薛一冰　陳琨

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

關鍵詞：既有建筑；平屋面；光伏；安裝

中圖分類號：TU113.1

文獻標識碼：A

文章編號：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)進行綜合設計與利用。由于我國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，對既有建筑平屋面進行光伏設計具有光伏發(fā)電系統(tǒng)靠近用戶，光伏裝機容量較小，滿足于用戶需求并支持現有電網運行；用戶自行控制；減少輸配線損失；起到調峰降壓等作用。隨著技術的進步和市場的擴展我國相繼頒布了《關于組織申報金太陽和光電建筑應用示范項目的通知》、《關于做好分布式光伏發(fā)電并網服務工作的意見（暫行）》等法規(guī)條例為國內私人業(yè)主及企事業(yè)單位安裝光伏上網提供了相應的經濟鼓勵機制與法律法規(guī)；同時由于國外市場的萎縮大量企業(yè)開始注重國內市場的開闊與發(fā)展，使大量新技術新設備得以應用；因此當前我國發(fā)展光伏與既有建筑結合恰臨前所未有的機遇。但是對于大量現存的既有建筑而言，太陽能光伏設備的安裝較為不易，如適當的預埋件尚未裝置，改造時給太陽能裝置的安裝造成了一定的障礙；增加建筑負荷可能損害建筑結構；破壞既有建筑保溫構造等因此尋找一種適合我國既有建筑實際狀況，又能具有較高經濟性的系統(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)的設計安裝優(yōu)勢

建筑物屋頂作為吸收太陽光部件有其特有的優(yōu)勢，如：日照條件好，不易受遮擋，可以充分接受太陽輻射，系統(tǒng)可以緊貼屋頂結構安裝，減小風力的不利影響，并且太陽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)的設計安裝注意事項

3.1排布要求

3.1.1光伏陣列布局

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

3.1.2陰影的影響。

陰影分為隨機陰影和系統(tǒng)陰影。隨機陰影產生的原因、時間和部位都不能確定。如果陰影持續(xù)的時間很短，雖然不會對電池板的輸出功率產生明顯的影響，但在蓄電池浮充工作狀態(tài)下，控制系統(tǒng)有可能因為功率的突變而產生誤動作，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)時間長會對官府系統(tǒng)輸出功率產生明顯影響的水平。因此系統(tǒng)需要具有相應的容錯能力，不會因瞬間的陰影產生誤動作（如啟動保護電路）；對于系統(tǒng)陰影要認真勘察現場，進行回避，進行合理設計。

3.1.3高效利用

為了獲得較多太陽光，屋面坡度宜采用光伏組件全年獲得電能最多的傾角。一般情況下可根據當地維度+或—10°來確定屋面坡度，低緯度地區(qū)還要特別注意保證屋面的排水功能。

3.2構造要求

（1）安裝在坡屋面的光伏組件宜根據建筑設計要求，選擇順坡鑲嵌設置或順坡架空設置方式。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的通風間隙。控制通風間隙的目的有兩個：一是通過加強屋面通風降低光伏組件背面升溫；二是保證組件的安裝維護空間。設計良好的冷卻通風系統(tǒng)，這是因為光伏組件的發(fā)電效率隨著表面工作溫度的上升而下降。理論和實驗證明，在光伏組件屋面設計空氣通風通道，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)的設計安裝特別重要。

（2）對于原有防水側已經破壞的屋面，支座基座部位應做附加防水層。光伏組件支座與結構層相連時，附加防水層應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，應作密封處理。附加層宜空鋪，空鋪寬度不應小于200mm。為了防止卷材防水層收頭翹邊，避免雨水從開口處滲入防水層下部，應按設計要求做好收頭處理。卷材防水層應用壓條釘壓固定，或用密封材料封嚴。

（3）需要經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設置剛性保護層保護防水層，一般可鋪設水泥磚。

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既有建筑平屋面光伏系統(tǒng)的安裝分類

4.1屋頂獨立式

4.1.1獨立基礎式安裝

獨立基礎式安裝系統(tǒng)適合于屋面荷載小和風荷載小的地區(qū)，一般適用于中低層建筑。光伏安裝系統(tǒng)基礎采用混凝土澆注預制，尺寸長、寬、高可自定，在混凝土塊頂面預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，點式基座利于屋面排水等特點；同時預制的混凝土塊方便屋頂吊裝，減少人工、降低成本，適用于工程造價低，施工速度快的工程項目。

4.1.2條形基礎式安裝

條形基礎式安裝系統(tǒng)適合荷載量較大的平面屋頂，底部框架使用優(yōu)質鋁導軌，預埋螺栓固定，支撐件材料為不銹鋼，牢固美觀，鋁合金導軌與單元連接設計，無需現場二次加工。適用于任意規(guī)格晶硅組件及部分薄膜組件；在水泥基礎面上安裝預埋地腳螺栓，根據實際需要設計調節(jié)安裝角度具有較高的適應性；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不高的項目。

4.1.3負重基礎式安裝

負重式安裝系統(tǒng)，無需破壞原有防水層，適用于平面屋頂荷載量較大的情況。底部框架使用優(yōu)質鋁導軌，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，獨創(chuàng)的鋁合金導軌與單元連接設計，無需現場二次加工。不破壞原有防水層，無需防水處理；適用于任意規(guī)格晶硅組件及部分薄膜組件；底框上安裝可調負重框，上面放置水泥塊、石塊等；根據實際需要設計安裝角度。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，不適合于降雨量達又不能很好解決排水問題的屋面工程項目。

4.1.4全鋼可調式安裝

全鋼可調式系統(tǒng)安裝支架后立柱可以自由做長度調整，立柱上的安裝固定座可以多角度旋轉，在施工現場可以非常方便的實現光伏組件在高度和角度上的調整。支架結構件全部采用鍍鋅型鋼，強度好，成本低；安裝角度在一定范圍內可自由調整，以適應不同安裝場地；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，在低溫下也表現出了優(yōu)異的韌性和剛性；高比例玻璃纖維增強的聚酰胺還具有優(yōu)異紫外耐受性和耐候性，在戶外條件下壽命長達20年，能滿足如雪載、風壓等的承重要求；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，太陽能板在平頂上的安裝變得更加簡單快捷，且具有良好的太陽能裝置成本效益，適用于戶外工程項目施工。

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山東建筑大學1MW太陽能光伏發(fā)電示范項目

山東建筑大學位于濟南市東部地區(qū)，地處北緯36°40′，東經117°0′。濟南屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。濟南市全年輻射總量為5251.8MJ/m²，年平均日照時數2582.3小時，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，比較適合建設屋頂太陽能光伏電站。山東建筑大學在學生公寓梅園1#、2#、3#樓頂平面；松園1#、2#、3#樓頂平面；竹園1#、2#樓頂平面校圖書館與信息樓樓頂平面；校辦公樓樓頂平面；大學生活動中心樓頂平面進行太陽能光伏系統(tǒng)的排布。

本項目本著投資小，安全可靠性高，施工安裝方便，節(jié)省工期的特點，選用了獨立基礎式安裝系統(tǒng)。支架檁條采用角鋼50×5，立柱采用槽鋼，材料為Q235A，并進行熱鍍鋅處理。組件采用高強度鋁合金壓塊固定。基礎采用C30混凝土澆注預制，平放在水泥屋頂上，基礎尺寸長約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，每個基礎重量約為151.2kg。方便屋頂吊裝（最高屋頂約30m）。

6 結語

根據光伏安裝系統(tǒng)在既有建筑平屋面改造中的種類分析及實際的施工項目經驗，系統(tǒng)的研究了不同安裝結構類型的優(yōu)劣勢，為從事光伏設計人員與施工者提供一定程度的指導意見，為國內既有建筑的光伏一體化設計施工提出相應參考。