薛一冰　陳琨

摘要：文章首先從國(guó)家鼓勵(lì)建筑與光伏發(fā)電相結(jié)合的政策背景出發(fā)，總結(jié)了既有建筑在平屋面光伏系統(tǒng)改造中的潛力與優(yōu)勢(shì)，找出平屋面建筑光伏安裝的注意事項(xiàng)，并對(duì)改造中的光伏系統(tǒng)安裝種類進(jìn)行分析，以山東建筑大學(xué)1MW太陽(yáng)能光伏發(fā)電示范項(xiàng)目為例，給廣大設(shè)計(jì)施工人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：既有建筑；平屋面；光伏；安裝

中圖分類號(hào)：TU113.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0422（2013）05-0091-03

1 前言

既有建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)是將既有建筑與光伏系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)與利用。由于我國(guó)既有建筑面積容量大、屋面空間利用效率低、單位面積能耗巨大，對(duì)既有建筑平屋面進(jìn)行光伏設(shè)計(jì)具有光伏發(fā)電系統(tǒng)靠近用戶，光伏裝機(jī)容量較小，滿足于用戶需求并支持現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行；用戶自行控制；減少輸配線損失；起到調(diào)峰降壓等作用。隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)的擴(kuò)展我國(guó)相繼頒布了《關(guān)于組織申報(bào)金太陽(yáng)和光電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目的通知》、《關(guān)于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見(jiàn)（暫行）》等法規(guī)條例為國(guó)內(nèi)私人業(yè)主及企事業(yè)單位安裝光伏上網(wǎng)提供了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)鼓勵(lì)機(jī)制與法律法規(guī)；同時(shí)由于國(guó)外市場(chǎng)的萎縮大量企業(yè)開(kāi)始注重國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的開(kāi)闊與發(fā)展，使大量新技術(shù)新設(shè)備得以應(yīng)用；因此當(dāng)前我國(guó)發(fā)展光伏與既有建筑結(jié)合恰臨前所未有的機(jī)遇。但是對(duì)于大量現(xiàn)存的既有建筑而言，太陽(yáng)能光伏設(shè)備的安裝較為不易，如適當(dāng)?shù)念A(yù)埋件尚未裝置，改造時(shí)給太陽(yáng)能裝置的安裝造成了一定的障礙；增加建筑負(fù)荷可能損害建筑結(jié)構(gòu)；破壞既有建筑保溫構(gòu)造等因此尋找一種適合我國(guó)既有建筑實(shí)際狀況，又能具有較高經(jīng)濟(jì)性的系統(tǒng)安裝方式顯得較為迫切。

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既有建筑平屋面光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝優(yōu)勢(shì)

建筑物屋頂作為吸收太陽(yáng)光部件有其特有的優(yōu)勢(shì)，如：日照條件好，不易受遮擋，可以充分接受太陽(yáng)輻射，系統(tǒng)可以緊貼屋頂結(jié)構(gòu)安裝，減小風(fēng)力的不利影響，并且太陽(yáng)能光伏板可以替代保溫隔熱層遮擋屋面，有效的利用了屋頂空間。

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既有建筑平屋面光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝注意事項(xiàng)

3.1排布要求

3.1.1光伏陣列布局

陣列設(shè)計(jì)需要保證在冬至日當(dāng)天光照輻射強(qiáng)度最好的時(shí)間段中（AM9：00—PM3：00）前排光伏組件的陰影不應(yīng)影響后排光伏組件正常工作。如果太陽(yáng)電池不能被日光直接照到時(shí)，那么只有散射光用來(lái)發(fā)電，此時(shí)的發(fā)電量比直射光照的要減少約10%-20%。因此在選擇敷設(shè)方陣時(shí)應(yīng)盡量留出空間，使發(fā)電效率達(dá)到最高。另外，當(dāng)緯度較高時(shí)，方陣之間的距離加大，相應(yīng)地設(shè)置屋面的面積也會(huì)增加，需在設(shè)置方陣陣列時(shí)，分別選取每一個(gè)方陣的構(gòu)造尺寸，將其高度調(diào)整到合適值，從而利用其高度差使方陣之間的距離調(diào)整到最小，使屋面的場(chǎng)地得到充分的應(yīng)用，節(jié)約空間資源。

3.1.2陰影的影響。

陰影分為隨機(jī)陰影和系統(tǒng)陰影。隨機(jī)陰影產(chǎn)生的原因、時(shí)間和部位都不能確定。如果陰影持續(xù)的時(shí)間很短，雖然不會(huì)對(duì)電池板的輸出功率產(chǎn)生明顯的影響，但在蓄電池浮充工作狀態(tài)下，控制系統(tǒng)有可能因?yàn)楣β实耐蛔兌a(chǎn)生誤動(dòng)作，造成系統(tǒng)的不可靠。系統(tǒng)陰影是周圍比較固定的建筑、樹(shù)木以及建筑本身的女兒墻、冷卻塔、樓梯間、水箱等遮擋而成，由于持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)會(huì)對(duì)官府系統(tǒng)輸出功率產(chǎn)生明顯影響的水平。因此系統(tǒng)需要具有相應(yīng)的容錯(cuò)能力，不會(huì)因瞬間的陰影產(chǎn)生誤動(dòng)作（如啟動(dòng)保護(hù)電路）；對(duì)于系統(tǒng)陰影要認(rèn)真勘察現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行回避，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.1.3高效利用

為了獲得較多太陽(yáng)光，屋面坡度宜采用光伏組件全年獲得電能最多的傾角。一般情況下可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐S度+或—10°來(lái)確定屋面坡度，低緯度地區(qū)還要特別注意保證屋面的排水功能。

3.2構(gòu)造要求

（1）安裝在坡屋面的光伏組件宜根據(jù)建筑設(shè)計(jì)要求，選擇順坡鑲嵌設(shè)置或順坡架空設(shè)置方式。順坡架空在坡屋面上的光伏組件與屋面間宜留出有大于100mm的通風(fēng)間隙。控制通風(fēng)間隙的目的有兩個(gè)：一是通過(guò)加強(qiáng)屋面通風(fēng)降低光伏組件背面升溫；二是保證組件的安裝維護(hù)空間。設(shè)計(jì)良好的冷卻通風(fēng)系統(tǒng)，這是因?yàn)楣夥M件的發(fā)電效率隨著表面工作溫度的上升而下降。理論和實(shí)驗(yàn)證明，在光伏組件屋面設(shè)計(jì)空氣通風(fēng)通道，可使組件的電力輸出提高8.3%，組件的表面溫度降低15℃左右。因此光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安裝特別重要。

（2）對(duì)于原有防水側(cè)已經(jīng)破壞的屋面，支座基座部位應(yīng)做附加防水層。光伏組件支座與結(jié)構(gòu)層相連時(shí)，附加防水層應(yīng)包到支座和金屬埋件的上部，形成較高的泛水，地腳螺栓周圍縫隙容易滲水，應(yīng)作密封處理。附加層宜空鋪，空鋪寬度不應(yīng)小于200mm。為了防止卷材防水層收頭翹邊，避免雨水從開(kāi)口處滲入防水層下部，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求做好收頭處理。卷材防水層應(yīng)用壓條釘壓固定，或用密封材料封嚴(yán)。

（3）需要經(jīng)常維修的光伏組件周圍屋面、檢修通道、屋面出人口以及人行通道上面應(yīng)設(shè)置剛性保護(hù)層保護(hù)防水層，一般可鋪設(shè)水泥磚。

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既有建筑平屋面光伏系統(tǒng)的安裝分類

4.1屋頂獨(dú)立式

4.1.1獨(dú)立基礎(chǔ)式安裝

獨(dú)立基礎(chǔ)式安裝系統(tǒng)適合于屋面荷載小和風(fēng)荷載小的地區(qū)，一般適用于中低層建筑。光伏安裝系統(tǒng)基礎(chǔ)采用混凝土澆注預(yù)制，尺寸長(zhǎng)、寬、高可自定，在混凝土塊頂面預(yù)埋地腳螺栓平放在水泥屋頂上。它具有不破壞原有屋面防水層、保溫層，點(diǎn)式基座利于屋面排水等特點(diǎn)；同時(shí)預(yù)制的混凝土塊方便屋頂?shù)跹b，減少人工、降低成本，適用于工程造價(jià)低，施工速度快的工程項(xiàng)目。

4.1.2條形基礎(chǔ)式安裝

條形基礎(chǔ)式安裝系統(tǒng)適合荷載量較大的平面屋頂，底部框架使用優(yōu)質(zhì)鋁導(dǎo)軌，預(yù)埋螺栓固定，支撐件材料為不銹鋼，牢固美觀，鋁合金導(dǎo)軌與單元連接設(shè)計(jì)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)二次加工。適用于任意規(guī)格晶硅組件及部分薄膜組件；在水泥基礎(chǔ)面上安裝預(yù)埋地腳螺栓，根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)安裝角度具有較高的適應(yīng)性；基座布置方面與屋面排水方向不垂直，利于屋面排水；所需人工量較少適用于工程造價(jià)不高的項(xiàng)目。

4.1.3負(fù)重基礎(chǔ)式安裝

負(fù)重式安裝系統(tǒng)，無(wú)需破壞原有防水層，適用于平面屋頂荷載量較大的情況。底部框架使用優(yōu)質(zhì)鋁導(dǎo)軌，固定采用水泥塊或石塊等重物，支撐件材料為不銹鋼，牢固美觀，獨(dú)創(chuàng)的鋁合金導(dǎo)軌與單元連接設(shè)計(jì)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)二次加工。不破壞原有防水層，無(wú)需防水處理；適用于任意規(guī)格晶硅組件及部分薄膜組件；底框上安裝可調(diào)負(fù)重框，上面放置水泥塊、石塊等；根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)安裝角度。但基座布置方向與屋面排水方向垂直，不利于屋面排水增加了屋面荷載，不適合于降雨量達(dá)又不能很好解決排水問(wèn)題的屋面工程項(xiàng)目。

4.1.4全鋼可調(diào)式安裝

全鋼可調(diào)式系統(tǒng)安裝支架后立柱可以自由做長(zhǎng)度調(diào)整，立柱上的安裝固定座可以多角度旋轉(zhuǎn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以非常方便的實(shí)現(xiàn)光伏組件在高度和角度上的調(diào)整。支架結(jié)構(gòu)件全部采用鍍鋅型鋼，強(qiáng)度好，成本低；安裝角度在一定范圍內(nèi)可自由調(diào)整，以適應(yīng)不同安裝場(chǎng)地；采用通用組件固定方式，方便可靠；利于屋面排水，工程適用范圍較廣。

4.1.5工程塑料固定式安裝

工程塑料固定式中的承重部件采用工程塑料制造。工程塑料由聚酰胺制作，該塑料不但要求能在高溫下保持極低的蠕變性，在低溫下也表現(xiàn)出了優(yōu)異的韌性和剛性；高比例玻璃纖維增強(qiáng)的聚酰胺還具有優(yōu)異紫外耐受性和耐候性，在戶外條件下壽命長(zhǎng)達(dá)20年，能滿足如雪載、風(fēng)壓等的承重要求；系統(tǒng)制造工藝中，使用扣接、骨架和擋板未排水和布線，使得部件非常輕巧和易于安裝，太陽(yáng)能板在平頂上的安裝變得更加簡(jiǎn)單快捷，且具有良好的太陽(yáng)能裝置成本效益，適用于戶外工程項(xiàng)目施工。

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山東建筑大學(xué)1MW太陽(yáng)能光伏發(fā)電示范項(xiàng)目

山東建筑大學(xué)位于濟(jì)南市東部地區(qū)，地處北緯36°40′，東經(jīng)117°0′。濟(jì)南屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。濟(jì)南市全年輻射總量為5251.8MJ/m²，年平均日照時(shí)數(shù)2582.3小時(shí)，年日照百分率58.3%。校園樓房等建筑物多為平頂屋面，建筑物的屋面承載力較強(qiáng)，比較適合建設(shè)屋頂太陽(yáng)能光伏電站。山東建筑大學(xué)在學(xué)生公寓梅園1#、2#、3#樓頂平面；松園1#、2#、3#樓頂平面；竹園1#、2#樓頂平面校圖書(shū)館與信息樓樓頂平面；校辦公樓樓頂平面；大學(xué)生活動(dòng)中心樓頂平面進(jìn)行太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的排布。

本項(xiàng)目本著投資小，安全可靠性高，施工安裝方便，節(jié)省工期的特點(diǎn)，選用了獨(dú)立基礎(chǔ)式安裝系統(tǒng)。支架檁條采用角鋼50×5，立柱采用槽鋼，材料為Q235A，并進(jìn)行熱鍍鋅處理。組件采用高強(qiáng)度鋁合金壓塊固定?；A(chǔ)采用C30混凝土澆注預(yù)制，平放在水泥屋頂上，基礎(chǔ)尺寸長(zhǎng)約700mm，寬約300mm，厚度方向，因存在流水坡度，最薄處約300mm，上平面在同一水平面內(nèi)，每個(gè)基礎(chǔ)重量約為151.2kg。方便屋頂?shù)跹b（最高屋頂約30m）。

6 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)光伏安裝系統(tǒng)在既有建筑平屋面改造中的種類分析及實(shí)際的施工項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)的研究了不同安裝結(jié)構(gòu)類型的優(yōu)劣勢(shì)，為從事光伏設(shè)計(jì)人員與施工者提供一定程度的指導(dǎo)意見(jiàn)，為國(guó)內(nèi)既有建筑的光伏一體化設(shè)計(jì)施工提出相應(yīng)參考。