(資料來源：太陽光発電設備に係る防火安全対策の検討結果, (東京
第二節 國內外關於BIPV之研究與設計工法
Attached Photovoltaic; BAPV) 與 建 材一體 型 (Building Integrated Photovoltaics;
BIPV) [13]，這兩種方式，建築附著型(BAPV)泛指太陽光電模組附著在建築物的 外牆上，模組本身獨立存在並不為建築物的一部份；而建材一體型(BIPV)則為建
工。
現有建材一體型(BIPV)的應用設計，大約可簡單分為四種形式：(1)屋頂包覆：
用太陽能材料作成可彎曲的半軟性薄板，裝置於屋頂。(2)屋頂外加：模組化的 太陽光電板，拼接外裝於屋頂。太陽光電瓦片是另一種模組形式，除了安裝上的 美觀之外，亦可與建築物直接整合，在更換與使用的彈性也較大。(3)外牆：鑲 嵌或整合設計於外牆，使其具有裝飾、擋雨和遮陽…等功能。(4)玻璃窗：用來 取代窗戶、天窗或玻璃帷幕，兼具遮陽。上述設計應用實體圖如圖 3-23 至圖 3-27 所示[14-17]。
圖 3-23 太陽光電模組結合建築物概念圖(本研究整理)
圖 3-24 太陽能屋瓦式電池結構實體圖(本研究整理)
圖 3-25 太陽能牆幕式電池結構實體圖(本研究整理)
英國曼徹斯特 CIS 大樓 利麗思商學綜合大樓
圖 3-26 牆面設計(本研究整理)
日本 Sanyo
JR East Takasaki station 德國柏林車站
圖 3-27 屋頂設計(本研究整理)
目前 BIPV 的應用設計，除了可分為四種形式之外，在建築物採光上的設計 方式，還分別具有透光式(Light through)與遮光式(Light shield)的設計，如圖 3-28 至圖 3-30 所示。此兩種的設計方式，主要可依照建築物採光的需求分別應用。
透光式設計主要是將數片太陽光電板與具透光性材質或建材相互結合，使其達到
與不透光性材質或建材相互結合，使其達到太陽能發電與遮蔽太陽光線的特性。
圖 3-28 Light through 設計(1) (本研究整理)
圖 3-29 Light through 設計(2) (本研究整理)
圖 3-30 Light shield 設計(本研究整理)
台灣科技大學針對太陽光電系統導入建築設計之課題，透過建立實體模型實 作安裝。太陽光電板與建築物外殼構造建材一體化，要求必須滿足的建築性能包 括安全性、耐久性、防水氣密等。屋頂構造設置太陽光電板之型式可分為三種，
包括光電板架空安裝於屋頂層上，光電板與屋頂建材一體型，以及係以光電板作 為天窗使用等，如圖 3-31 所示[1]。
圖 3-31 光電板應用安裝於屋頂之方式
(資料來源：見鄭政利, 詹肇裕, 徐豪廷, 太陽光電系統導入建築構造 計畫及外殼設計之研究, (設計學報第 8 卷第 3 期, 民國 92 年)。)
太陽光電板安裝於金屬帷幕牆、預鑄混凝土帷幕牆及玻璃帷幕牆之方式，包 括以金屬鐵件將光電板外掛於帷幕牆外，或將光電板與帷幕牆構造結合成建材一 體型，以及由光電板取代部分帷幕牆面飾材。至於配電線路則可由光電板背側安 排，再由垂直收邊將線路拉至管道間或天花板，以及以光電板取代部分帷幕牆面
圖 3-32 光電板應用安裝於帷幕牆構造之方式
(資料來源：見鄭政利, 詹肇裕, 徐豪廷, 太陽光電系統導入建築構造 計畫及外殼設計之研究, (設計學報第 8 卷第 3 期, 民國 92 年)。)
光電板應用於鋼筋混凝土外牆構造之方式可分為兩種，一是直接外掛安裝於 外牆不透光部位，此種方式對安裝較容易，可提高隔熱性能，有助於降低建築物 外殼耗能量。另一種是安裝於透光部位，此種方式可降低既有建築物開口部之透 光率，也有助於降低建築物外殼耗能量。如圖3-39所示[1]。
圖3-33 光電板應用安裝於鋼筋混凝土外牆構造之方式
(資料來源：見鄭政利, 詹肇裕, 徐豪廷, 太陽光電系統導入建築構造 計畫及外殼設計之研究, (設計學報第8卷第3期, 民國92 年)。)
太陽光電板應用於建築物外殼之評估分為三部分，分別評估其應用之優劣概 要，評估內容包括：成本、發電效益、施工性、維護成本及隔熱性等五個項目做
評估，如下表所示[1]。
表 3-3 太陽光電板應用於建築物外殼之評估項目表
註：○表示較佳、△表示適中、X 表示較差
(資料來源：見鄭政利, 詹肇裕, 徐豪廷, 太陽光電系統導入建築構造 計畫及外殼設計之研究, (設計學報第 8 卷第 3 期, 民國 92 年)。)
目前一般市面上的乾掛式 BIPV 需要藉由一些媒介物和螺栓將太陽光電板與 建築物上一些結構固定住，如圖 3-34 所示。而 2011 年 Peng 等人[18]設計了一種 新型的乾掛方式能更簡易的將太陽光電板固定於建築物表面。圖 3-35 為此設計 的概略示意圖，圖中的下方兩個扣件是固定住的，不能做任何方向的運動，圖 3-35 上方兩個扣件如圖 3-36 所示，圖 3-36 中的彈簧固定於一 U 型平台上，且 U 型平台與太陽能板間以焊接連結，此 U 型平台連接一滑動塊，此滑動塊可在 U 型平台上的接觸面滑動，這樣的設計可以輕易的將太陽光電板藉由扣件安裝於不 鏽鋼的骨架上，只要將圖 3-36 中的滑動塊往下壓，安裝入溝槽內再使其回彈至 原來位置即完成。而圖 3-35 下方的兩個扣件則是使每塊太陽光電板保持適當的 距離。骨架包含直立式與橫式，直立式為 I 型樑，如圖 3-37 所示，I 型樑的其中 一面與建築相連，另一面則與橫式樑相連，太陽能板所需的電氣線路則裝置於 C 型的橫式樑內部，在橫式的 C 型樑上下兩側則有孔洞供給圖 3-35 中的扣件安裝 使用。圖 3-38 則為橫式骨架詳圖。
圖 3-34 一種將太陽能板與建築物結構固定方式
(資料來源：C. Peng, Y. Huang, and Z. Wu, Building-integrated photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. (Energy and Buildings, Vol. 43, pp. 3592~3598, 2011.))
圖 3-35 太陽能板扣件位置與示意圖
(資料來源：C. Peng, Y. Huang, and Z. Wu, Building-integrated
photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. (Energy and
Buildings, Vol. 43, pp. 3592~3598, 2011.))
圖 3-36 活動式扣件示意圖
(資料來源：C. Peng, Y. Huang, and Z. Wu, Building-integrated photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. (Energy and Buildings, Vol. 43, pp. 3592~3598, 2011.))
圖 3-37 直立式骨架詳圖
(資料來源：C. Peng, Y. Huang, and Z. Wu, Building-integrated
photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. (Energy and
Buildings, Vol. 43, pp. 3592~3598, 2011.))
圖 3-38 橫式骨架詳圖
(資料來源：C. Peng, Y. Huang, and Z. Wu, Building-integrated photovoltaics (BIPV) in architectural design in China. (Energy and Buildings, Vol. 43, pp. 3592~3598, 2011.))
2011 年 Brescia 學者等人[19]發表一份專利，可將太陽光電板嵌入一豎框之 結構中，此豎框之結構如圖 3-39 所示，圖中編號 110 即為太陽光電板，藉由上 下兩片墊片(編號 165)將太陽光電板夾持住，此墊片可以調和太陽光電板的膨脹、
收縮、震動或滑動。圖 3-33 中編號 155 為豎框的外框，編號 160 為電氣線路的 夾鉗裝置，編號 190 則為預留空間，可提供結構以陣列的型式組裝。
(a)
(b)
圖 3-39 豎框之詳圖
(資料來源：J. Brescia, Operating a building integrated photovoltaic conversion system implemented control management units. (US Patent, No. 2011/0073156 A1.))
2011 年 Lenox 學者等人[20]提出一用於建築物屋頂的 BIPV 結構，其組裝示 意如圖 3-40 所示，圖中編號 460 為屋頂表面，編號 400 為 PV 面板，編號 468 為 PV 面板的骨架，編號 462 為支撐 PV 面板骨架的錨狀結構，編號 462 與編號 430 間以編號 464 接合托架固定住。圖 3-41 為錨狀結構與屋頂表面的組合示意圖，
固定工法設計的詳圖，編號 630 的 PV 面板骨架藉由編號 634 的夾鉗固定位於錨 狀結構 662 上緣的接合托架 664 末端的凹槽 666，錨狀結構 662 與屋頂表面則以 螺栓 682 固定，支撐托架 668 則可托住重疊部份的 PV 面板 600。圖 3-43 為此錨 狀結構與 PV 面板骨架接合處的下方視圖，編號 732 為溝槽，錨狀結構 762 上方 的接合托架 764 則可滑入構槽 732，當滑至末端時則以編號 734 的夾鉗固定住。
圖 3-40 屋頂式 BIPV 側視圖
(資料來源：C. J. S. Lenox, Replaceable photovoltaic roof panel. (US Patent, No. 2011/0114158 A1.))
圖 3-41 BIPV 底座
(資料來源：C. J. S. Lenox, Replaceable photovoltaic roof panel. (US
Patent, No. 2011/0114158 A1.))
圖 3-42 單一 BIPV 結構側視圖
(資料來源：C. J. S. Lenox, Replaceable photovoltaic roof panel. (US Patent, No. 2011/0114158 A1.))
圖 3-43 BIPV 結構下視圖
(資料來源：C. J. S. Lenox, Replaceable photovoltaic roof panel. (US
Patent, No. 2011/0114158 A1.))
2011 年 Reisdorf 學者等人[21]提出一專利發明，應用特殊的結構連接兩個裝 置太陽光電板的骨架，圖 3-44 為裝置太陽光電板的骨架外觀，編號 10 為高分子 材料的骨架，編號 18 為中間開口，編號 15 為喇叭狀的襯裙結構，愈接近太陽光 電板開口愈寬，編號 12、14 分別為骨架的上、下邊緣，編號 16 為側面邊緣，編 號 22 為側壁，編號 27 為可嵌入式的凹口。此骨架的細部結構放大則如圖 3-39 所示，圖 3-45(a)為骨架下方邊緣的視圖，圖 3-45(b)為上方邊緣的視圖，編號 13 為供給空氣流通的孔洞，因為太陽光電板於高溫時，背面的氣流會由下往上，故 可藉由這些孔洞讓氣流順利流出，且此設計可避免雨天時水的流入，這樣的設計 可有效降低太陽光電板表面的溫度。圖 3-46 為兩屋頂蓋片間的托架結構，用來 固定兩片太陽光電板間的側壁以達到陣列式屋頂的結構，編號 60 為太陽光電板，
固定於編號 41 的架狀凸出物(ledge)，編號 40 的凹槽可以容忍製作上的公差及太 陽光電板因熱產生的膨脹，編號 22 即為單片太陽光電板屋瓦的側壁，編號 24 的 固定式托架覆蓋在側壁 22 的頂部 32，並藉由螺栓 36 和底部的屋瓦 30 固定，此 固定式托架 24 的上方還有條狀的覆蓋片 34 蓋住，編號 35 為固定位置的凸緣結 構，編號 20 為供給水流下的通道，例如下雨天時，雨水不會累積在太陽光電板 附近。編號 34 的條狀覆蓋片間有連接設計 38 來結合兩片覆蓋片，如圖 3-47 所 示。圖 3-48 則為此連接與固定太陽光電板間的結構設計立體圖，編號 42 為末端 蓋板，編號 56 為固定作用的托架，編號 55 的凹槽可提供太陽光電板的電氣線路 放置空間。
圖 3-44 太陽光電板骨架
( 資 料 來 源 ： R. J. Reisdorf, and B. Morris, Building-integrated
solar-panel roof element systems. (US Patent, No. 2011/0138710 A1.))
(a)
(b)
圖 3-45 太陽光電骨架局部放大，(a)骨架下方邊緣視圖，(b)骨架上方 邊緣視圖
( 資 料 來 源 ： R. J. Reisdorf, and B. Morris, Building-integrated
solar-panel roof element systems. (US Patent, No. 2011/0138710 A1.))
圖 3-46 連接固定托架結構示意圖
( 資 料 來 源 ： R. J. Reisdorf, and B. Morris, Building-integrated solar-panel roof element systems. (US Patent, No. 2011/0138710 A1.))
圖 3-47 條狀覆蓋片連接設計
( 資 料 來 源 ： R. J. Reisdorf, and B. Morris, Building-integrated
solar-panel roof element systems. (US Patent, No. 2011/0138710 A1.))
圖 3-48 連接固定托架立體圖
( 資 料 來 源 ： R. J. Reisdorf, and B. Morris, Building-integrated solar-panel roof element systems. (US Patent, No. 2011/0138710 A1.))
Brian Norton 使用非晶矽太陽光電板裝設在屋頂上[22]，具有減少房屋內之 熱，此類設計具有隔熱功能，其結構如圖 3-49 所示，而在太陽光電板裝設在屋 頂時，其框架為金屬以及強化玻璃，如圖 3-50 所示。
圖 3-49 裝設在屋頂之 BIPV 示意圖
( 資 料 來 源 ： B. Norton, Enhancing the performance of building
integrated photovoltaics. (Solar Energy, Vol. 85, pp.1629~1664,
2011.))
圖3-50 裝設在屋頂之太陽光電板結構圖
(資料來源：B. Norton, Enhancing the performance of building integrated photovoltaics. (Solar Energy, Vol. 85, pp.1629~1664, 2011.))
此設計不只具有隔熱性能，也使用大小與框架符合的太陽光電板，另外有磁 磚與太陽光電板互相連接。此種模組具有防水功能，結構如圖3-51所示：
圖 3-51 裝設在屋頂之太陽光電板示意圖 (a)側視圖 (b)上視圖
( 資 料 來 源 ： B. Norton, Enhancing the performance of building
財團法人工業技術研究院[23]之發明專利是以陶瓷材質為基板（如圖3-52所 示），將太陽能電池與磁磚封裝成一個BIPV磁磚，可作為外牆建材。以及發明同 時將屋瓦結構與光電模組[24]整合的施工法(如圖3-53所示)，此發明具有高建築 整合性且施工便利的優勢。由於光電模組背板並未被瓦型載具所密封而暴露在外 在環境中，所以瓦型光電模組具有良好的散熱能力。此外，本發明的瓦條具有防 腐抗蝕性材料所構成，並藉由瓦條、扣合部以及銜接扣槽將瓦型光電模組固定於 承載體上，因此具有良好的防風與抗震性。
而Iencinella等人[25]則是將薄膜矽太陽能電池製作在10 cm x 10 cm的磁磚上 (如圖3-54所示)。以陶瓷材質為基板之好處在於陶瓷材料是常用的建築材料，其 製造與設計技術相當成熟，而且陶瓷材料之多孔隙與較大的熱慣性特性對太陽能 電池背板之散熱有所助益。陶瓷材料本身也是一種不燃材料，因此可以成為具有 阻熱性能的BIPV建材。
圖3-52 陶瓷基座太陽光電單元模組之示意圖與BIPV磁磚產品
(資料來源：見工業技術研究院,一種太陽能光電模組,(中華民國發明
公開公報,民國99年)。)
圖3-53 瓦型光電模組之示意圖
(資料來源：見工業技術研究院,瓦型光電模組,(中華民國發明公開公 報,民國98年)。)
圖 3-54 薄膜矽太陽能電池與陶瓷磚相結合
(資料來源：D. Iencinella, E. Centurioni and M. G. Busana, Thin-film solar cells on commercial ceramic tiles. (Solar Energy Materials &
Solar Cells, Vol. 93, pp. 206~210, 2009.))
鴻海精密工業股份有限公司[26]申請之一種一體式太陽能瓦片，包括曲面瓦 片本體、第一接觸電極、非晶矽薄膜、第二接觸電極、金屬導線層及保護膜。如 圖 3-55 所示。
圖 3-55 一體式太陽能瓦片示意圖
(資料來源：見郭台銘, 陸惠民, 一體式太陽能瓦片及其製造方法, (發 明公開日報, 民國 101 年)。)
聯相光電股份有限公司[27]設計一體型太陽光電模組，包括一基板、一薄膜 太陽電池、一對焊帶、一對絕緣結構、一對黏接結構與一透明封裝材，該透明封 裝材位於該基板與該薄膜太陽電池之間，各焊帶具有第一端與第二端，該第一端 置於該透明封裝材之內、且連接至該薄膜太陽電池，該第二端伸出該透明封裝材 之外，各絕緣結構包覆各焊帶的該第一端，且各絕緣結構包覆該第一端的長度不 大於各焊帶的該第一端長度，各黏接結構設置於各焊帶與各絕緣結構之間，其示 意圖如圖3-56所示。
圖3-56 建材一體型太陽光電模組示意圖
(資料來源：見黃振隆, 林敬傑, 林美秀, 林姿秀, 建材一體型太陽光 電模組及其製造方法, (發明公開日報, 民國 98 年)。)
圖3-57 上圖A-A之剖面示意圖
(資料來源：見黃振隆, 林敬傑, 林美秀, 林姿秀, 建材一體型太陽光 電模組及其製造方法, (發明公開日報, 民國 98 年)。)
另外，聯相光電股份有限公司[28]也發明一種建材一體型太陽光電模組的封 裝方法及其結構。建材一體型太陽光電模組，包含有基板、太陽能電池、焊帶、
第一封裝材與第二封裝材。第一封裝材與第二封裝材形成於基板與太陽能電池之 間，焊帶具有第一端與第二端，焊帶的第一端置於第一封裝材與第二封裝材之間，
圖3-58 建材一體型太陽光電模組的封裝結構示意圖
(資料來源：見胡德政, 林輝巨, 陳家裕, 建材一體型太陽光電模組, (發明公開日報, 民國 100 年)。)
壹 東 實業 股份 有 限公 [29] 發明 一種 建 材一體 型 太陽 能光 電 複層鈑 系 統 (Building-Integrated Photovoltaic Composite Panel System)，主要係在工廠內將太陽 能光電板模組預先安裝於複層鈑上，該裝有太陽能光電板之複層鈑可鋪設於建築
壹 東 實業 股份 有 限公 [29] 發明 一種 建 材一體 型 太陽 能光 電 複層鈑 系 統 (Building-Integrated Photovoltaic Composite Panel System)，主要係在工廠內將太陽 能光電板模組預先安裝於複層鈑上，該裝有太陽能光電板之複層鈑可鋪設於建築