CN108691383A - 一种多朝向太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的适合多朝向屋面太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统涉及一种集太阳能发电、屋面防水为一体的屋面系统。本发明由通用光伏组件、适合多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、高分子防水卷材、保温隔热材料、檩条、紧固件构成；覆盖在适合多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字形的中空区域上的通用光伏组件实现系统的光伏发电功能，铺设于适合多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接形成的主U型槽、次U型槽中的高分子防水卷材实现系统的柔性防水功能。本发明突出优点是模块化，能够在多朝向屋面上实现尽可能大的发电效率和良好的防水效果，便于安装、维护。
Description
技术领域
本发明涉及房屋建材领域，具体的来说是将太阳能发电、建筑防水技术与当前的建筑光伏一体化趋势结合的一种发电防水一体化屋面系统。
背景技术
相对高层民用住宅，众多具有轻质钢结构屋面的工业厂房、大型公用建筑的屋面一般情况下光照充足，可以成为太阳能发电提供场所，这样就可以自发自用，为企业带来清洁能源收益。但是，目前在轻质钢结构屋面上安装传统的光伏组件，不但需要在原有彩钢瓦上的安装数量众多的支架、安装钉、压块和安装孔，造成建筑漏水、荷载增大、建筑部件功能重复浪费等不足之外，工业厂房、大型公用建筑的屋面的朝向也是严重影响传统的屋顶光伏电站的发电收益的普遍因素。对于非正南朝向的坡屋面的轻质钢结构工业厂房、大型公用建筑，其屋顶光伏业大多也沿着坡屋面的走向铺设，其光伏组件的倾角与朝向都不是最优，甚至与最优情况相聚甚远，因而导致其发电收益显著不足。
从长远意义上看，太阳能光伏建筑是应建立在以高效率、低能耗并从本质上讲必需是经济的且不牺牲功能性、艺术性、舒适性。
因此，在保证建筑光伏一体化屋面系统的构件化、模块化、标准化，以提高施工速度、降低施工成本、降低制造成本、保证工程质量之外，还能够适于在多朝向屋面上安装，实现尽可能大的发电效率的建筑光伏一体化屋面系统十分必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在保证建筑光伏一体化屋面系统的构件化、模块化、标准化，以提高施工速度、降低施工成本、降低制造成本、保证工程质量之外，还能够保证建筑光伏一体化屋面系统适于在多朝向屋面上安装，实现尽可能大的发电效率。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种集发电、防水于一体的适于多朝向屋面的太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统，本发明太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统由通用光伏组件、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、高分子防水卷材、保温隔热材料、檩条、紧固件构成。
在本发明技术方案中，适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块通过紧固件安装在轻质钢结构的檩条上；适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中部为中空的口字型区域，节约了大量的彩色涂层钢板材料；适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的外侧具有可以与另外口字型彩色涂层钢板瓦模块相搭接的不对称U型的搭接边沿；多个口字型彩色涂层钢板瓦模块在轻质钢结构的檩条上依次排列，在轻质钢结构建筑的顶部形成“井“字型网格框架；相邻口字型彩色涂层钢板瓦模块之间通过口字型彩色涂层钢板瓦模块的不对称U型的搭接边沿相互搭接，并构成主U型导水槽、次U型导水槽；次U型导水槽与主U型导水槽相互搭接，构成本发明的结构自防水的第一层防水层；在次U型导水槽与主U型导水槽中铺设高分子防水卷材，构成本发明的第二层柔性防水层；适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型的顶部具有与光伏组件边框型材尺寸相匹配的边沿；在适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块上使用紧固件安装通用光伏组件，实现系统的光伏发电功能；
本发明的适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统通过根据所安装屋面的朝向提前定制好系统中口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型四壁的高度，以实现光伏组件的倾角与朝向达到最优，以实现尽可能大的发电效率。具体就是根据工程现场光伏发电的朝向及倾角要求，计算适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中空口字型结构的四个立边的各自高度和各自压折位置，然后在上述所得的压折位置上压折中空口字型的每个立边，构成可使所支撑光伏组件的倾角与朝向达到最优的中空口字型结构顶部边沿。
在本发明技术方案中，在屋面与立面墙体及突出屋面结构等交接处，均按照应做通用轻质钢结构屋面行业通用的安装方式处理，配置泛水板、屋脊盖沿等通用轻质钢结构屋面配件；在口字型彩色涂层钢板瓦模块与檩条之间安装保温隔热层。由此，构成本发明的完整的模块化太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统。
上述方案中，保温隔热层为材料品种、导热系数、厚度、密度等符合轻质钢结构建筑行业要求的材料。优选的是由穿孔钢承板、隔气膜、吸音材料、隔音材料、保温隔热材料、防水透气膜等构成。
上述方案中，檩条主要材质为C型或Z型冷轧镀锌型钢。型钢厚度、刚度符合轻质钢结构建筑行业要求。
上述方案中，紧固件：膨胀螺栓、铆钉、自攻螺钉、垫板、垫圈、螺帽等板材与板材，板材与骨架、通用光伏组件与口字型彩色涂层钢板瓦固定联接的所需要的轻质钢结构建筑行业通用的连接件。
本发明的多朝向屋面太阳能彩钢高分子卷材复合屋面系统通过系统中的通用光伏组件、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、高分子防水卷材共同实现防水的功能。其中通用光伏组件在适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型结构上覆盖安装的方式，实现了通用光伏组件与适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块之间的结构自防水；通过适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块之间的搭接，实现了适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块之间的结构自防水；通过铺设于次U型导水槽和主U型导水槽中的高分子防水卷材构成第二层的柔性的防水层；通过在屋面与立面墙体及突出屋面结构等交接处采用轻质钢结构屋面行业通用处理，实现了本模块化太阳能模块式轻质钢结构屋面系统在屋面与立面墙体及突出屋面结构等交接处的防水。
本发明的适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统通过系统中的通用光伏组件实现发电功能。
本发明的适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统通过系统中的通用光伏组件、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、保温隔热材料、檩条共同实现承受屋顶上部的荷载的功能。
本发明的适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统通过系统中的通用光伏组件、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、保温隔热层共同实现保温隔热及阻隔太阳辐射的功能。
本发明的有益效果是：
本发明突出优点是适于多朝向屋面，可以实现系统中光伏组件的倾角与朝向达到最优，以克服常规建筑光伏一体化屋面因为受限于建筑的朝向及屋面的坡度不利于光伏发电的不足，在适于多朝向屋面上实现尽可能大的发电效率；
本发明突出优点是结构自防水、不破坏传统轻质钢结构屋面的防水层，它不需要在裸露的彩色涂层钢板屋面上大量穿孔安装光伏支架，从而避免了因传统的彩色涂层钢板屋顶安装太阳能组件的导轨、支架而需要形成数量众多的穿孔，从根本上避免了破坏传统屋面的防水层。本适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统的安装，不需要剪破保温层或破坏防水层或屋面板。
本发明突出优点是相对目前的太阳能瓦具有突出的可维修性。传统的太阳能瓦是太阳能电池片与建筑的瓦片通过热压等方式粘接成一体，瓦与瓦之间为咬合搭接的方式形成防水。在长期运行中，当出现个别太阳能瓦故障时，需要拆除故障太阳能瓦周围的部分瓦片，部分情况下甚至还需要拆除部分屋面建筑结构，才能将咬合搭接的故障瓦拆下。而本发明中太阳能发电部分是将通用光伏组件使用紧固件安装在模块化的口字型彩色涂层钢板瓦模块围成的口字型结构上，可以便于快捷拆装。在维护故障太阳能电池组件时，仅需将故障的通用太阳能组件与口字型结构之间的紧固件卸下，就可进行维护和检修了。
本发明避免了普通太阳能组件与彩色涂层钢板功能的重叠，节约了大部分彩色涂层钢板。传统的直接安装在彩色涂层钢板屋面上的太阳能发电系统，普通太阳能组件遮挡部分的彩色涂层钢板起不到阻隔太阳辐射的功能，造成了材料的浪费。而本发明采用了模块化的口字型彩色涂层钢板瓦模块，节约了彩色涂层钢板。
本发明突出优点是非常轻，它免去了传统屋顶太阳能设备的导轨、支架等部分，又节约了大部分彩色涂层钢板，是金属结构屋面等轻质屋面的解决方案。
本发明突出优点是，本系统采用模块化的口字型彩色涂层钢板瓦模块，具有构件化、模块化、标准化的特点，对提高施工速度、降低施工成本、保证工程质量具有重要意义，有利于大规模、大批量生产，有利于降低整个系统的制造成本。
本发明突出优点是发扬大面积彩钢屋面快速施工的特点，是金属结构屋面等轻质屋面的解决方案。因为不需要相关太阳能板支架等支持设备的安装，本发明的施工劳动强度较小、施工速度快。
本发明突出优点是本系统中普通太阳能组件与保温隔热材料之间存在5厘米以上的空气隔层，既有效增加了屋面的隔热保温效果，又有效的降低了光伏组件高温及热斑效应等极端情况下引发屋面火灾的隐患。
本发明突出优点是本系统中普通太阳能组件的接线盒与连接电缆为下走线方式，安装普通太阳能组件与保温隔热材料之间存在5厘米以上的空气隔层之中。这样既实现了屋面的整洁美观、易于清理，又有效防止了接线盒与连接电缆暴露于雨雪、日晒等带来的老化。且电气系统便于检修和维护。
本发明突出优点是，其U型彩色涂层钢板部件使本系统具备一定的柔性，既可以适于平屋顶、又适于曲面屋顶。所以，本发明的即具备目前柔性薄膜太阳能电池屋面系统的柔性，又因采用了晶体硅太阳能电池而具备了柔性薄膜太阳能电池所欠缺的低成本特性。
本发明突出优点是，其U型彩色涂层钢板部件的U型结构使本系统具备一定的柔性，可削减因热胀冷缩所产生的屋面伸缩变形对光伏组件的破坏作用。
附图说明
图1为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块前视图。图中标号：中空口字型的立边1.1、主U型槽1.2、主U型槽的搭接边沿1.3。
图2为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块俯视图。图中标号：中空区域2.1、主U型槽2.2、、次U型槽2.3。
图3为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块左视图。图中标号：中空口字型的立边3.1、次U型槽3.2、次U型槽的搭接边沿3.3。
图4为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块根据工程现场朝向及倾角要求压制口字型结构顶部边沿后的前视图。图中标号：口字型结构顶部边沿4.1、口字型结构收口折边4.2、主U型槽4.3、主U型槽的搭接边沿4.4。
图5为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块根据工程现场朝向及倾角要求压制口字型结构顶部边沿后的俯视图。图中标号：口字型结构顶部边沿5.1、口字型结构收口折边5.2、中空区域5.3、主U型槽5.4、、次U型槽5.5。
图6为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块根据工程现场朝向及倾角要求压制口字型结构顶部边沿后的左视图。图中标号：口字型结构顶部边沿6.1、口字型结构收口折边6.2、次U型槽6.3、次U型槽的搭接边沿6.4。
图7为本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块与其他适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接构成的具有中空的口字型的井字型网格框架。
图8为通过紧固件将本发明的由适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接构成的具有中空的口字型的井字型网格框架固定在轻质钢结构屋面的檩条上的示意图。
图9为本发明的次U型导水槽中完成铺设高分子防水卷材示意图。
图10为本发明的主U型导水槽、次U型导水槽全部完成铺设高分子防水卷材示意图。
图11为在由适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接构成的具有中空的口字型的井字型网格框架上覆盖并固定光伏组件的示意图。
图12为本发明的适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统在口字型彩色涂层钢板瓦模块次U型导水槽底部的截面图。图中标号：保温隔热层12.1、彩钢瓦横檩固定螺钉12.2、轻质钢结构横檩12.3、轻质钢结构纵檩12.4、高分子防水卷材12.5、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块12.6、通用光伏组件紧固件12.7、通用光伏组件12.8、密封胶12.9、光伏组件连接电缆12.10。
图13为与图12朝向及倾角不同的本发明的适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统在口字型彩色涂层钢板瓦模块次U型导水槽底部的截面图。
图14为与图12、图13朝向及倾角不同的本发明的适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统在口字型彩色涂层钢板瓦模块次U型导水槽底部的截面图。
图15为安装于坡屋面的本发明的适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统在口字型彩色涂层钢板瓦模块次U型导水槽底部的截面图。图中标号：水平线15.1。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统，如图12所示，包括保温隔热层12.1、彩钢瓦横檩固定螺钉12.2、轻质钢结构横檩12.3、轻质钢结构纵檩12.4、高分子防水卷材12.5、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块12.6、通用光伏组件紧固件12.7、通用光伏组件12.8、密封胶12.9、光伏组件连接电缆12.10。
适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块12.6，其未根据工程现场朝向及倾角要求压制口字型结构顶部边沿之前的详细结构如图1、图2、图3所示，为使用行业内通用的彩色涂层钢板冲压成型所得，所使用的彩色涂层钢板的组成结构为：保护膜，聚酯漆，镀锌层，钢板。其长度为2.3米，宽度为1.2米；其长边外侧的主U型槽半径为0.12米，主U型槽的搭接部分宽0.05米；其短边外侧的次U型槽半径为0.08米，次U型槽的搭接部分0.05；模块内侧的中空的口字型的长度为1.952米，宽度为0.988米；其中空口字型的立边高度为0.5米。根据工程现场光伏发电的朝向及倾角要求，计算适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中空口字型的各个立边高度和压折位置，对适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块压制口字型结构顶部边沿。边沿的宽度为0.02米，多余部分剪去。本发明的适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块根据工程现场朝向及倾角要求压制口字型结构顶部边沿后的详细结构如图4、图5、图6所示。
通用光伏组件12.8，为行业内通用的多晶硅光伏组件，其长度为1.956米，宽度为0.992米。
高分子防水卷材12.5，为行业内通用的热塑性聚烯烃高分子防水卷材，其尺寸规格为厚度2毫米，宽度与长度以能够以热熔黏贴方式覆盖主U型沟道和次U型沟道。
保温隔热层12.1、彩钢瓦横檩固定螺钉12.2、轻质钢结构横檩12.3、轻质钢结构纵檩12.4、通用光伏组件紧固件12.7、密封胶12.9、光伏组件连接电缆12.10均为行业通用的建筑材料与部件。上述实施例中，保温隔热层为材料品种、导热系数、厚度、密度等符合轻质钢结构建筑行业要求的材料。优选的是由穿孔钢承板、隔气膜、吸音材料、隔音材料、保温隔热材料、防水透气膜等构成。
上述实施例中，檩条主要材质为C型或Z型冷轧镀锌型钢。型钢厚度、刚度符合轻质钢结构建筑行业要求。
上述实施例中，紧固件：膨胀螺栓、铆钉、自攻螺钉、垫板、垫圈、螺帽等板材与板材，板材与骨架、通用光伏组件与口字型彩色涂层钢板瓦固定联接的所需要的轻质钢结构建筑行业通用的连接件。
本发明的适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统的施工步骤如下：
A、根据工程现场光伏发电的朝向及倾角要求，计算适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中空口字型的各个立边高度和压折位置，对适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块压制口字型结构顶部边沿。
B、在轻质钢结构屋面的檩条上安装保温隔热层。
C、将若干多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接铺设在保温隔热层上。如图7所示，多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接构成具有中空的口字型的井字型网格框架；如图8所示，通过紧固件将井字型网格框架固定安装在轻质钢结构的檩条上。
D、使用高分子防水卷材通用施工工艺，通过热风焊接热熔型防水卷材底部的热熔胶的施工方式将高分子防水卷材铺设在次U型槽中。安装结果如图9所示。
E、使用高分子防水卷材通用施工工艺，通过热风焊接热熔型防水卷材底部的热熔胶的施工方式将高分子防水卷材铺设在主U型槽中。安装结果如图10所示。
F、将通用光伏组件通过覆盖在口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型结构上，连接相邻通用光伏组件的电缆与接线盒。其中光伏组件的电缆为下走线形式，在U型彩色涂层短钢板瓦与保温隔热层之间穿行。然后使用通用光伏组件紧固件将通用光伏组件与口字型结构的边沿固定在一起。在光伏组件与口字型结构的边沿的涂抹密封胶。安装结果的俯视图如图11所示。其在口字型彩色涂层钢板瓦模块次U型导水槽底部的截面图如图12所示。
G、在屋面与立面墙体及突出屋面结构等交接处，均按照应做通用轻质钢结构屋面行业通用的安装方式处理，配置泛水板、屋脊盖沿等通用轻质钢结构屋面配件，并作通用的防水处理。
H、根据不同工程现场建筑屋面的朝向、坡度的特点，以及光伏发电的朝向及倾角要求，计算适于工程现场建筑屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中空口字型的各个立边高度和压折位置，可以实现本发明中光伏组件的朝向与倾角相对屋面变化，其效果如图13、图14、图15所示，以实现尽可能大的光伏发电效率。
Claims (5)
1.适于多朝向屋面的太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统，其特征在于：由通用光伏组件、适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块、高分子防水卷材、保温隔热材料、檩条、紧固件构成；
2.上述适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统，所述适于多朝向屋面口字型彩色涂层钢板瓦模块的中部为中空的口字型区域；口字型区域四边具有立边；在安装之前，计算适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块的中空口字型的各个立边高度和压折位置，对适于多朝向屋面的口字型彩色涂层钢板瓦模块压制口字型结构顶部边沿，使之构成与光伏组件边框型材尺寸相匹配的边沿；口字型彩色涂层钢板瓦模块的外侧具有可以与另外口字型彩色涂层钢板瓦模块相搭接的不对称U型的搭接边沿；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的长度为0.5米～5米，宽度为0.4米～4.9米；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的主U型槽半径为0.05米～1米；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的次U型槽半径为0.05米～0.5米；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型结构的中空区域的长度为0.4米～4.9米，宽度为0.3米～4.8米；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型结构的立边的高度为0.05米～1米；所述口字型彩色涂层钢板瓦模块的口字型结构的边沿的宽度为0.005米～0.2米；
3.权利要求2所述适于多朝向屋面口字型彩色涂层钢板瓦模块通过权利要求2所述的不对称U型的搭接边沿与其它适于多朝向屋面口字型彩色涂层钢板瓦模块相互搭接成“井“字型网格框架，并构成主U型导水槽、次U型导水槽；
4.上述适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统，所述通用光伏组件覆盖在权利要求2所述的口字形的中空区域上，通过紧固件将光伏组件边框与口字型的顶部边沿紧密固定，并使用密封胶密封边缘；
5.上述适于多朝向屋面太阳能高分子卷材彩钢复合屋面系统，所述高分子防水卷材于铺设于权利要求4所述的主U型导水槽和次U型导水槽中，形成防水层。
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