【摘要】 簡(jiǎn)述了光伏屋頂系統(tǒng)的分類與安裝類型，比較了不同安裝方式下光伏屋頂系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】 光伏屋頂系統(tǒng);斜屋頂;平屋頂

光伏發(fā)電出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，但由于成本原因，并未推廣使用。1973年爆發(fā)的世界石油危機(jī)，使得世界各國(guó)開始關(guān)注太陽能——這一清潔、可再生能源。將光伏發(fā)電與建筑結(jié)合的概念出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代。1991年，德國(guó)旭格公司首次提出了光伏發(fā)電與建筑集成化(一體化)(Building Integrated Photovoltaic，簡(jiǎn)稱BIPV)的概念。同年，德國(guó)政府也率先提出“1000光伏屋頂”計(jì)劃，1998年又提出“十萬光伏屋頂”計(jì)劃;1997年6月，美國(guó)總統(tǒng)克林頓宣布了太陽能“百萬屋頂計(jì)劃”(Million Solar Roofs Initiative)，準(zhǔn)備在2010年以前，在100萬座建筑物上安裝太陽能熱利用與太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng); 2010年，美國(guó)參議院批準(zhǔn)了“千萬太陽能屋頂”法案。據(jù)中國(guó)政府的“十一五”規(guī)劃，預(yù)計(jì)在2020年，城市屋頂系統(tǒng)和大型標(biāo)志性建筑的光伏系統(tǒng)應(yīng)用達(dá)到5萬千瓦。廣義的光伏與建筑物結(jié)合主要有兩種形式:第一類是建筑與光伏系統(tǒng)結(jié)合，即將封裝好的太陽能組件陣列衣服在建筑物上，建筑物作為光伏陣列的支撐物。第二類是建筑與光伏器件結(jié)合，即將光伏組件作為建筑材料，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用于建筑物的屋頂、外墻、窗戶等。常見的光伏屋頂系統(tǒng)按照樓頂類型不同可以分為:傾斜屋頂上安裝的光伏系統(tǒng)、平屋頂(樓頂)安裝的光伏系統(tǒng);按照安裝方式不同，可以分為:附著式結(jié)構(gòu)與嵌入式結(jié)構(gòu)。

一、傾斜屋頂光伏系統(tǒng)

在傾斜屋頂上安裝光伏系統(tǒng)主要有兩種形式:一類是在屋頂上安裝支架，將光伏組件鋪設(shè)在支架上。這種系統(tǒng)通常要在屋頂上預(yù)埋固定件，如螺栓，并將支架通過連接件與螺栓固定。在安裝的過程中要調(diào)整好組件的位置以保證整個(gè)屋面平整、美觀。這類系統(tǒng)在安裝時(shí)要注意支架與屋頂之間要預(yù)留一定的距離，保證良好的空氣流動(dòng)，以此來降低光伏組件的工作溫度。在多數(shù)情況下，太陽能板會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，太陽能電池板的溫度增加一度(以25℃為基準(zhǔn))，其效率會(huì)相應(yīng)減少0.3%~0.5%。屋頂與支架間預(yù)留一定的空間是很重要的，這樣做也可以降低炎熱季節(jié)的室內(nèi)溫度，保證室內(nèi)環(huán)境的舒適度。系統(tǒng)安裝(示意圖如下)。

傾斜屋頂光伏系統(tǒng)安裝的第二類方式是:嵌入式結(jié)構(gòu)，即將光伏系統(tǒng)作為建筑物的一部分替代某些建筑構(gòu)件。這是一種新型結(jié)構(gòu)，在建筑物設(shè)計(jì)之初就通過設(shè)計(jì)、計(jì)算，預(yù)先做好光伏組件的安裝構(gòu)件，并將組件的安裝構(gòu)件與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為一體，建好之后的光伏系統(tǒng)既具備普通建筑屋頂防雨、遮陽的功能，還可以發(fā)電。這樣做的好處是，光伏系統(tǒng)的成本在建筑設(shè)計(jì)之初就包含在建材成本里，不需要在建筑物建好之后重新花費(fèi)安裝系統(tǒng)的費(fèi)用。光伏系統(tǒng)的鋪設(shè)與建筑主體同步設(shè)計(jì)、施工、安裝，同時(shí)投入使用。同時(shí)，光伏屋頂系統(tǒng)能更好的利用屋頂面積并且在結(jié)構(gòu)上更安全、可靠。

二、平屋頂(樓頂)光伏系統(tǒng)

在樓頂上安裝光伏系統(tǒng)的分類方法亦是相同，一類是將平屋頂作為光伏系統(tǒng)支撐物。在屋頂上要預(yù)先安裝生根或不生根筑起水泥條或水泥帶，并在其中預(yù)埋地腳螺栓用于固定組件支架。平屋頂上安裝的水泥條或水泥帶需安置在建筑物的承重粱上，安裝前要預(yù)先觀測(cè)建筑物周圍的環(huán)境，如最大風(fēng)速、最高、最低溫度等相關(guān)參數(shù)，通過設(shè)計(jì)計(jì)算出水泥條或水泥帶的重量、體積并預(yù)埋好地腳螺栓。第二類是將光伏組件作為屋頂材料，如遮陽棚、大樓頂棚、天窗等。這類屋頂結(jié)構(gòu)要求光伏組件既具備建筑材料的功用，又可以發(fā)電。對(duì)于光伏組件來說要求防雨、抗沖擊，若作為建筑物天窗，這就要求光伏組件具備一定的透光性，多采用由雙層玻璃構(gòu)成的組件。若是作為裝飾性的建筑物外觀材料，還應(yīng)該具備一定的美觀性。

與傳統(tǒng)的太陽電池使用方式相比，光伏與建筑結(jié)合有許多優(yōu)勢(shì):(1)光伏與建筑結(jié)合可以節(jié)省一部分建材成本，通過結(jié)合，光伏組件可以起到裝飾作用，增加建筑物的美觀性。(2)可有效的利用陽光照射的空間。如上海市就有2億m2的屋頂，假設(shè)1/10的屋頂用做光伏并網(wǎng)發(fā)電，每年可獲得電力為34～47億KWh。(3)在夏季用電高峰時(shí)，光伏系統(tǒng)也正好吸收夏季強(qiáng)烈的太陽輻射，并轉(zhuǎn)換成制冷設(shè)備所需要的電能，從而舒緩電力需求高峰時(shí)的供需矛盾。光伏建筑一體化將成為21世紀(jì)的市場(chǎng)熱點(diǎn)，目前制約太陽電池發(fā)展的瓶頸仍然是生產(chǎn)成本過高，轉(zhuǎn)換效率低，加上此行業(yè)法規(guī)政策仍不完善，光伏建筑系統(tǒng)在短期內(nèi)還難以大規(guī)模普及。

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