CN104120817A - 一种模块化太阳能光伏屋顶 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于建筑房屋技术领域的一种模块化的同步设计施工的太阳能光伏屋顶。该屋顶的主梁和次梁垂直交错排列，形成天井式井字梁排列，在井字梁上方浇筑垂直的混凝土薄板，剖面成口字形模版上方的四周设有窗框，窗框上设有4至8颗螺孔，光伏组件通过螺孔固定在天井上。本发明的模块化太阳能光伏屋顶在建造屋顶时一次成型，节约建造成本；采用南向采光和排水，满足光伏安装斜度和防火防水等要求，最大限度的将光伏与建筑相融合，发挥光伏建筑一体化的优势；该屋顶的光伏组件组装简单，使用寿命长，光电转化率高。

Description

一种模块化太阳能光伏屋顶
技术领域
本发明属于建筑房屋技术领域，具体涉及一种模块化的同步设计施工的太阳能光伏屋顶。 
背景技术
目前，新建建筑中采用最多的是混凝土平屋面，除了极少数的公共建筑，采用局部钢结构屋面形式，将屋面设计成具备采光功能外，近乎100％的混凝土屋面，都未考虑利用采光功能。然而，如果能经过结构的简单调整，将屋面的直接采光作用得以发挥，无疑对很多功能性建筑具备重大的积极意义，特别是带有公共意义的建筑，比如图书馆、餐馆、学校里面的多功能厅、学生食堂、风雨操场、兴趣教室等。 
安装有太阳能利用系统的建筑，大多是在现有的混凝土屋面或彩钢瓦屋面上，安装分布式太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能集热板需要和阳光射角保持一定的角度，这就使得需要安装太阳能系统的屋面尽量不出现逆向单坡屋面，然而，许多既有的建筑物，特别是教学楼项目，因南走廊的设计特性，常常造成其屋面排水形式为逆向单坡设计。 
按消防规范，达到一定体量的建筑物，逃生人员常常需要通过上人屋面，从一个疏散楼梯过渡到另一个疏散楼梯后再向地面逃生。对于这样的设计，后期加装太阳能系统的安装企业往往会忽视，结果必然会造成屋顶消防疏散功能的形同虚设。 
加设太阳能系统的屋顶一般在屋顶建好后，才在屋顶加装太阳能系统，后期加装往往需要另行架设支架，并在混凝土屋面上打孔锚固，这也容易造成屋面整体防水功能遭受局部破坏，甚至影响到屋面结构的生命周期。 
光伏方阵与建筑物的结合成为现代建筑研究的一个热点，根据光伏方阵与建筑结合形式的不同，可分为两大类： 
一类是光伏方阵与建筑的结合，BAPV(Building Attached PV)，将光伏方阵依附于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支撑作用。 
另一类是光伏方阵与建筑的集成，即BIPV(Building Integrated Photovoltaic)。光伏组件以一种建筑不可分割的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的一部分，如光伏玻璃幕墙、光伏瓦、光伏遮阳光伏采光顶等。 
把光伏组件用作建材，必须具备建材所要求的几项条件，如坚固耐用、保温隔热、防水防潮、强度要求等性能，用光伏组件代替部分建材，在将来随着应用面的扩大，光伏组件效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用，所以存在着巨大的潜在市场。 
发明内容
本发明的目的是提供一种模块化太阳能光伏屋顶，该光伏屋顶采用模块化，与建筑施工同时进行，最大化利用太阳能，同时满足屋顶排水，逃生等功能。 
一种模块化太阳能光伏屋顶，屋顶的主梁1和次梁2垂直交错排列，形成天井3；在屋顶北侧的主梁1上浇筑第一混凝土薄板4，屋顶南侧的主梁1上浇筑第二混凝土薄板5，第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5，屋顶东侧的主梁1上浇筑第三混凝土薄板6，其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齐，屋顶西侧的主梁1上浇筑第四混凝土薄板7，其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齐；天井3的四周设有窗框8，窗框8上设有4至8颗螺孔9；光伏组件10通过螺孔9固定在天井3上。 
所述光伏组件10的结构为：太阳能集热板11通过密封部12与有机玻璃板13相连，太阳能集热板11与有机玻璃板13之间形成真空空间14。 
所述光伏组件10通过导线分别与控制器15和蓄电池组16相连，控制器15与直流/交流逆变器17相连。 
所述太阳能集热板11表面贴有防碎贴膜。 
所述第一混凝土薄板4上方，设有整行或数行串联的避雷针。 
所述窗框8四周设有一圈密封橡胶条。 
所述主梁1之间的间隔为1.5-1.8m。 
所述次梁2之间的间隔为1.5-1.8m。 
本发明的有益效果：本发明的模块化太阳能光伏屋顶在建筑屋顶时一次成型，节约建造成本，采用南向采光和排水，满足光伏安装核准和防火防水等要求，最大限度的将光伏与建筑相融合，发挥光伏建筑一体化的优势；该屋顶的光伏组件组装简单，使用寿命长，光电转化率高。 
附图说明
图1为本发明光伏屋顶结构示意图； 
图2为窗框结构示意图； 
图3为光伏组件结构示意图； 
图4为光伏组件发电连接结构图； 
图中，1-主梁，2-次梁，3-天井，4-第一混凝土薄板，5-第二混凝土薄板，6-第三混凝土薄板，7-第四混凝土薄板，8-窗框，9-螺孔，10-光伏组件，11-太阳能集热板，12-密封部，13-有机玻璃板，14-真空空间，15-控制器，16-蓄电池组，17-直流/交流逆变器，18-直流负载，19-交流负载。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。 
实施例1 
为量化研究数据，本次研究以泰州医药高新区所辖向阳小学2号教学楼为例，并假设在设计中同步实施模块化太阳能光伏屋顶工程。 
向阳小学2号楼为五层建筑，单体建筑面积约为3618m2，平均每层面积约为723m2，其屋顶平面(不含走廊上盖)阴影面积为437.4m2，可设计成“天井”的截面阴影面积为369.9m2，按本研究方案可实施的“天窗”窗体面积为417.15m2。 
该地区水平面年平均日照辐射量5190MJ/m2，属第三类太阳能资源区域，处于太阳能资源丰富带，适合建设太阳能光伏发电项目。 
该项目设计的模块化太阳能光伏屋顶，如图1-2所示，屋顶的主梁1和次梁2垂直交错排列，形成天井3；在屋顶北侧的主梁1上浇筑第一混凝土薄板4，屋顶南侧的主梁1上浇筑第二混凝土薄板5，第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5，屋顶东侧的主梁1上浇筑第三混凝土薄板6，其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齐，屋顶西侧的主梁1上浇筑第四混凝土薄板7，其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齐；天井3的四周设有窗框8，窗框8上设有4至8颗螺孔9；光伏组件10通过螺孔9固定在天井3上。 
如图3所示，所述光伏组件10的结构为：太阳能集热板11通过密封部12与有机玻璃板13相连，太阳能集热板11与有机玻璃板13之间形成真空空间14。该光伏组件为应力平衡和低载荷的标准化建材型光伏组件，单位载荷减少 20％，提高建筑一体化安全性，降低成本，实现与建筑的快速一体化安装。光伏组件老化需要更换，卸下螺丝即可，十分方便。 
如图4所示，所述光伏组件10通过导线分别与控制器15和蓄电池组16相连，控制器15与直流/交流逆变器17相连；控制器15引出导线与直流负载18相连，直流/交流逆变器17引出导线与交流负载19相连。 
所述太阳能集热板11表面贴有防碎贴膜。 
所述第一混凝土薄板4上方，设有整行或数行串联的避雷针。将光伏发电系统防雷接地与天井基座整合在一起，避免了后期重复设计与施工，减少光伏系统投资。所述窗框8四周设有一圈密封橡胶条。所述主梁1之间的间隔为1.5-1.8m。所述次梁2之间的间隔为1.5-1.8m。普通光伏组件封装用胶一般为EVA，但EVA的抗老化性能不强、使用寿命短。并且时间长，EVA发黄会影响建筑的美观和发电量。定制模块化光伏组件采用PVB封装，延长组件使用寿命。光伏组件10年质保，25年线性功率质保，通过抗盐雾和氨腐蚀测试。 
本实施例的光伏组件导线汇聚形成光伏电缆，选用耐高温光伏电缆。BIPV建筑系统接线大多都在幕墙立柱、横梁等密闭结构中，其温度远远高于普通光伏系统电线所处的环境温度。一般使用聚氯乙烯铜线就能满足要求。但在该系统，使用双层交联聚乙烯铜线。同时选用的电线直径大一些，降低温度对电阻的影响。同时选用具有防水和耐老化性能好的连接器，以防止连接器的耐老化性能不佳导致系统漏电、电线老化等后果。 
本实施例的装机容量为25.52kWp，总投资约33.18万元。年均上网电量约2.28万kWh，相当于年节约标准煤约7.45吨，具有明显的节能效果。年减少CO2排放量27.3吨，SO2排放量约151千克，NOx排放量约51千克，减少相应的废水排放对环境的污染，具有较好的经济、环境与社会效益。 
本实施例根据屋顶光伏项目的系统组成、装机规模及项目的具体实施条件估算，以及新型定制BIPV光伏组件(13000元/kW)，本项目总投资为33.18万元，国家度电补贴0.42元/年，地方补贴暂无，学校用电按照0.60元每度计，预计投资回收期13年。 
根据各年的衰减系数，容量按25.52kw测算，推算出各年的发电量如表1： 
表1各年发电量统计 

Claims (8)

1.一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，屋顶的主梁(1)和次梁(2)垂直交错排列，形成天井(3)；在屋顶北侧的主梁(1)上浇筑第一混凝土薄板(4)，屋顶南侧的主梁(1)上浇筑第二混凝土薄板(5)，第一混凝土薄板(4)的高度高于第二混凝土薄板(5)，屋顶东侧的主梁(1)上浇筑第三混凝土薄板(6)，其两端的高度分别与第一混凝土薄板(4)和第二混凝土薄板(5)平齐，屋顶西侧的主梁(1)上浇筑第四混凝土薄板(7)，其两端的高度分别与第一混凝土薄板(4)和第二混凝土薄板(5)平齐；天井(3)的四周设有窗框(8)，窗框(8)上设有4至8颗螺孔(9)；光伏组件(10)通过螺孔(9)固定在天井(3)上。
2.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述光伏组件(10)的结构为：太阳能集热板(11)通过密封部(12)与有机玻璃板(13)相连，太阳能集热板(11)与有机玻璃板(13)之间形成真空空间(14)。
3.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述光伏组件(10)通过导线分别与控制器(15)和蓄电池组(16)相连，控制器(15)与直流/交流逆变器(17)相连。
4.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述太阳能集热板(11)表面贴有防碎贴膜。
5.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述第一混凝土薄板(4)上方，设有整行或数行串联的避雷针。
6.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述窗框(8)四周设有一圈密封橡胶条。
7.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述主梁(1)之间的间隔为1.5-1.8m。
8.根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述次梁(2)之间的间隔为1.5-1.8m。
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Inventor after: Song Xiaochen

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Inventor before: Ding Shilei

Inventor before: Liu Feng

Inventor before: Song Xiaochen

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Application publication date: 20141029

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