CN114508203A - 一种bipv光伏屋面系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

一种BIPV光伏屋面系统及施工方法，属于屋面施工领域，BIPV光伏屋面系统包括屋面结构，铺设在屋面结构上的防水层，穿过防水层连接在屋面结构上的龙骨支撑系统，铺设在龙骨支撑系统上的光伏组件及覆盖在左右相邻的光伏组件之间的装饰棒。装饰棒为头窄尾宽、且下方开口的筒状结构，包括两侧竖直的卡合部和两卡合部之间的装饰部；装饰棒的尾部设有插接卡棱，头尾相连装饰棒通过插接卡棱契合插接；装饰棒的下部开有一尾高头低的组件卡口，组件卡口的卡口深度由尾部至头部逐渐加大；光伏组件的下边框卡合在组件卡口上；靠近檐口的装饰棒设有封口堵头。本发明解决现有光伏屋面普遍存在的结构造型单一、可应用屋面范围小、散热性差及防水密闭性差的问题。

Description

一种BIPV光伏屋面系统及施工方法

技术领域

本发明属于屋面施工领域，具体涉及一种BIPV光伏屋面系统及施工方法。

背景技术

BIPV光伏建筑一体化建筑是将太阳能与建筑设计完美结合的建筑理念，在不影响整体建筑设计风格和品味的基础上巧妙地引入太阳能装置，完成建筑物的绿色能源供应。但直至现在，受制于光伏组件造型、发电效率和安装固定方式等因素，真正符合建筑设计师要求的BIPV建筑少之又少。在已公开的分布式光伏屋面技术方案中，针对光伏在工业厂房或普通商业屋面应用的讨论很多，这些技术以满足基本的发电功能为目标，尚无针对光伏瓦作为建筑屋面构成要素之一的BIPV一体化的深入研究。技术方案亦大多承袭地面光伏电站，但是将地面电站系统简单挪到屋面上必然会产生一系列问题，比如漏水、屋面载荷过重、抗风揭性能差以及因屋面系统不通风导致组件因环境温度过高发电效率下降、甚至于被迫增加额外设备强制通风而增加施工成本等。有的方案为提高屋面的抗风揭性还需额外搭配系统抗风负载，造成系统总重量远超屋面安全荷载，产生安全隐患；有些技术方案中光伏组件搭配金属导水槽安装，虽然解决了荷载过重和渗漏的问题，但屋面造型单一，只适用于工业厂房或对建筑造型不做要求的建筑。

发明内容

本发明的目的是提供一种BIPV光伏屋面系统及施工方法，解决现有光伏屋面普遍存在的结构造型单一、可应用屋面范围小、散热性差及防水密闭性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种BIPV光伏屋面系统，包括屋面结构，铺设在屋面结构上的防水层，穿过防水层连接在屋面结构上的龙骨支撑系统，铺设在龙骨支撑系统上的光伏组件及覆盖在左右相邻的光伏组件之间的装饰棒。

装饰棒为头窄尾宽、且下方开口的筒状结构，包括两侧竖直的卡合部和两卡合部之间的装饰部；装饰棒的尾部设有插接卡棱，头尾相连装饰棒通过插接卡棱契合插接；装饰棒的下部开有一尾高头低的组件卡口，组件卡口的卡口深度由尾部至头部逐渐加大；光伏组件的下边框卡合在组件卡口上；靠近檐口的第一排装饰棒的头部设有封口堵头。

进一步优选的技术方案：装饰部呈弧形或多边形或根据具体装饰需要制作成相应形状。

进一步优选的技术方案：光伏组件包括矩形边框和设置在矩形边框内的电池片；

矩形边框为空心铝合金型材，其横截面的主体部呈上小下大的U形，主体部内为呈L形的支撑部，支撑部与主体部之间形成边框卡口；电池片的边沿卡合在边框卡口内。

进一步优选的技术方案：矩形边框包括上边框、下边框和两侧边框，其中上边框和两侧边框的顶面均设有向上凸起的挡水沿。

进一步优选的技术方案：上边框的挡水沿的两侧和两侧边框的挡水沿的上部均开有卡槽。

上、下相邻矩形边框之间首尾叠压铺装；位于上排的矩形边框的下边框设置在位于下排的矩形边框的上边框的内侧，并穿过卡槽与位于上排的矩形边框的两侧边框连接。

上、下排相邻矩形边框叠压处的两端设有止水条或涂抹耐候密封胶。

进一步优选的技术方案：龙骨支撑系统包括支撑件、U型穿孔横梁和檩条。

支撑件为L形角码，横、纵间隔布设在屋面结构上，支撑件包括竖直肢和水平肢，其水平肢通过膨胀螺栓与屋面结构连接。

檩条焊接在位于同一竖列的支撑件之间，焊接在支撑件的竖直肢外侧。

檩条上固定有几字形支架，U型穿孔横梁横向设置、间隔连接在在几字形支架上。

进一步优选的技术方案：左、右相邻矩形边框之间留有空隙，空隙内设有铝合金压块。

铝合金压块主体呈U形，两端水平向外延伸。

进一步优选的技术方案：铝合金压块的两端压在左、右相邻两矩形边框上，并通过螺栓连接在U型穿孔横梁的上表面。

进一步优选的技术方案：装饰棒覆盖在铝合金压块上方。

装饰棒的卡合部对应卡合在左、右相邻矩形边框的两侧边框的挡水沿上。

进一步优选的技术方案：防水层可以采用任何成熟的防水方案，如波形排水板、防水卷材、呼吸透气膜等。

一种所述的BIPV光伏屋面系统的施工方法，步骤为：

步骤一，在屋面结构上安装支撑件，然后将檩条焊接在支撑件上。

步骤二，将U型穿孔横梁通过焊接或螺栓组固定在纵向檩条上，U型穿孔横梁的间距取决于光伏组件的规格。

步骤三，将屋面结构分为有阴影遮挡部分及阳光充足部分分别进行布局设计，根据布局设计划分安装区域，准备铺设光伏组件。

步骤四，铺设光伏组件：

a，自檐口开始铺设光伏组件，光伏组件采用和U型穿孔横梁配套的铝合金压块固定，檐口使用檐口挡篦和泛水板。

b，并排的两块光伏组件之间按设计方案预留间隙。

c，局部安装区域内的第一排光伏组件施工完毕后，安装第二排光伏组件；在光伏组件边框叠压处的两端放置止水条或涂抹耐候密封胶，将上排光伏组件下边框压住下排光伏组件上边框，并用铝合金压块固定在U型穿孔横梁上。

d，局部区域内的光伏组件铺装完毕，并确认连线无误后，即可铺设装饰棒；将装饰棒固定在光伏组件的侧边框上，上下排装饰棒之间压合扣紧。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

1，本发明中，光伏组件替代屋面瓦直接固定在龙骨支撑系统上，安装牢固稳定，无需为保证光伏瓦的抗风揭性而额外增加配载，避免屋面因载荷过大造成安全隐患。

2，现有分布式光伏技术无法将晶硅电池组件应用到有弧度的屋面或者复杂造型的屋面。

本发明采用叠压安装的光伏组件搭配纵向装饰棒的技术方案，打破了现有技术的限制，无论是曲面居多的仿古建筑还是体育馆、博物馆等曲面造型居多的屋面均可引入BIPV光伏屋面系统，极大丰富了光伏屋面的造型，拓展了应用领域。

3，众所周知，光伏组件是通过晶硅的光电效应将光转化为电，如果电池片内部的温度太高反而会降低光电转换效率；一般太阳能组件的功率是在25度1000瓦/㎡强光下测得，而夏天光伏组件的表面温度往往会超过45度；为避免组件发电效率降低，有些方案采用增大光伏组件和支座的距离，加大抗风负载，营造导流排风效果；有的增加风扇以及一些电气控制设备辅助散热，这些方法都增加了施工成本和工艺复杂性。

本发明为通风透气的低能耗节能屋面系统，屋面系统内有大量空腔结构有利于空气流通，从檐口进入的冷空气吸收了系统内部的热量一路向上，挟带着潮气从屋脊处排出，这个过程连续不断，维持屋面系统的干燥和凉爽；凉爽通风的屋面系统不仅降低了建筑能耗，还为光伏组件营造了良好的工作环境；本发明技术方案通过屋面系统的结构设计实现了光伏组件所需要的通风散热环境，有利于维持光伏组件在夏季高温时的发电效率。

4，本发明将光伏屋面与低能耗屋面系统结合起来，通过引入装饰棒和对光伏组件型材边框的特殊设计，创新性地将光伏组件作为屋面瓦叠压铺装，既保证屋面防水密闭性又增加了层次感和设计美感，实现了BIPV光伏建筑一体化。

附图说明

图1是本发明BIPV光伏屋面系统的立体图一。

图2是本发明BIPV光伏屋面系统的立体图二。

图3是本发明BIPV光伏屋面系统的立面图，曲面屋面结构。

图4是本发明BIPV光伏屋面系统的立面图一，平屋面结构。

图5是本发明BIPV光伏屋面系统的立面图二，平屋面结构。

图6是本发明BIPV光伏屋面系统的截面图。

图7是本发明上、下排光伏组件连接节点图一。

图8是本发明上、下排光伏组件连接节点图二。

图9是本发明上、下相邻装饰棒的连接图。

图10是本发明装饰棒的立面图。

附图标记：1—装饰棒、2—光伏组件、3—U型穿孔横梁、4—檩条、5—支撑件、6—防水层、7—屋面结构、8—檐口通风档篦、9—铝合金压块、10—泛水板、

1.1—组件卡口、1.2—卡合部、1.3—装饰部、1.4—封口、1.5——插接卡棱、

2.1—矩形边框、2.2—电池片、2.3—边框卡口、2.4—挡水沿、2.5—卡槽。

具体实施方式

参见图1至10所示，本发明一种BIPV光伏屋面系统及施工方法，BIPV光伏屋面系统包括屋面结构7，铺设在屋面结构7上的防水层6，穿过防水层6连接在屋面结构7上的龙骨支撑系统，铺设在龙骨支撑系统上的光伏组件2及覆盖在左右相邻的光伏组件2之间的装饰棒1。

BIPV，即Building Integrated PV，PV即Photovoltaic，一般指光伏建筑一体化，是一种将太阳能发电（光伏）产品集成到建筑上的技术。

本发明适用所有坡屋面结构，屋面结构7为混凝土结构屋面、钢结构屋面、木结构屋面等。

防水层可以采用任何成熟的防水方案，如自粘防水卷材、SBS防水卷材、波形排水板、呼吸透气膜等。

龙骨支撑系统包括支撑件5、U型穿孔横梁3和檩条4；支撑件5为L形角码，横、纵间隔布设在屋面结构7上，支撑件5包括竖直肢和水平肢，其水平肢通过膨胀螺栓与屋面结构7连接；檩条4焊接在位于同一竖列的支撑件5之间，具体檩条4为镀锌方形钢管，焊接在支撑件5的竖直肢外侧；U型穿孔横梁3横向设置、间隔连接在檩条4上。

光伏组件2包括矩形边框2.1和设置在矩形边框内的电池片2.2；矩形边框2.1为空心铝合金型材，其横截面的主体部呈上小下大的U形，主体部内为呈L形的支撑部，支撑部与主体部之间形成边框卡口2.3；矩形边框2.1包括上边框、下边框和两侧边框，其中上边框和两侧边框的顶面内缘或外缘设有向上凸起的挡水沿2.4，挡水沿的高度取决于光伏组件和装饰棒的规格尺寸，挡水沿的作用一是防止雨水卷入屋面，二是方便装饰棒的固定。

参见图7、8所示，当挡水沿2.4设置在上边框和两侧边框的顶面外侧时，上边框挡水沿的两侧和两侧边框挡水沿的上部均开有卡槽2.5；卡槽2.5宽度应满足，下述中，将位于下排光伏组件标记为A，位于上排光伏组件标记为B：下排光伏组件A的上边框挡水沿横向开槽宽度a大于上排光伏组件B的侧边框底部宽度b；下排光伏组件A的两侧边框挡水沿纵向开槽宽度d大于上排光伏组件B下边框底部宽度c。

上、下相邻矩形边框2.1之间首尾叠压铺装；具体的，位于上排的矩形边框2.1的下边框设置在位于下排的矩形边框2.1的上边框的内侧，并穿过卡槽2.5与位于上排的矩形边框2.1的两侧边框连接；上、下相邻矩形边框2.1叠压处的两端设有止水条或涂抹耐候密封胶，止水条或涂抹耐候密封胶均呈L形布设或涂抹，避免雨水渗漏。

装饰棒1为头窄尾宽、且下方开口的筒状结构，包括两侧竖直的卡合部1.2和两卡合部之间的装饰部1.3；装饰棒1的尾部设有插接卡棱1.5，头尾相连装饰棒1通过插接卡棱1.5契合插接；装饰棒1的下部开有组件卡口1.1，组件卡口1.1的卡口深度由尾部至头部逐渐加大；，光伏组件2的下边框卡合在组件卡口1.1上；靠近檐口的第一排装饰棒1头部设有封口1.4。

装饰棒的长度取决于光伏组件的长度，装饰棒的截面宽度dim取决于光伏组件规格和屋面的设计风格；装饰棒的起点可以设置在檐口或与檐口一定距离的位置，出于审美角度和安装便利性，可以将装饰棒起始点位置以光伏组件长度为模数向后挪；出于防水、挡鸟和美观因素，第一排装饰棒安装封口堵头；装饰棒的材质为屋面和幕墙的常用材料，包括但不限于彩铝、彩钢、钛锌板、紫铜或其它金属和非金属材料。

左、右相邻矩形边框2.1之间留有空隙，空隙内设有铝合金材质的铝合金压块9，铝合金压块9主体呈U形，两端水平向外延伸，铝合金压块9的两端压在左、右相邻两矩形边框2.1上，并铝合金压块9通过螺钉连接在U型穿孔横梁3的上表面，装饰棒1覆盖在空隙上方，具体的，装饰棒1的卡合部1.2对应卡合在左、右相邻矩形边框2.1的两侧边框的挡水沿2.4上。

本发明中的光伏组件作为屋面围护系统的组成要素之一，替代屋面瓦，降低综合成本。

本发明光伏组件采用叠压的方式安装，上排组件下边框压住下排组件的上边框，屋面防水密闭性好，层次感强。

本发明装饰棒是BIPV光伏屋面系统的点睛之笔，装饰棒外形可根据建筑物的设计风格灵活变化。

本发明光伏组件两侧边框和上边框设有凸起的挡水沿，防止雨水卷入屋面。

本发明采用低能耗屋面系统，系统内部保持干燥的状态，不仅有利于延长系统内建材的使用寿命、降低建筑物在使用寿命中产生的建筑能耗，还为光伏组件创造凉爽透气的工作环境避免光伏组件因温升而降低光电转化效率。

本发明光伏组件与屋面系统同时施工，系统完整性好，杜绝现有光伏屋面经常出现的因破坏屋面防水而导致屋面渗漏、缩短屋面使用寿命的隐患。

本发明施工的光伏屋面层次感强，装饰棒在屋面上勾勒出优美的线条，解决了光伏屋面造型单一，应用领域局限的缺点，为分布式光伏与建筑的深入结合拓宽了思路。

本发明涉BIPV光伏屋面系统及施工方法，光伏组件上下叠压，屋面安装有纵向装饰棒，屋面系统采用节能通风透气结构，造型美观，防水透气性和抗风揭强度上具有明显优势，最大程度实现光伏建筑一体化所追求的建筑美和设计感；采用本发明的光伏屋面具有强烈的层次感和线条美，可应用与低密度坡屋面房屋，文体设施等对建筑美观性有较高要求的公共建筑物；克服了现有光伏屋面普遍存在的造型单一、散热性差、防水密闭性差等缺点，拓宽了光伏瓦在追求建筑美感的复杂屋面上的应用。

本发明植根于一体化节能屋面系统的设计思路，光伏组件纵向叠压安装固定在通风透气的龙骨支撑系统上，上排光伏组件的下缘压在下排光伏组件的上缘，光伏组件边框上部设有止水条，增加屋面的层次感和防水密闭性；并排的光伏组件之间留有间隙，有助于屋面系统内的空气交换，间隙上方覆盖防水装饰棒，既能起到画龙点睛的装饰作用又强化了屋面防排水性能；拓宽了光伏屋面的应用领域，从功能性和设计风格上光伏屋面与建筑物都融为一体，真正实现了光伏建筑一体化的目标。

本发明BIPV光伏屋面系统的施工方法：

光伏屋面系统的前道工序是屋面结构工程，屋面结构工程包括钢筋混凝土安装工程或钢结构安装工程或木结构工程，屋面结构做好防水即形成防水层后进入以下施工步骤： 第一步，在屋面结构上安装支撑件5，然后将檩条4焊接在支撑件5上。

第二步，将U型穿孔横梁通过螺栓组或者焊接方式固定在纵向檩条上，U型穿孔横梁的间距取决于光伏组件的规格。

第三步，根据屋面的组串设计方案划分安装区域、准备铺设组件；组串设计方案应结合当地气象及山墙遮挡面积等因素，将屋面分为有阴影遮挡部分及阳光充足部分分别进行布局设计。 第四步，铺设光伏组件：

1，自檐口开始铺设光伏组件，光伏组件采用和U型穿孔横梁配套的铝合金压块固定；檐口使用檐口通风挡篦8和泛水板10。

2，并排的两块光伏组件之间按设计方案预留间隙。

3，局部安装区域内的第一排光伏组件施工完毕后，安装第二排光伏组件；在光伏组件边框叠压处的两端放置止水条或涂抹耐候密封胶，将上排光伏组件下边框压住下排光伏组件上边框，并用铝合金压块固定在U型穿孔横梁上。

4，局部区域内的光伏组件铺装完毕，并确认连线无误后，即可铺设装饰棒；装饰棒可通过铆接、栓接、扣接等多种方式固定在光伏组件的侧边框上，上下排装饰棒之间压合扣紧即可。

上述步骤二中，也可根据施工需要，将几字形支架固定在檩条4上，几字形支架的横向间距和纵向间距取决于光伏组件的规格，再使用镀锌螺栓将U型穿孔横梁固定在几字形支架上；增加龙骨支撑系统的叠层，通风性更高，且更加美观。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种BIPV光伏屋面系统，其特征在于：包括屋面结构（7），铺设在屋面结构（7）上的防水层（6），穿过防水层（6）连接在屋面结构（7）上的龙骨支撑系统，铺设在龙骨支撑系统上的光伏组件（2）及覆盖在左右相邻的光伏组件（2）之间的装饰棒（1）；

装饰棒（1）为头窄尾宽、且下方开口的筒状结构，包括两侧竖直的卡合部（1.2）和两卡合部之间的装饰部（1.3）；装饰棒（1）的尾部设有插接卡棱（1.5），头尾相连装饰棒（1）通过插接卡棱（1.5）契合插接；装饰棒（1）的下部开有一尾高头低的组件卡口（1.1）；光伏组件（2）的下边框卡合在组件卡口（1.1）上；靠近檐口的第一排装饰棒（1）的头部设有封口堵头（1.4）；

装饰部（1.3）呈弧形或多边形或根据具体装饰需要制作成相应形状。

2.根据权利要求1所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：防水层（6）为波形排水板、防水卷材或呼吸透气膜。

3.根据权利要求1所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：光伏组件（2）包括矩形边框（2.1）和设置在矩形边框内的电池片（2.2）；

矩形边框（2.1）为空心铝合金型材，其横截面的主体部呈上小下大的U形，主体部内为呈L形的支撑部，支撑部与主体部之间形成边框卡口（2.3）；电池片（2.2）的边沿卡合在边框卡口（2.3）内。

4.根据权利要求3所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：矩形边框（2.1）包括上边框、下边框和两侧边框，其中上边框和两侧边框的顶面均设有向上凸起的挡水沿（2.4）。

5.根据权利要求4所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：上边框的挡水沿的两侧和两侧边框的挡水沿的上部均开有卡槽（2.5）；

上、下相邻矩形边框（2.1）之间首尾叠压铺装；位于上排的矩形边框（2.1）的下边框设置在位于下排的矩形边框（2.1）的上边框的内侧，并穿过卡槽（2.5）与位于上排的矩形边框（2.1）的两侧边框连接；

上、下排相邻矩形边框（2.1）叠压处的两端设有止水条或涂抹耐候密封胶。

6.根据权利要求4所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：龙骨支撑系统包括支撑件（5）、U型穿孔横梁（3）和檩条（4）；

支撑件（5）为L形角码，横、纵间隔布设在屋面结构（7）上，支撑件（5）包括竖直肢和水平肢，其水平肢通过膨胀螺栓与屋面结构（7）连接；

檩条（4）焊接在位于同一竖列的支撑件（5）之间，焊接在支撑件（5）的竖直肢外侧；

檩条（4）上固定有几字形支架，U型穿孔横梁（3）横向设置、间隔连接在在几字形支架上。

7.根据权利要求6所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：左、右相邻矩形边框（2.1）之间留有空隙，空隙内设有铝合金压块（9）；

铝合金压块（9）主体呈U形，两端水平向外延伸。

8.根据权利要求7所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：铝合金压块（9）的两端压在左、右相邻两矩形边框（2.1）上，并通过螺栓连接在U型穿孔横梁（3）的上表面。

9.根据权利要求7所述的BIPV光伏屋面系统，其特征在于：装饰棒（1）覆盖在铝合金压块（9）上方；

装饰棒（1）的卡合部（1.2）对应卡合在左、右相邻矩形边框（2.1）的两侧边框的挡水沿（2.4）上。

10.一种权利要求1至9任意一项所述的BIPV光伏屋面系统的施工方法，其特征在于，步骤为：

步骤一，在屋面结构上安装支撑件（5），然后将檩条（4）焊接在支撑件（5）上；

步骤二，将U型穿孔横梁通过焊接或螺栓组固定在纵向檩条上，U型穿孔横梁的间距取决于光伏组件的规格；

步骤三，将屋面结构分为有阴影遮挡部分及阳光充足部分分别进行布局设计，根据布局设计划分安装区域，准备铺设光伏组件；

步骤四，铺设光伏组件：

a，自檐口开始铺设光伏组件，光伏组件采用和U型穿孔横梁配套的铝合金压块固定，檐口使用檐口通风挡篦（8）和泛水板（10）；

b，并排的两块光伏组件之间按设计方案预留间隙；

c，局部安装区域内的第一排光伏组件施工完毕后，安装第二排光伏组件；在光伏组件边框叠压处的两端放置止水条或涂抹耐候密封胶，将上排光伏组件下边框压住下排光伏组件上边框，并用铝合金压块固定在U型穿孔横梁上；

d，局部区域内的光伏组件铺装完毕，并确认连线无误后，即可铺设装饰棒；将装饰棒固定在光伏组件的侧边框上，上下排装饰棒之间压合扣紧。

Images