新型绿色建材光伏瓦设计选型_代松.pdf

绿 色 建 材 Green Building Materials绿色建筑2023年 第2期086新型绿色建材光伏瓦设计选型新型绿色建材光伏瓦设计选型代 松（保定嘉盛光电科技股份有限公司，河北 保定 071051）摘要：光伏瓦是对传统瓦的一种创新，兼具水泥瓦片、陶土瓦片等功能，可安装于各种材质屋面。既可以保护屋顶，遮风挡雨，又可以把太阳能转换成电能，且外形美观，不但有传统的平面瓦，还有创新的曲面瓦。通过特有的安装结构，使其能充分与建筑完全统一，增加建筑物的现代感。将光伏与瓦相结合使用于屋顶上，有得天独厚的优势：一是通过发电可以增加收入；二是由于硅的特性和特殊的安装结构，可以使建筑冬暖夏凉，并且减少碳排放；三是与中式建筑和西式建筑都可以无缝衔接，使其完美融合，使建筑更具现代感。符合国内和国际所倡导的绿色节能的发展方向，在能源日益紧张的环境下，不但为太阳能的应用拓展了新的方向，也使其成为低压输变电应用的范例。关键词：光伏发电；陶土瓦片；隔热；安装结构中图分类号：TU522.2+9 文献标志码：A 文章编号：1674-814X（2023）02-086-031 背 景将光伏组件与排水安装结构融合，配以辅助配件及电气系统，使其成为建筑物结构的一部分，并铺装在屋顶上，这就是光伏瓦。现有的光伏瓦屋顶单元结构沿用了传统的屋顶瓦结构，即一层一层叠加铺设。这种铺设方法容易造成第二层光伏瓦对第一层光伏瓦有部分遮挡，使得部分光伏板由于太阳的移动造成角度不断变化，导致在一大段时间内无法与太阳光直接接触，进而造成光伏组件的部分浪费。基于这种现实，将双玻单晶光伏板与创新的功能结构设计相结合，突破传统太阳能仅能发电的单一功能局限性，使瓦片兼具建材和发电功能，对传统产品赋予新的功能，探索出一条可实施、可复制的节能改造的新途径，既致敬了传统文化的产品，又对全球粉尘和 CO2 减排做出了贡献。对达成“3060”目标具有指导示范意义。2 光伏瓦系统设计2.1 光伏瓦组成屋面铺设的光伏瓦由若干个光伏单元组成。每个独立成件的光伏单元，通过压接和螺钉固定方式安装在屋面上，再配以金属拼装瓦单元件、电气系统、防雷系统等，与屋面结合形成一套完整的光伏瓦发电系统。光伏瓦的组成：部分光伏瓦单元包括光伏电池板与金属拼装件，预先在生产车间组装完成，这样便于现场安装和运输。光伏瓦单元主要由光伏电池板与金属背板组成，较传统瓦片更具现代感。金属背板采用一体化折弯成型设计，有效减少了金属配件数量，并通过结构优化设计，采用叠加、插接方式使其导水功能和互锁功能融合，实现无痕拼接。通过将多个金属拼装瓦单元规则地插接在一起，使单个金属拼装瓦单元安装时左右两侧隐藏互锁安装，上下部分重叠压接安装到挂瓦条上，挂瓦条与屋面要预先安装好。同时，由于该光伏瓦主要由钢化玻璃与金属组成，材料致密性高，雨水渗水率经测试为 0.5%，是传统陶土瓦的十几分之一，较传统瓦更具防渗漏功能。夏天的晚上，由于硅的特性，光伏组件面板下面的温度通常比室温低 4 K，对室内空调节能与隔热有一定的效果。2.2 光伏组件性能从视觉效果上看，光伏组件面玻采用色彩化纹理设计，完全颠覆了传统光伏产品色泽单调的刻板形象，同时也能有效防止光污染。光伏板形式采用双玻组件，电池片采用 N 型单晶技术，使其具有更好的单位面积发电量，在小面积排布和系统成本方面都具有优势。Green Building Material 绿 色 建 材绿色建筑2023年 第2期087该光伏板在较低光辐照度（200 W/m2）下有良好的功率输出，在早晨和傍晚同样能获得更高的功率输出，并且可以充分利用地面及空气的反射光，增加光线透射率。对比传统组件，在发电条件相同时，相对于传统组件可提高 20%的发电量。优点可归纳为如下 5 个方面：（1）运维便利性。该项目的太阳能双玻组件没有边框，小角度安装也不会积尘，可以避免由于积尘造成的遮挡，从而降低发电量甚至造成热斑的情况。后期维护便利，降低了维修成本。（2）优异的机械性能。太阳能双玻发电组件具有优良的机械载荷及抗电池片隐裂性能，在承受机械载荷时，变形量均匀，比常规组件变形量降低了 40%。同时，具有超强的耐候性、耐盐雾性能，这是因为 SiO2 是玻璃的重要组成部分，由于 SiO2 是无机物，耐腐蚀性能要远远强于背板材料，因此在抗老化方面有非常出色的表现。（3）抗蠕虫纹性能。双玻组件采用双面玻璃代替传统背板，更耐腐蚀且耐水汽通过，而且双玻组件的设计可以保证在生产运输过程中减少电池片的隐裂，更重要的是采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）封装的双玻组件，不含醋酸根，提高了抗老化性能。（4）抗潜在功率衰减（PID）性能。双玻组件有强大的抗 PID 性能。组件使用专用的抗 PID 封装材料，通过 PID 加强实验（温度 85、湿度 85%、时间 192 h），而测试标准中的 PID 条件仅为温度 60、湿度 85%、时间 96 h。（5）更高的电压系统：单晶双玻组件耐压可达到 1 500 V，可以使光伏组件串联得更多，从而减少了电气设备的使用，使屋面综合成本更低。2.3 光伏瓦系统安装2.3.1 安装挂瓦条安装前，确保屋面造型结构均按设计图纸要求施工完毕。屋面清洁找平后，安装挂瓦条，该挂瓦条通过创新设计将顺水条和挂瓦条的功能合二为一，这样的设计既减少了材料的用量，又简化了安装步骤，而且该挂瓦条还兼顾了导水功能，不用担心屋顶积水的问题。将挂瓦条等间距铺装在屋面上，上面连接光伏瓦，这种安装方式将屋面分割成若干长槽形状，空气在长槽中受热，依据热空气上升原理，在槽中形成一个循环通道，由底部进从上部出，从而将热空气导离屋面，有效解决了散热问题。2.3.2 安装光伏瓦单元每个发电单元使用燕尾钉安装在金属挂瓦条上，金属挂件除了起安装固定的作用外，还兼顾防倒水与支撑的作用。每个单元组件背部都有 3 个金属构件，这样既保证了有足够的强度来支撑光伏板，也有效保护了组件，避免损坏和踩踏产生隐裂的风险。这款光伏瓦也有两道防水设施，一是导水槽，另一个是防水胶条。导水槽截面呈梯形可以将瓦单元之间缝隙留下的水倒走，不积水。安装顺序由底檐开始，每一块光伏平瓦单元使用燕尾钉固定在金属挂瓦条上，按照由左向右的顺序横向安装直至另一侧侧檐，每组发电单元光伏线缆末端分别装有 MC4 正负接头。通过 MC4 接插头连接，完成第一排的串联。以此类推，逐层向上完成第二排的发电单元安装，安装的排数和发电单元的数量可根据排布需要自行调整。根据光伏逆变器接入口的电压和电流要求，把光伏平瓦单元串并联成若干串，每串的正负 MC4 接头和预先铺设好的光伏线缆（提前安装好 MC4 接头）相连，使其形成一个回路，与逆变器连接。拟选用组串型并网逆变器，该设备采用先进的电路拓扑和高性能、长寿命软件，产品转换效率高。具体安装要求为：在当地冬季最低温度运行时，光伏瓦一串的开路电压值应低于逆变器的最高直流输入电压值；系统在当地夏季最高温度条件下运行；光伏瓦串电压值应高于逆变器的最低直流输入电压值。在具体施工时，还要通过对所有组件参数的分档、归类、配对，使输入同一台逆变器的组件串参数接近，特别是电压值之间的差别应控制在 5%以内。2.4 防雷接地系统安装在屋面的光伏瓦发电系统，面积大，周围没有遮盖物，可能会遇到雷电高电压影响。因此，安装光伏瓦时，按照区域性和安全性要求采取相应的防雷应对措施。光伏瓦防雷需要兼顾感应雷和直击雷，具体要求如下：（1）防直击雷设计。光伏瓦金属底托及安装紧固件与铺设在屋面上的金属桥架及建筑避雷带（一般安装在主脊与斜脊上）可靠连接。（2）防感应雷保护设计。为防止逆变器、配电箱等电气设备遭雷击损坏，该光伏瓦系统在汇流箱内安装直流防雷元件，与系统的正负极相连。交流控制柜内的防雷器串接到断路器再接到交流输出线上（逆变器的防雷保护需要按国家二级防雷标准设计施工）。（3）光伏瓦屋顶接地系统应与房屋内其他接地系统联合接地，接地电阻小于 4；系统中所有电气设备金属外壳均应按照规范进行接地连接，确保可靠接地；交流供电电路中的电气部分需要与建筑的接地系统可靠连接，确保电气安全。完成以上步骤后再安装拼装瓦附件，包括主脊、顶部泛水板，侧檐、底檐、挡篦等连接件，从而使屋面形成一个整体，不但防水效果好的同时也更加美观。绿 色 建 材 Green Building Materials绿色建筑2023年 第2期0883 结 语该光伏瓦在设计理念上融合创新性、合理性，与建筑环境的和谐度、美观度、艺术性、光伏建筑一体化程度、构件化程度、新技术及产品应用、行业探索等相融合，抓住了生态文明建设的机会。在生态文明创新方面取得了重大突破，在绿色低碳城市推广、绿色生活倡导和休闲模式推广方面，都具有示范作用和推广价值。收稿日期：2022-10-18作者简介：代松，高级工程师，主要研究方向为光伏瓦屋顶系统、光伏新能源创新产品应用，现供职于保定嘉盛光电科技股份有限公司。通信地址：河北省保定市竞秀区恒源西路 88 号。图 7 钢梁吊装应力与变形云图4 结 语在众多建筑施工工艺中，钢结构吊装是一种高难度、综合性强、风险系数大的工程技术。吊装施工过程的安全控制不仅关乎工作人员的生命安全，也直接影响工程进度及施工质量，必须得到高度重视。笔者以上海市闵行区某地铁线路段的钢结构吊装工程为背景，分析了钢结构吊装施工过程中的安全措施，分别从施工安保体系的建立及吊装施工数值模拟等角度，对钢结构吊装施工的质量及安全防护进行了探究。阐述了一套完备的安全保障体系对施工质量控制及安全控制的重要性，也可为类似工程项目的安全防护提供参考。随着钢结构吊装机械设备的多样化，吊装高度及钢结构形式的不断发展，未来钢结构吊装施工所需的安全保障措施也会更加广泛和多样。只有深刻了解吊装施工过程的安全要点，与时俱进，建立与工程要求相匹配的安全防护体系，才能实现工程质量及安全控制。参考文献：1 吴武杰.建筑钢结构工程吊装安全技术J.江苏建材,2022(5):96-98.2 王武鹏.建筑钢结构吊装施工技术分析J.大众标准化,2022(17):27-28,31.3 杨广磊.建筑钢结构吊装施工技术探究J.散装水泥,2022(3):109-111.4 舒林.钢结构吊装工程的安全质量控制J.门窗,2014(6):364.5 吕永涛.大跨度钢结构吊装施工技术研究与应用D.合肥:安徽建筑大学,2017.6 刘海保,言峰,刘金枝.浅谈大跨度钢结构吊装施工安全控制J.城市建设理论研究(电子版),2017(7):65-66.7 田云龙.论超高层钢结构吊装施工重要性与安全管理C/清华大学,东南大学,中国建设科技集团股份有限公司,中国建筑集团有限公司,中国中建设计集团有限公司.第七届全国钢结构工程技术交流会.第七届全国钢结构工程技术交流会论文集.杭州:施工技术杂志社,2018:227-230.8 陈才滔.钢结构吊装施工技术与安全控制J.四川水泥,2020(10):182-183.9 张茂永.建筑钢结构工程吊装施工方案控制要点J.冶金与材料,2020,40(5):157-158.收稿日期：2022-10-08作者简介：严德柱，工程师，主要从事建筑施工技术方面的工作，现供职于上海建工集团股份有限公司。通信地址：上海市浦东新区金桥镇金港路 1250 号。（上接第81页）