108插合拼接。第一公插件102与第一母插件103上覆盖有穿孔铝板110，穿孔铝板110的穿孔率为50％～80％，穿孔铝板110通过螺钉111固定在结构型材100上。
49.需要说明的是：本实用新型的半框式发电建筑构件不止实施例一和实施例二两种方式，也可以是一个构件单元包含多组光伏组件200(如图12所示)，这些光伏组件200都通过各自的背轨固定在型材框架100上。这种组合式、大面积的构件单元可以通过型材控制，
实现<3mm的平整度。
50.本实用新型的半框式发电建筑构件，每个构件单元都有一套空气进出通道，能够带走该构件上光伏组件产生的热量，即每块光伏组件都能够单独散热，从而避免热量聚集，而且不需要在构件内部设置专门的通风管道，既降低了构件成本，又减轻了构件整体重量。而且采用插合拼接的方式进行构件单元的组装，方便、快捷，降低施工难度，缩短施工期限。各构件单元都有用于与建筑骨架连接的挂钩连接件，能够快速与建筑骨架连接，也保证了整个光伏组件与建筑连接的安全性和牢固性。最后直接利用构件单元拼接而成的光伏组件作为建筑的外墙面，不需要建造建筑外墙面，节约建筑材料，降低建筑成本，而且可以像bapv建筑一样，对室内墙面进行装饰装修，提高室内美观度。
51.以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
52.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
53.此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。