淺析屋面太陽能發電系統

盧崢 程時力 王洋

摘 要:本文對屋面太陽能發電系統的現狀進行了分析,提出了在屋面太陽能系統的構成及固定方式的設計兩個方面對太陽能系統進行優化的建議。

關鍵詞:屋面太陽能發電系統固定支架設計

中圖分類號:TP32 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0131-01

隨著社會的發展和人們生活水平的提高,對能源的需求量也越來越大。太陽能作為一種綠色能源,有著化石能源如石油等無法比擬的優越性,發展前景非常廣闊,研究和實踐表明,太陽直接輻射到地球的能量豐富,分布廣泛,可以再生,不污染環境,是國際社會工人的理想替代能源。目前太陽能發電已成為全球發展速度最快的技術,是工業照明系統發展的必然趨勢。

1光伏發電原理

光伏發電是根據光生伏打效應,利用太陽能電池將太陽光能直接轉化為電能。發電系統是根據這一原理制成的完整的發電系統。

光伏發電系統通常有兩種形式,一種是獨立式發電系統,另一種是非獨立式光伏發電系統,也稱聯網系統或并網系統。獨立式光伏發電系統包括逆變光伏發電系統(交流負載)和非逆變發電系統(直流負載)兩個類型;非獨立式光伏發電系統根據是否帶有儲能裝置分為儲能逆變并網和非儲能能逆變并網兩個種類。無論是獨立發電系統還是并網發電系統、光伏發電系統均由太陽電池扳(組件)、控制器和逆變器三大部分組成。由于這三個部分主要由電子元器件構成,不涉及機械部件,所以,光伏發電設備極為精煉,可靠穩定,而且壽命很長,安裝維護也很簡便。

太陽能光伏組件的最基本元件是太能電池(片),有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。目前,單晶和多晶電池用量最大,非晶電池用在一些小系統和計算器輔助電源等。由一個或多個太陽電池片組成的太陽能電池板稱為光伏組件。

屋面太陽能發電系統的構成與其他太陽能發電無差異,本文就不贅述。

2屋面太陽能發電系統的特點

相對于地面太陽能電站,屋面太陽能發電系統具有如下主要特點。

(1)利用現有建筑的閑置屋頂,不占用專門的用地面積,符合建設條件的建筑量大,可大規模推廣應用。

(2)建設改造成本較低;可選光伏組件種類較多。

(3)多位于城鎮,并網條件好,接入系統成本降低。

(4)光伏組件安裝方式比較自由,系統效率高,可實現較大規模裝機。

(5)維護方便,可實現無人值守等。

與其它光伏發電形式相比,屋頂太陽能光伏發電系統具有突出的優點,尤其適合在工商業發達、缺乏可供開發利用空地的地區大規模推廣應用。

3組件的固定方式

根據工程實際,屋面常規可分為混凝土屋面、瓦屋面和彩鋼板屋面。

根據屋面的不同,組件支架與屋面的固定可采用不同的方式。

(1)混凝土屋面。

混凝土屋面常規荷載余量比較大,為獲取最大發電量,常規采用支架做出一定傾角,太陽能組件固定在支架上。支架構成如圖1。

采用傾角安裝的太陽能組件,除考慮組件和地區的雪荷載外,風對組件的抗拔力是設計最需要考慮的因數。以往的設計中,是采用防水螺栓將支架固定在屋面上。但此做法會破壞屋面防水,而且需要將原屋面破壞后再修復,成本較高。目前流行的設計是在支架底部設置混凝土砌塊,增加自重以抵御風吸力。

(2)瓦屋面。

國內住宅,特別是多層住宅屋面多為瓦屋面。在此屋面布置太陽能板,無法采用支架形式,且瓦屋面考慮排水,自身已有坡度。所以在瓦屋面上,太陽能組件一般沿屋面坡度平鋪。瓦片無法固定組件,組件需要采用專用固定件固定在屋面梁內。

(3)鋼屋面。

鋼屋面因自身承載力較小,布置太陽能組件首先要復核原屋面荷載是否能滿足設計要求。因為荷載問題,太陽能系統的輕量化就是在鋼屋面上布置太陽能組件的關鍵點。組件自身質量已固定,可調整范圍不大。組件的固定為減少質量,一般不采用支架,而采用成品的夾具。根據彩鋼板波紋的型號,廠家開發出匹配的型號,直接將組件采用夾具固定,省去了底部的支架系統,從而使系統的整體重量減少,同時也不會對彩鋼板屋面進行破壞。常見的夾具如圖2。

采用夾具固定時,太陽能系統的重量全部靠夾具支撐,所以對夾具的強度提出了很高的要求,在部分環境惡劣地區,夾具的強度不一定能滿足設計參數的要求。所以對夾具的使用必須進行詳細設計及計算。并且由于整個太陽能組件均靠夾具夾在彩鋼瓦上,所以彩鋼瓦的強度也必須滿足設計要求。

4結語

屋面太陽能發電系統除考慮常規太陽能發電的問題外,還要特別注意屋面的防水、荷載(包括風壓、雪荷載等),組件的安裝不能破壞原屋面等問題。

中國太陽能與建筑一體化技術已基本成熟的條件下,太陽能與建筑一體化是中國太陽能利用行業發展的必然趨勢。中國政府對CO2減排國際義務的承諾和科學發展觀的落實,以及不斷加強的建筑節能全民意識和日益成熟的房地產市場環境,促進了建筑節能完整利益鏈與市場化運行機制的形成,為建筑利用太陽能提供了良好機遇。可以肯定,未來的建筑市場將是節能減排的市場,太陽能光電建筑,特別是屋面太陽能發電將迎來快速發展的春天。

參考文獻

[1] DGJ32/J87-2009[S].太陽能光伏與建筑一體化應用技術規程.

[2] 中信博新能源科技(蘇州)有限公司產品資料.