光伏建筑屋面

光伏建筑屋面（精选6篇）

光伏建筑屋面 篇1

光伏建筑屋面是把太阳能同建筑屋面结合的新型建筑屋面,是建筑屋面概念的拓宽和发展。光伏屋面是光伏建筑一体化(Building Integrated Photovoltaic,BIPV)的主要应用方式,是21世纪建筑屋面及光伏技术市场的需求,是科学技术发展和人类社会进步的必然。光伏建筑屋面将成为21世纪最重要的新兴产业之一。

2008年,世界金融危机以及与之相伴的能源安全问题,作为世界各国政府密切关注及深入研究的课题,亦被提上议事日程,世界各国从保护国家安全的角度,制定和调整本国的能源战略。为了对付世界性的能源、环境、金融等危机的影响,各国政府高度重视可再生清洁新能源,并把太阳能发电作为首选发展方向。扩大对可再生能源领域尤其是太阳能产业的投资,设法拉动太阳能应用产品的内需市场,是最值得给予特殊政策加以扶持的领域之一。

美国迫切需要太阳能等新能源替代传统能源,将更多地向太阳能等新能源技术投资。总统奥巴马提出的经济刺激计划中,首要的就是发展光伏发电能源,力图恢复美国在能源技术方面的国际领先地位,并使光伏发电可再生能源成为美国经济复苏的“发动机”。早在1997年,美国已制订了百万光伏屋面计划(表1),奥巴马政府又将在2010年制订更加宏伟的光伏屋面计划。

德国于1999年开始10万光伏屋面光电幕墙计划,每个系统定为5 k W,总容量可达500 MW;日本截至1997年已建立1 600个光伏屋面,容量为37MW。预计到2010年,太阳能电池产量将达到1 800MW/a以上,年产值将超过42亿美元。2008年世界金融危机以后,德国、西班牙、意大利、法国等多个欧盟国家及日本相继出台新政策,强化部署发展太阳能产业;中东产油国纷纷把传统能源产业利润转投太阳能光伏产业;印度、印尼等发展中国家开始出台实质性的扶持光伏产业发展的新政策。

2009年3月,胡锦涛总书记等中央领导在“2009中国国际节能减排和新能源科技博览会”上,反复强调:“要大力推进节能减排,积极开发新能源”;温家宝总理在广东调研时明确指出:“太阳能电池是可再生能源、清洁能源发展的重要载体,也是我国电力工业、能源工业的重要方向”。之后,国家财政部、住房和城乡建设部发出《关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见》(财政部财建[2009]128号),财政部同步印发《太阳能光电建筑应用财政补助资金管理暂行办法》(财建[2009]129号)以及《关于印发太阳能光电建筑应用示范项目申报指南的通知》(财办建[2009]34号)。上述三文件推出了大幅度补贴示范性光伏发电项目的政策。即将出台的新能源发展规划有三方面的意义:第一是应对当前的金融危机,扩大内需、拉动投资、增加就业;第二是应对气候变化,调整能源结构,保证能源的可持续发展;第三是抢占未来经济发展的制高点,提升中国能源的国际竞争力。这项“金太阳”工程的重点内容,将以国家财政补贴的形式,支持国内光伏市场的启动,把新能源的发展提高到前所未有的“战略高度”。

2005年年底发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,太阳能BIPV技术被明确列为能源领域优先主题———可再生能源低成本规模化开发利用重点研究目标。中国将进一步把这一技术作为能源技术发展的优先主题,大力提高一次能源和终端能源利用技术水平;提升能源装备制造水平,加强能源领域前沿技术研究和基础科学研究;探索太阳能BIPV新能源的新途径,大力推进这一先进适用的新能源技术的产业化。

总之,中国把推动BIPV应用作为扩内需、调结构、保增长的重要着力点。光电屋面和BIPV的应用,对中国乃至世界太阳能产业注入了新的活力。财政部、科技部、国家能源部于2009年7月16日发布的《金太阳示范工程财政补助资金管理暂行办法》(财建[2009]397号)明确规定:金太阳示范工程综合采取财政补助、科技支持和市场拉动方式,加快国内光伏发电的产业化和规模化发展,以促进光伏发电技术进步。若光电幕墙每m2造价控制在4 000元左右,按补贴50%计每m2补贴为2 000元,这相当于投资每m2造价2 000元左右普通幕墙的资金建造了一座光电幕墙,投入营运后,估计10年可以收回全部投资。

目前,上海已有“十万光伏屋面计划”的规划。在上海2亿m2的屋面中,绝大部分是建国后建造的薄板平屋面。多年来,这些屋面除遮阳挡雨外无其他功能,在视觉上也略显单调。相比屋面绿化和平改坡,安装“太阳能并网屋面光伏发电系统”则能让屋面的价值最大化。北京启动“万户光伏屋面计划”和“百个光伏屋面示范项目”,将逐步把北京建成“太阳城”。到2020年,中国光伏屋面安装量则很有希望突破20GW。

综上所述,推广发展光伏屋面既是应对当前金融危机的一项重要举措,也是今后持续发展的一个新的经济增长点。

1 光伏建筑屋面

太阳能光伏建筑屋面,是将太阳能发电(光伏)产品集成或结合到建筑屋面上的技术。它不但具有屋面外围护结构的功能,同时又能产生电能供建筑使用。BIPV是“建筑物产生能源”新概念的建筑,是利用太阳能可再生能源的建筑。

太阳能光伏建筑屋面不等于太阳能光伏加建筑屋面,不是两者简单的“相加”,而是根据节能、环保、安全、美观和经济实用的总体要求,将太阳能光伏发电作为建筑屋面的一种体系引入建筑领域,纳入建设工程基本建设程序,同步设计、同步施工、同步验收,与建设工程同时投入使用,并且同步后期管理,使其成为建筑有机组成部分的一种理念、一种设计、一种工程的总称。

光伏建筑屋面的核心技术,一体化设计、一体化制造、一体化安装(图1);而其辅助技术则包括了低能耗、低成本、优质、绿色的建筑材料技术。它也是房地产业未来发展的新天地。我国的建筑业正处在由粗放型转向精密型的过渡时期,随着BIPV的应用,房产的升值将会逐步地转变到更多地依靠科技价值的含量和提升,以及采用更加科学和严格的价格评价体系上来,从而告别房地产只能靠恶性炒作加快升值的时代,使建筑行业能够协同采用多门高新技术,丰富建筑物的科技内涵,提高其使用价值,成为产品附加值高的高产出行业。所有这些,同时也使建筑工程行业极大地拓展自己的市场和发展空间,成为我国社会和经济发展的支柱型产业之一。

2 光伏建筑屋面应用优势

2.1 有效利用建筑屋面

由于太阳能能量密度较低且高度分散,为提供所需的能源,必须有足够的接收面积。据测算,为满足2000年全球电力的需求,以太阳能电池能源转换率10%计算,需要的接收面积为840 km×840 km=640 000 km2,这相当于德国和意大利两个国家面积的总和。我国1995年的发电量约为1亿MW·h,如果全部用太阳能电池发电,其接收面积约需12 500 km2,比天津市还要大。以上数值表明,太阳能能量所需接收面积相当可观,而光电与建筑屋面一体化将有效利用建筑物的建筑屋面外表面积,是解决接收面积的主要途径(图2—3)。

2.2 可降低成本

研究表明,如果设计院、建材生产商和光伏制造商能够充分协作,光伏建筑屋面一体化发电,单位制造成本比单独生产光伏组件的成本低,可能比单独的光伏发电还要低。

2.3 就近利用能源

我国人口多,电力需求量大,这个问题大、中城市更为突出。电力负载主要在建筑物内或其四周,光电建筑屋面充分利用建筑物屋面之外部空间面积,自产能源,可减少电缆线架设及电力输送之损耗(就近利用),且光伏建筑屋面系统与建筑、艺术及生活紧密结合。

2.4 隔热性好

根据能量守恒定律,光伏电池把太阳能转换为电能。光伏屋面的光伏电池吸收了热量,其中只有10%得以进入室内,因而它比纯玻璃屋顶或幕墙隔热性好。珠海某光伏屋面2007年7月20日所测太阳能薄膜电池BIPV室内与室外(屋顶离地0.5 m处)的温度,见表2。实测表明,光电玻璃确有隔热作用。

2.5 防灾

日本神户地震许多发电设施遭地震破坏,但有很多光伏建筑屋面则完好并正常运行,因此日本现在很多电讯、机关、医院、学校都装设了光伏建筑屋面(图4)。

3 光伏建筑屋面一体化方式

3.1 光电板(PV板)与屋面一体化

PV板做成屋面板或屋瓦的形式覆盖平屋面或坡屋面的整个屋面,后者具有更高的灵活性。PV板与屋面一体化一是可以最大限度地接受太阳光的照射,二是可以兼做屋面的遮阳板或者做成通风隔热屋面,减少屋面夏天的热负荷。PV板与屋面构造的做法有两种,一种是兼为屋面防水构造层次的部分,这时要求PV系统具有良好的防水性能;另一种是单独作为构造层次位于防水层之上,后者对于屋面防水具有保护功能,可以延长防水层的使用寿命。光伏建筑屋面的应用方式,见图5。

3.2 光伏光热双层屋面

3.2.1 双层光伏屋面:

光伏屋面实际应用中,太阳能电池有80%的太阳能并没有转化成电能,而是转化成了热能,这将会使光伏电池在吸收太阳能的同时工作温度迅速上升,导致发电效率下降。如何保持光伏电池较低的工作温度以提高发电效率,是光电屋面系统应用的关键。如在电池板的背面铺设冷却通道,带走光伏电池的热量,同时把这部分热量加以利用,这种系统就是光电光热综合利用(Photovoltaic-thermal,PV/T)系统。该系统在保证电力输出的同时,降低了由于生活用热水增加的建筑能耗,室内空调负荷的减少亦可达20%以上,为建筑节能和推广光电光热屋面系统提供了一种新的思路。光伏光热屋面系统的冷却有通风、通水及冷却剂3种方式,见图6。

3.2.2 热-电-冷联供扁管系统的光伏光热屋面：

光伏光热屋面系统中,光伏组件与系统的蒸发器结合成一体,在系统接收到的太阳辐照中,短波部分被光伏电池转化为电流输出,长波部分被作为系统蒸发器的热源加以利用,使太阳能从光电、光热两个方面被综合利用。BIPV/T扁管系统原理,如图7所示。

该系统主要包括压缩机、板式冷凝换热器、膨胀阀、PV/T蒸发器、控制系统等几部分。其中,PV/T蒸发器包含光伏组件,用于电流输出,可提供系统运行所需的全部或者大部分电能。

3.2.3 光伏光热复合组件的光伏光热屋面:

光伏光热复合组件系统包括热箱系统、复合光伏光热系统、空调系统以及控制和测试系统。光电光热屋面存在着两种能量收益,即电能和热能,它能同时满足建筑的不同能耗需求,这就决定了该系统不同于传统的单一的BIPV系统和单一太阳能热水系统。

光伏电池组件与吸热板结合的方式为:将太阳电池组件粘贴在吸热板表面,构成光伏光热复合吸收板。其中光伏电池组件采用特殊制作工艺,将各层包括硅胶、TPT(Tedlar Polyster Tedlar)和带EVA(Ethyl Vinyl Ace-rate)的电池按照光电玻璃—光电板—电热板—传热板的顺序叠放,再以粘贴好光伏电池组件的光伏光热复合吸收板为核心,组成一个光伏光热复合模块,其结构示意见图8。

3.3 光伏LED多媒体动态天幕

LED多媒体动态天幕是光伏屋面一种应用方式,简单地讲就是将LED技术与屋面系统相结合的产物。根据建筑需要,可将LED彩色动态照明系统、LED彩色显示系统与建筑屋面系统有机地结合起来,在不影响建筑物其它功能(如室内照明采光、建筑外观效果)的前提下,实现建筑功能的拓展与建筑夜视美化的目的。光伏LED一体化夹层由太阳能电池和LED半导体的透明基板组成,可放置在屋面边框内构成光电单元,可以模块化。太阳能光伏发电技术能与LED结合的关键,在于两者同为直流电、电压低且能互相匹配。这种系统将获得很高的能源利用率,较高的安全性、可靠性和经济性。太阳能电池与半导体照明LED一体化,是太阳能电池和LED技术产品的最佳匹配,是集发电、照明、多媒体、建筑节能、动态天幕于一体的新型系统(图9—11)。

光伏建筑屋面 篇2

本刊讯根据中国工程建设标准化协会文件 (建标协字【2013】119号) 要求, 住房和城乡建设部住宅产业化促进中心与成都市无比节能科技有限公司联合组编的《竹结构技术规程》、《竹骨架组合墙体技术规程》和与浙江合大太阳能科技有限公司联合组编的《民用建筑屋面光伏发电系统与建筑一体化技术规程》日前正式启动编制工作, 并有望于2014年底前正式颁布实施。

编制工作会议分别由中国工程建设标准化协会木材及复合材结构委员会秘书长杨学兵教授和中国工程建设标准化协会技术标准部副主任贺鸣主持, 住房和城乡建设部住宅产业化促进中心副主任梁小青和中国工程建设标准化协会这副理事长兼秘书长焦占拴与有关专家及标准编制单位人员参加了标准编制启动工作会议。

梁小青副主任在标准编制启动工作会议上要求标准编制工作要以科学性、权威性和适用性等为编制原则, 并以国家康居工程为载体注重实际应用。与会有关专家听取了标准编制单位的汇报, 并对三标准初稿进行了讨论并提出修改意见。会议建议并同意将《竹结构技术规程》改名为《竹结构住宅技术规程》, 将《民用建筑屋面光伏发电系统与建筑一体化技术规程》改名为《太阳能光伏发电系统与建筑一体化技术规程》, 并要求编制单位按照标准编制程序以及对标准提出的修改意见完成标准编制工作。

分布式光伏发电系统屋面防水 篇3

关键词：分布式光伏发电系统,屋面,防水

分布式光伏发电特指在用户场地附近建设的光伏发电设施,运行方式以用户侧自发自用、余电上网, 且在配电网系统内平衡调节为特征。该系统设备包括:光伏组件、支架、逆变器、配电柜、计量表及双向电表等。

分布式光伏发电是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式,它倡导充分利用当地太阳能资源,减少石化能源消费,不仅能有效提高同等规模光伏电站的发电量,同时还有效解决了电力在升压及长途输运中的损耗问题。

目前,建在建筑物之上的光伏发电系统是一种应用广泛的分布式光伏发电系统,简称BMPV(Building Mounted Photovoltaic),涉及的建筑物包括民用建筑、公共建筑、工业建筑等一切可以承载光伏发电系统的建筑物。

BMPV又可以分 为BIPV(Building Integrated Photovoltaic)和BAPV(Building Attached Photovoltaic) 两种形式。

BIPV,是与建筑物同时设计、同时施工和安装, 并与建筑物形成完美结合的光伏发电系统,也称为“构建型”和“建材型”光伏建筑系统,是将光伏阵列作为建筑结构的功能部分,包括用光伏组件取代传统的屋面材料,如屋面板、瓦、石板瓦、金属屋面、窗户、遮雨棚等。它作为建筑物外围护结构的一部分,既具备发电功能,又具有建筑构件和建筑材料的功能,甚至还能提升建筑物的美感,与建筑物形成完美的统一体。

BAPV,则是附着在建筑物上的太阳能光伏发电系统,也称为“安装型”光伏建筑系统。它的主要功能是发电,与建筑物功能不发生冲突,不破坏或削弱原有建筑物的功能。

本文讨论的分布式发电系统,主要是指BAPV系统。

1 BAPV 系统屋面防水设防

当前,国家相关规划明确提出:鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。在国家及地方政府政策的大力支持下,分布式光伏发电系统的应用已越来越广泛,占光伏发电系统的总装机容量的比例达到57%以上,将成为未来光电的重要发展方向。

BAPV系统中,光伏组件在屋面上的安装方式, 不仅要考虑日照和阴影,而且要因屋面形式而异。在工程上,组件的安装必须考虑荷重、耐风压、抗地震、排水、防水以及防雷等问题[1]。因为工程主要涉及到光伏支架与屋面的结合,进而涉及屋面防水问题,因此设计方案、工程施工质量的优劣,不仅关系到建筑物的使用寿命,而且直接影响到建筑内的生产活动或民生的正常进行。目前,由于分布式光伏发电处于市场导入期,竞争激烈,系统的设计、施工质量良莠不齐,对所在屋面的防水问题更应予以重视。

各类屋面工程包括屋面结构层以上的屋面找平层、隔汽层、防水层、保温隔热层、保护层和使用面层, 是房屋建筑的一项重要的分部工程。根据建筑物的性能、重要程度、使用功能及防水层合理使用年限等要求,国家标准GB 50207—2007《屋面工程质量验收规范》规定,将屋面防水划分为四个等级,并规定了不同等级的设防要求及防水层厚度[2]。

对于BAPV来说,城市中较大型的公共建筑和别墅屋面防水属于Ⅱ级设防;一般的工业与民用建筑、普通住宅、一般办公楼、学校、旅馆等屋面防水属于Ⅲ级设防。

2 BAPV 安装方式及 BAPV 屋面渗漏原因简析

2.1 BAPV安装方式

光伏组件的安装方式因屋面形式而异。大部分是采用分离式设计,灵活性较大,以点式连接构件架空在屋面结构之上,在不影响原有屋面功能的同时,创造较好的通风条件,使太阳能电池板获得最佳的工作效率,维护也比较方便,特别适用于平屋面和坡屋面上[3]。

平屋面BAPV常见安装方式有:混凝土配重法 (含浇注混凝土基座法和预制混凝土块配重法)、现浇混凝土连接屋面法、化学锚固螺栓固定法等。

坡屋面BAPV常见安装方式有:连接屋面主结构法、专用夹具固定法、双组分胶粘接法(轻量安装法[4])。

2.2 BAPV 屋面渗漏原因简析

BAPV系统施工案例中,在结构载荷等设计正确的前提下,如果正确、安全、文明施工,且不进行屋面钻孔,一般来说也不会破坏屋面防水层,造成屋面渗漏。这类的施工方法有:混凝土配重法、钢构连接法、专用夹具固定法、双组分胶粘接法等。

造成屋面可能发生渗漏的情况,有如下几种:

1) 在混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面上安装光伏支架时,利用预埋螺栓、膨胀螺栓或化学锚固螺栓固定法安装光伏支架的工程;

2)在钢结构坡屋面上安装光伏支架时,对于彩钢板肋板截面为梯形的情况,利用自攻螺丝将支架与彩钢瓦屋面牢固固定的工程;

3)电缆套管或屋面给水管道穿过屋面板;

4) 屋面彩钢板锈蚀并出现漏点,或局部区域锈蚀;

5)错误、粗暴的施工方法。

上述几种情况,都有可能在系统安装过程中破坏屋面原有防水层或防水瓦片,使屋面在光伏系统使用寿命期内发生渗漏。但在使用条形基座且基座与排水方向垂直布置时,则有可能阻碍屋面雨水排放,造成渗漏。另外,即使在光伏系统安装过程中做了屋面防水处理,但由于施工质量和自然环境的原因,如在气候恶劣地区,经历年冻融循环、日晒等,屋面起鼓开裂,在加速防水层老化及破损后,屋面亦很有可能在后期发生渗漏[5]。

3 BAPV 屋面防水

屋面防水处理遵循的一般原则是:宜导不宜堵, 即保证节点的处理,在暴雨积水时能顺利地让水泻掉而保障屋面不漏。因此,在设计时首先应使支架基座不与排水方向垂直布置,不阻碍屋面雨水排放。另外, 施工中在既有屋面上采用直接放置支架基座的方式安装光伏系统时,基座不与原屋面的结构层发生关系,并保证基座放置平稳、整齐,采取措施进行固定, 避免发生倾覆、滑移等现象。由于基座与结构层不发生关系,设置附加防水层困难,应尽量保全原屋面的防水层,防止发生渗漏[6]。

对于必须打孔破坏原屋面的情况,则要做到因地制宜,根据不同情况做不同处理。

3.1 BAPV 混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面防水

对于混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面(上覆瓦片)的新建建筑,通常在设计时就应预埋螺栓,按照常规做法做好屋面防水。

对于有混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面(上覆瓦片)的既有建筑,应首先确认屋面结构。将光伏组件基座与结构层连接时,基座顶部金属埋件周边是防水薄弱环节,若处理不当,雨水易从埋件的螺栓周围下渗到结构层,对结构层的受力钢筋造成腐蚀,形成安全隐患。因此,设置光伏组件基座时,应将防水层铺设到基座和金属埋件的上部,并在地脚螺栓周围做密封处理;穿防水层处用防水密封胶填实,隔绝雨水下渗路径(图1);此外,还应在基座下部增设一层附加防水层,即使基座顶部发生渗漏,雨水也不会下渗到结构层[7]。

对于有混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面的既有建筑,若使用化学锚固螺栓固定支架,应首先确认保护层或使用面层的厚度。对于单位面积承重较大的预制楼板屋面,可在屋面现浇一定厚度的混凝土层, 固化后利用化学锚固螺栓固定支架。对于上覆瓦片的坡屋面,应确认打孔深度,将化学锚固螺栓固定后,螺栓穿过瓦片的位置应使用防水密封胶做密封处理(图2)。化学锚固螺栓由于承载能力大,抗疲劳、耐老化, 部分型号能承受动载荷和冲击载荷;对基体无膨胀力,不产生挤压应力,因此,不会对屋面防水造成不良影响[8]。

3.2 BAPV 金属屋面防水

对于金属屋面来说,需要将光伏系统的钢结构穿透原防水层及压型钢板,固定在建筑的主体钢结构上 (图3);再参照金属屋面防水做法,进行隔汽、保温及防水处理。施工的重点是去锈蚀、密封、对基层及外围涂刷防水涂料[9]。

对金属屋面的局部漏点,应采用优质中性耐候密封胶涂抹封堵;对于局部锈蚀严重的彩钢板,在安装光伏组件前需要更换。

1)对于彩钢板肋板截面为梯形的情况:光伏支架通常是通过自攻螺栓与彩钢板从侧面或顶面连接。自攻螺栓必须带有配套的耐候密封防水垫片,且在固定完毕后,螺钉处须使用优质中性耐候密封胶涂抹。

2)对于有电缆套管穿屋面板的情况:在现有国标的图集上均载有做法。具体做法可参考国标图集01J925—1《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》、06J925—2《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造 (二)》、08J925—3《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(三)》。设计和施工中,可根据实际工程的具体情况选用。

3)对于电缆穿屋面板的情况:可采用得泰盖片进行防水。得泰盖片是一种屋面防水结构,经常用在有彩色压型钢板的屋面上,采用EPDM或SILICONE柔性材料制成,具有良好的物理性能和耐化学腐蚀性能,可克服刚性防水材料的漏水等问题。

4 结语

UL关注屋面光伏系统的安全性 篇4

光伏组件安装和运行安全的2大关注点是电击和防火。

光伏组件测试

自上世纪80年代起, UL实验室就参与了测试光伏产品安全性的工作，并首次制定了光伏组件安全标准，即UL 1703《平板光伏组件和光伏板安全性标准》。由于太阳能发电在美国的迅速发展，UL正在开发新的光伏组件测试能力。

2008年，UL在加利福尼亚的圣何塞建立了其最大的太阳能试验和认证机构，由于需要第2年又进一步扩大。在这里可以进行在极端冷、热和下雨情况下光伏组件电气安全、性能和耐久性方面的试验。

在UL总部，防火安全专家进行着火试验，以测定屋面光伏组件是否具有与普通屋面系统类似的耐火性能。

安全试验目的之一是，确认在相关标准中提到的任一种安全方面的隐患。制造商在将其产品推向市场前必须对此加以说明。美国国家电工规范要求，所有在美销售的光伏组件必须符合UL认证标准。

为了更好地服务于世界各地的制造商，UL继续扩大其全球测试和认证网。2008年在中国苏州，2010年初在德国法兰克福建立了光伏中心。在日本的伊势和印度的班加罗尔的机构预计将在今年晚些时候开始运作。

UL光伏测试机构测试产品试样的耐火性、老化性、可靠性以及其它专门的特性。UL光伏测试机构可按UL、国家电工委员会(IEC)和欧洲标准认证要求，在全球范围内对光伏组件进行合格评定。

安装人员认证

为了提高光伏系统的安全性和性能，需要合格的更为专业的施工人员。UL大学为从事住宅和商业屋面光伏系统安装的有资质的电工提供培训和认证服务。培训由行业的投资人、组织、协会合作实施，包括国际电工同业工会、国际电气检查员协会和电气承包商协会等。

UL大学的光伏安装人员培训课程旨在减少那些可能会引起火灾、电击和机械危险以及大大降低产品使用寿命的不安全的光伏安装工程。在5天的课程中，学员将学习光伏系统安装中各种实际操作技能以及各种形式的屋面光伏系统等。

到2010年底，UL预期将有100名学员结业，明年预计将培训1 000名电工和其它行业的人员。

面对挑战

美国太阳能市场所面临的最大挑战是需要降低光伏系统的价格。通过扩大生产规模和太阳能技术的推广来克服这一障碍是有可能的。

随着全球光伏行业的发展和新技术的采用，安全和认证标准同样也必须跟上步伐。UL打算继续在这方面发挥作用。

光伏建筑屋面 篇5

广汽本田汽车有限公司增城厂区位于广东省增城市新塘镇, 改造项目包括厂区内钢屋面结构的零部件 (SP) 仓库一期、临时SP仓库二期、冲焊SP车间、冲压车间和焊接车间, 主体为PVC单层柔性卷材屋面。为了节约能源、实现高效利用厂区工业屋面, 特在单层卷材屋面上添加一道光伏屋面系统, 包括防水面积124 725 m2的9 m×12 m方阵光伏工程和13 723m2的6 m×11 m方阵光伏工程。公共设施、工业屋面等领域大量使用的柔性屋面为光伏提供了大面积的平台, 在单层卷材屋面上安装太阳能光伏系统, 能够在保证屋面防水、保温等功能的同时有效解决柔性屋面系统与光伏结合产生的问题;另外, 对于业主而言, 在屋面上安装太阳能光伏系统, 是增加收益回报的良好机遇。

2屋面系统设计

项目屋面系统设计分两步:1) 设置柔性卷材系统, 在原屋面上铺设, 大面积选用1.5 mm厚PVC防水卷材+无纺布隔离层+40 mm厚聚苯乙烯挤塑保温板+0.3 mm厚PE隔汽膜;2) 设置光伏系统, 在原有的PVC卷材上, 于需要安装光伏板的区域覆盖一层新的PVC防水卷材, 再安装光伏支座及光伏板。项目屋面基本构造层次, 见图1。

3施工工艺

整体屋面施工工艺流程:基层处理→防水卷材铺设→防水卷材固定和搭接→支座安装→工序交接→光伏板安装。

3.1基层处理

施工前需对原屋面进行清理, 去除屋面尖锐的异物, 保证基层达到设计要求。对于使用机械固定的区域, 需检查屋面的稳定性, 以保障后续施工。

3.2防水卷材的铺设

卷材的总体铺设方向应垂直于压型钢板长边方向, 平行于屋脊的搭接缝应顺流水方向搭接, 垂直于屋脊的搭接缝应顺着最大频率风向搭接。

在进行预铺设时, 把PVC高分子卷材松弛地平铺在原屋面卷材上, 保证平整顺直、减少折皱, 并进行适当的剪裁。放样时尽量减少接头, 有接头部位应相互错开至少30 cm, 搭接缝按照有关规范进行操作;焊接缝的接合面应擦拭干净, 无水露点、油污及附着物。

当天铺设的卷材需当天完成焊接, 对于每天施工后留下的接口, 必须采用胶带等有效方式进行保护。

3.3卷材的固定与搭接

如图2所示, 沿PVC防水卷材纵向方向在距边缘至少40 mm的位置使用螺钉和垫片进行卷材的固定, 按照设计及计算要求, 螺钉和垫片平行于卷材边缘均匀排布, 用电动螺丝刀直接将固定螺钉旋入压型钢板波峰至少20 mm。施工时, 以屋面原有的固定垫片为基准点, 找准第一道波峰的具体位置, 根据板型模数, 用尺量或制定模板卡尺, 以保证垫片施工位置的准确性, 降低重复查找率, 保证卷材质量和工作效率。

卷材普通机械固定时, 长边搭接宽度为120 mm、短边搭接宽度为80 mm, 焊接宽度≥25 mm;细部处理时, 搭接宽度≥80 mm, 焊接宽度≥25 mm。

3.4新旧卷材的搭接

由于原屋面存在一部分旧卷材, 施工时需注意新旧卷材的搭接, 采用焊接的方式。正式焊接前需进行试焊, 看新旧卷材是否能够紧密地焊接在一起。试焊时, 采用专用清洗剂在旧卷材的焊接部位进行擦拭, 直至露出卷材本色, 方可与新卷材进行焊接;如果旧卷材个别部分无法擦拭干净, 会导致新旧卷材无法焊接严密, 则需要在新旧卷材焊接后再用补强胶带进行封边处理, 封边粘接时需用压辊将胶带完全压实在卷材上, 见图3。

在进行天窗边缘部位施工时, 从天窗侧立面向屋面延伸一定的范围内保留原PVC防水层, 其余部分全部铺贴一层新的PVC防水卷材, 切除旧卷材部位用U形压条固定。新旧卷材搭接处采用热风焊接, U形压条固定于旧卷材的边缘, 用新卷材覆盖压条部位, 并与旧卷材焊牢。若收口位置焊接不牢, 可用丙烯酸涂料或粘贴胶带进行补强粘接。天窗部位卷材搭接见图4。

3.5支座安装

首先将光伏支架通过紧固螺钉固定于屋面檩条上, 原有基层不用做任何开孔、切割钢板等一系列复杂的工序;其中, 龙骨横向支座布置间距为2.5 m, 纵向支座布置间距为1.5 m, 见图5。利用屋面采光带的位置, 确定第1根檩条的准确位置, 并弹墨线标注, 根据原屋面檩条设计间距, 用尺量准并标注, 根据墨线和施工间距, 进行光伏支架安装施工。由于PVC柔性卷材本身具有良好的可塑性, 且细部节点特配了塑性更好、更柔软的匀质卷材, 可通过热风加热对其进行形状上的改变与加工, 加工后的光伏支座、覆盖片和细部PVC卷材都能完全紧密贴合屋面基层与光伏支架, 通过手工的热风焊接让包裹支架的卷材、覆盖片与基层卷材形成密闭一体式的防水系统。

3.6支座底板密封处理

采用两套专用的高强度檩条钉将固定支座的底盘固定于屋面檩条, 钢板底盘对角安装, 另外两套螺钉固定于屋面钢板上, 用以保持沿屋面薄度方向的稳定性和抵抗沿屋面方向的剪力。预制PVC防水卷材覆盖于底盘并采用热风焊接的方式与大面焊接严密。将支座螺杆四周用裁剪好的卷材包裹, 并与四周卷材热风焊接, 收口部位采用专用收口压条和密封胶封严, 形成一个密闭的防水体系。光伏支座加工完后全部要进行热镀锌, 钢管立柱在中间部位留2个防爆孔, 在中间部位进行防水处理;底部钢板在中间部位留1个孔, 保证热镀锌时锌液从孔流出, 不会存于钢管内而影响防水处理。支座底盘固定示意见图6。

3.7工序交接

首先对施工后的屋面进行清理, 将光伏支座交由专业的光伏厂商进行施工。做好工序上的交接记录, 做到详实准确。

3.8安装光伏板

光伏厂家进场后首先固定安装光伏的次结构, 然后进行光伏板的安装施工, 施工完成后注意对成品的保护。厂房安装光伏板效果见图7。

4结语

光伏建筑屋面 篇6

无锡某1.2MWp屋面分布式光伏电站共布置在4栋面积相同的屋面上, 每栋建筑屋面尺寸均为90m×48m, 此4栋建筑屋面均为上人屋面, 屋面设计荷载标准值为2k N/㎡。屋面为结构找坡, 坡度为3%。屋面电站组件功率为255Wp, 组件尺寸为1952mm×992mm, 重量为28kg, 组件间距为20mm, 组件阵列为2排8列, 共18块, 组件朝南, 倾角25°。

2 光伏支架基础方案介绍

方案一:混凝土支墩配重法。在混凝土屋面上现场浇筑 (重量小的也可预制) 钢筋混凝土支墩, 支墩内一般配置少量钢筋抗裂, 在支墩顶面与支架连接处预埋地脚锚栓或者其他连接件, 光伏支架与配重支墩螺栓连接。配重法基础有两种形式, 根据受力计算结果对支架前后腿分别设置大小不同的独立支墩, 如图1 (a) 所示, 将支架前后腿支墩连为一体, 如图1 (b) 所示。

优点:基础稳固, 结构安全可靠, 不会对原有屋面防水层造成破坏, 若支墩重量不大的话可以预制, 能有效缩短工期, 且光伏支架用钢量较少。

缺点:支墩需要支模, 支墩混凝土浇筑完毕后又需要养护, 需要大量人工, 耗时, 支墩自重较大, 原屋面所增荷载较多, 采用此法需要计算复核查明原有屋面是否具备足够的承载能力。

方案二:预制混凝土压块法。支架与屋面无连接, 简单搁置在屋面上, 将预制混凝土块压在支架底梁上, 通过混凝土压块自身重量和与压块与屋面之间接触面上的摩擦力达到抗倾覆、抗滑移的作用, 保证结构安全。压块采用混凝土预制而成 (压块内无钢筋) , 每个支架上需要配置的压块大小和重量根据计算确定, 一般来讲单个支架底梁上配置多个压块, 这样会有效降低每个压块的重量, 以便于施工和运输, 如图2所示。

优点:节省钢筋、工时, 可提前制作水泥砖, 水泥砖上不需要预埋地脚锚栓和其他连接件, 施工比较简单, 可有效降低工期, 不会对原有屋面防水造成破坏。

缺点:支架用钢量较多, 混凝土块容易开裂, 耐久性不够好, 支架与屋面之间无连接, 可靠性不够好, 混凝土块也对屋面增加了荷载, 采用此法也需要复核计算屋面是否具备足够的承载能力。

方案三:后锚固化学连接法。屋面光伏支架连为一个整体, 每隔一定距离设置一个钢立柱, 钢立柱柱脚下设置钢筋混凝土短柱, 短柱采用化学植筋 (或化学螺栓) 与屋面相连, 因化学植筋 (或化学螺栓) 在原有结构内需要满足一定的锚固长度要求, 故支架柱脚短柱应设置在钢筋混凝土柱顶上或屋面梁上, 施工时需要凿除短柱处屋面面层, 露出结构层, 将化学植筋 (或化学螺栓) 和钢筋混凝土短柱施工完毕后, 再修复屋面面层和防水层, 此种方法多用于不上人钢筋混凝土屋面因不上人屋面的设计活荷载标准值一般为0.5k N/㎡, 屋面不能承受配重方案所带来的新增荷载, 如图3所示。

优点:连接牢固, 结构安全可靠, 光伏支架用钢量少, 原有屋面增加荷载少。

缺点:破坏了原有屋面面层, 有修复不好而漏水的风险。施工较为复杂, 工序较多, 工期较长。

方案四:结构胶粘剂法。采用专门的建筑结构胶粘剂, 将支架支腿直接粘结于混凝土屋面上, 所选用胶粘剂应能长期承受设计应力和环境作用。

优点:省时省力, 安装快捷, 节省材料。

缺点:国内案例较少, 在设计使用年限内的耐久性、可靠性有待考验。

3 方案选择和计算

此工业园1.2MWp屋面电站项目业主要求工程设计使用年限为25年, 设计院必须保证项目在设计使用年限内的安全可靠性, 并要特别保证原有建筑的安全可靠。而原有屋面为上人屋面, 设计活荷载为2.0k N/m2, 则四种方案都可以考虑, 又由于方案三破坏了原有屋面面层、方案二的可靠性不好、方案四的耐久性有待验证, 故选取方案一, 方案一也有独立支墩和整体支墩之分。下面介绍计算支墩大小所需的荷载取值和计算方法:

支架间距取为2.7m, 组件及支架自重取值为0.15k N/㎡。

根据《建筑结构荷载规范》表E.5, 查得无锡市的风压值为:

10年一遇风压w0=0.30k N/㎡、100年一遇风压w0=0.50k N/㎡;

根据《建筑结构荷载规范》E.3.4式, 换算成25年一遇基本风压:

w0=0.30+ (0.50-0.30) × (ln R/ln10-1) =0.30+0.20×0.39794=0.38 k N/㎡。

屋面地处无锡市某工业园内, 地面粗糙度类别为B类, 屋面最高处离地面高度接近20m。

根据《建筑结构荷载规范》表8.2.1, 风压高度变化系数μz=1.23;

根据《光伏发电站设计规范》6.8.7条, 风荷载体型系数μs=1.3;

垂直于组件的风荷载标准值为wk=μz×μs×w0=1.23×1.3×0.38=0.61k N/㎡。

(1) 若基础采用独立支墩, 根据竖向力的平衡, 支架前腿支墩需取为0.4m×0.4m×0.469m, 假设后腿支墩尺寸为La长×La宽×0.4m高, 独立支墩支架受力模型如图4所示。

前腿支墩自重G1k=0.4m×0.4m×0.469m×25k N/m³=1.88k N;

后腿支墩自重G2k=Lam×Lam×0.4m×25k N/m³=10×La×Lak N;

组件和支架本身自重自重G 3 k=0.15k N/㎡×2.7m×3.924m=1.59k N;

垂直于组件的风荷载G4k=0.61k N/㎡×2.7m×3.924m=6.463k N;

倾覆力矩Mq=G4k×1.883m=6.463k N×1.883m=12.17k N·m;

抗倾覆力矩Mk=G1k×0.2m+G2k×2.7m+G3k×1.45m=2.6815k N·m+27×La×Lak N·m;

根据《地基基础设计规范》抗倾覆稳定性验算公式Mk/Mq≥1.6, 计算得La≥0.8m。

则每个支架的支墩混凝土用量为0.4m×0.4m×0.469m+0.8m×0.8m×0.4m=0.3664m³。

(2) 若基础采用整体支墩, 支架整体支墩尺寸假设为Lb长×0.4宽×0.4m高, 整体支墩受力模型如图5所示:

将整体支墩总重量分为两个部分G1k+G2k,

G1k=0.4m×Lbm×0.4m×25k N/m³=4×Lbk N;

G2k=Lbm×3%×Lbm/2×0.4m×25k N/m³=0.15×Lb×Lbk N;

组件和支架本身自重自重G 3 k=0.15k N/㎡×2.7m×3.924m=1.59k N;

垂直于组件的风荷载

G4k=0.61k N/㎡×2.7m×3.924m=6.463k N;

倾覆力矩

Mq=G4k×1.883m=6.463k N×1.883m=12.17k N·m;

抗倾覆力矩

Mk=G1k×Lb/2+G2k×Lb/3+G3k×1.45m

=2×Lb×Lbk N·m+0.05×Lb×Lb×Lbk N·m+2.31k N·m

根据抗倾覆稳定性验算公式Mk/Mq≥1.6, 计算得Lb≥2.8m。

则每个支架的支墩混凝土用量为 (0.4m+0.4m+2.8m×3%) ×2.8m/2×0.4m=0.495m³。

故无锡工业园1.2MWp屋面电站项目最终选择混凝土支墩配重法中的独立支墩方案, 在光伏组件投影面积内屋面每平方荷载增重为 (0.3664m³×25k N/m³+1.59k N组件支架自重) /2.7m/ (3.924m×Cos25³) =1.12k N/㎡<2.0k N/㎡, 屋面满足荷载要求。

结语

总之, 混凝土屋面分布式光伏支架基础方案应根据具体工程特点 (荷载情况、项目工期、材料用量等) , 多方比较, 力求满足安全、适用、经济、合理、美观的要求, 同时尽可能的降低工程造价和缩短工期。

摘要：分布式光伏电站, 俗称屋面电站, 即利用商场、工厂、民宅等屋面建设的电站。因光伏发电属于无污染、无噪音的清洁能源和可再生能源, 受国家产业政策鼓励和大力扶持。分布式电站市场启动以来, 国内出现了大量小型太阳能项目, 分布式光伏电站有着规模小、数量多、项目分散的特点, 相当一部分电站建设在混凝土屋面上, 光伏支架与原有屋面如何连接、支架采用何种基础形式成为结构设计的重要部分, 混凝土屋面电站常用的基础方案一般有四种:混凝土支墩配重法、预制混凝土压块法、后锚固化学连接法、结构胶粘剂法, 本文对此做法进行了比较和说明, 并针对具体项目选定了基础方案, 且出具了详细荷载取值及计算过程, 可供类似工程参考。

关键词：分布式电站,混凝土屋面,计算方法

参考文献

[1]祁建洲.混凝土平屋面光伏组件支架的连接设计[J].门窗, 2012 (05) .

[2]GB 50009-2012, 建筑结构荷载规范[S].

[3]GB 50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S].