淺析屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)

盧崢 程時力 王洋

摘 要:本文對屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,提出了在屋面太陽能系統(tǒng)的構(gòu)成及固定方式的設(shè)計兩個方面對太陽能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的建議。

關(guān)鍵詞:屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)固定支架設(shè)計

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

隨著社會的發(fā)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(yōu)越性,發(fā)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(huán)境,是國際社會工人的理想替代能源。目前太陽能發(fā)電已成為全球發(fā)展速度最快的技術(shù),是工業(yè)照明系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

1光伏發(fā)電原理

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng),利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。發(fā)電系統(tǒng)是根據(jù)這一原理制成的完整的發(fā)電系統(tǒng)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)通常有兩種形式,一種是獨立式發(fā)電系統(tǒng),另一種是非獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng),也稱聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)或并網(wǎng)系統(tǒng)。獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)包括逆變光伏發(fā)電系統(tǒng)(交流負(fù)載)和非逆變發(fā)電系統(tǒng)(直流負(fù)載)兩個類型;非獨立式光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否帶有儲能裝置分為儲能逆變并網(wǎng)和非儲能能逆變并網(wǎng)兩個種類。無論是獨立發(fā)電系統(tǒng)還是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)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(gòu)成,不涉及機(jī)械部件,所以,光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉,可靠穩(wěn)定,而且壽命很長,安裝維護(hù)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(tǒng)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(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與其他太陽能發(fā)電無差異,本文就不贅述。

2屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)的特點

相對于地面太陽能電站,屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)具有如下主要特點。

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

(2)建設(shè)改造成本較低;可選光伏組件種類較多。

(3)多位于城鎮(zhèn),并網(wǎng)條件好,接入系統(tǒng)成本降低。

(4)光伏組件安裝方式比較自由,系統(tǒng)效率高,可實現(xiàn)較大規(guī)模裝機(jī)。

(5)維護(hù)方便,可實現(xiàn)無人值守等。

與其它光伏發(fā)電形式相比,屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點,尤其適合在工商業(yè)發(fā)達(dá)、缺乏可供開發(fā)利用空地的地區(qū)大規(guī)模推廣應(yīng)用。

3組件的固定方式

根據(jù)工程實際,屋面常規(guī)可分為混凝土屋面、瓦屋面和彩鋼板屋面。

根據(jù)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(guī)荷載余量比較大,為獲取最大發(fā)電量,常規(guī)采用支架做出一定傾角,太陽能組件固定在支架上。支架構(gòu)成如圖1。

采用傾角安裝的太陽能組件,除考慮組件和地區(qū)的雪荷載外,風(fēng)對組件的抗拔力是設(shè)計最需要考慮的因數(shù)。以往的設(shè)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(fù),成本較高。目前流行的設(shè)計是在支架底部設(shè)置混凝土砌塊,增加自重以抵御風(fēng)吸力。

(2)瓦屋面。

國內(nèi)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(nèi)。

(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(fù)核原屋面荷載是否能滿足設(shè)計要求。因為荷載問題,太陽能系統(tǒng)的輕量化就是在鋼屋面上布置太陽能組件的關(guān)鍵點。組件自身質(zhì)量已固定,可調(diào)整范圍不大。組件的固定為減少質(zhì)量,一般不采用支架,而采用成品的夾具。根據(jù)彩鋼板波紋的型號,廠家開發(fā)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(tǒng),從而使系統(tǒng)的整體重量減少,同時也不會對彩鋼板屋面進(jìn)行破壞。常見的夾具如圖2。

采用夾具固定時,太陽能系統(tǒng)的重量全部靠夾具支撐,所以對夾具的強(qiáng)度提出了很高的要求,在部分環(huán)境惡劣地區(qū),夾具的強(qiáng)度不一定能滿足設(shè)計參數(shù)的要求。所以對夾具的使用必須進(jìn)行詳細(xì)設(shè)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(qiáng)度也必須滿足設(shè)計要求。

4結(jié)語

屋面太陽能發(fā)電系統(tǒng)除考慮常規(guī)太陽能發(fā)電的問題外,還要特別注意屋面的防水、荷載(包括風(fēng)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(shù)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(yè)發(fā)展的必然趨勢。中國政府對CO2減排國際義務(wù)的承諾和科學(xué)發(fā)展觀的落實,以及不斷加強(qiáng)的建筑節(jié)能全民意識和日益成熟的房地產(chǎn)市場環(huán)境,促進(jìn)了建筑節(jié)能完整利益鏈與市場化運(yùn)行機(jī)制的形成,為建筑利用太陽能提供了良好機(jī)遇?？梢钥隙?未來的建筑市場將是節(jié)能減排的市場,太陽能光電建筑,特別是屋面太陽能發(fā)電將迎來快速發(fā)展的春天。

參考文獻(xiàn)

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[2] 中信博新能源科技(蘇州)有限公司產(chǎn)品資料.