光伏屋頂系統的幾種應用形式

【摘要】 簡述了光伏屋頂系統的分類與安裝類型，比較了不同安裝方式下光伏屋頂系統的優缺點。

【關鍵詞】 光伏屋頂系統;斜屋頂;平屋頂

光伏發電出現于20世紀50年代，但由于成本原因，并未推廣使用。1973年爆發的世界石油危機，使得世界各國開始關注太陽能——這一清潔、可再生能源。將光伏發電與建筑結合的概念出現于20世紀90年代。1991年，德國旭格公司首次提出了光伏發電與建筑集成化(一體化)(Building Integrated Photovoltaic，簡稱BIPV)的概念。同年，德國政府也率先提出“1000光伏屋頂”計劃，1998年又提出“十萬光伏屋頂”計劃;1997年6月，美國總統克林頓宣布了太陽能“百萬屋頂計劃”(Million Solar Roofs Initiative)，準備在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電系統; 2010年，美國參議院批準了“千萬太陽能屋頂”法案。據中國政府的“十一五”規劃，預計在2020年，城市屋頂系統和大型標志性建筑的光伏系統應用達到5萬千瓦。廣義的光伏與建筑物結合主要有兩種形式:第一類是建筑與光伏系統結合，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合，即將光伏組件作為建筑材料，在建筑結構設計中應用于建筑物的屋頂、外墻、窗戶等。常見的光伏屋頂系統按照樓頂類型不同可以分為:傾斜屋頂上安裝的光伏系統、平屋頂(樓頂)安裝的光伏系統;按照安裝方式不同，可以分為:附著式結構與嵌入式結構。

一、傾斜屋頂光伏系統

在傾斜屋頂上安裝光伏系統主要有兩種形式:一類是在屋頂上安裝支架，將光伏組件鋪設在支架上。這種系統通常要在屋頂上預埋固定件，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整好組件的位置以保證整個屋面平整、美觀。這類系統在安裝時要注意支架與屋頂之間要預留一定的距離，保證良好的空氣流動，以此來降低光伏組件的工作溫度。在多數情況下，太陽能板會產生大量的熱量，太陽能電池板的溫度增加一度(以25℃為基準)，其效率會相應減少0.3%~0.5%。屋頂與支架間預留一定的空間是很重要的，這樣做也可以降低炎熱季節的室內溫度，保證室內環境的舒適度。系統安裝(示意圖如下)。

傾斜屋頂光伏系統安裝的第二類方式是:嵌入式結構，即將光伏系統作為建筑物的一部分替代某些建筑構件。這是一種新型結構，在建筑物設計之初就通過設計、計算，預先做好光伏組件的安裝構件，并將組件的安裝構件與建筑結構設計為一體，建好之后的光伏系統既具備普通建筑屋頂防雨、遮陽的功能，還可以發電。這樣做的好處是，光伏系統的成本在建筑設計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安裝系統的費用。光伏系統的鋪設與建筑主體同步設計、施工、安裝，同時投入使用。同時，光伏屋頂系統能更好的利用屋頂面積并且在結構上更安全、可靠。

二、平屋頂(樓頂)光伏系統

在樓頂上安裝光伏系統的分類方法亦是相同，一類是將平屋頂作為光伏系統支撐物。在屋頂上要預先安裝生根或不生根筑起水泥條或水泥帶，并在其中預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，安裝前要預先觀測建筑物周圍的環境，如最大風速、最高、最低溫度等相關參數，通過設計計算出水泥條或水泥帶的重量、體積并預埋好地腳螺栓。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。這類屋頂結構要求光伏組件既具備建筑材料的功用，又可以發電。對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成的組件。若是作為裝飾性的建筑物外觀材料，還應該具備一定的美觀性。

與傳統的太陽電池使用方式相比，光伏與建筑結合有許多優勢:(1)光伏與建筑結合可以節省一部分建材成本，通過結合，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1/10的屋頂用做光伏并網發電，每年可獲得電力為34～47億KWh。(3)在夏季用電高峰時，光伏系統也正好吸收夏季強烈的太陽輻射，并轉換成制冷設備所需要的電能，從而舒緩電力需求高峰時的供需矛盾。光伏建筑一體化將成為21世紀的市場熱點，目前制約太陽電池發展的瓶頸仍然是生產成本過高，轉換效率低，加上此行業法規政策仍不完善，光伏建筑系統在短期內還難以大規模普及。

參考文獻

[1]鄺少平.2009全球光伏產業發展研究報告

[2]浙江大學創業投資有限公司.光伏建筑一體化行業分析報告.20 08

[3]沈輝，曾祖勤.太陽能光伏發電技術.北京:化學工業出版社，2005