浅析屋面太阳能发电系统

随着社会的发展和人们生活水平的提高,对能源的需求量也越来越大。太阳能作为一种绿色能源,有着化石能源如石油等无法比拟的优越性,发展前景非常广阔,研究和实践表明,太阳直接辐射到地球的能量丰富,分布广泛,可以再生,不污染环境,是国际社会工人的理想替代能源。目前太阳能发电已成为全球发展速度最快的技术,是工业照明系统发展的必然趋势。

1 光伏发电原理

光伏发电是根据光生伏打效应,利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。发电系统是根据这一原理制成的完整的发电系统。

光伏发电系统通常有两种形式,一种是独立式发电系统,另一种是非独立式光伏发电系统,也称联网系统或并网系统。独立式光伏发电系统包括逆变光伏发电系统(交流负载)和非逆变发电系统(直流负载)两个类型;非独立式光伏发电系统根据是否带有储能装置分为储能逆变并网和非储能能逆变并网两个种类。无论是独立发电系统还是并网发电系统、光伏发电系统均由太阳电池扳(组件)、控制器和逆变器三大部分组成。由于这三个部分主要由电子元器件构成,不涉及机械部件,所以,光伏发电设备极为精炼,可靠稳定,而且寿命很长,安装维护也很简便。

太阳能光伏组件的最基本元件是太能电池(片),有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。目前,单晶和多晶电池用量最大,非晶电池用在一些小系统和计算器辅助电源等。由一个或多个太阳电池片组成的太阳能电池板称为光伏组件。

屋面太阳能发电系统的构成与其他太阳能发电无差异,本文就不赘述。

2 屋面太阳能发电系统的特点

相对于地面太阳能电站,屋面太阳能发电系统具有如下主要特点。

(1)利用现有建筑的闲置屋顶,不占用专门的用地面积,符合建设条件的建筑量大,可大规模推广应用。

(2)建设改造成本较低;可选光伏组件种类较多。

(3)多位于城镇,并网条件好,接入系统成本降低。

(4)光伏组件安装方式比较自由,系统效率高,可实现较大规模装机。

(5)维护方便,可实现无人值守等。

与其它光伏发电形式相比,屋顶太阳能光伏发电系统具有突出的优点,尤其适合在工商业发达、缺乏可供开发利用空地的地区大规模推广应用。

3 组件的固定方式

根据工程实际,屋面常规可分为混凝土屋面、瓦屋面和彩钢板屋面。

根据屋面的不同,组件支架与屋面的固定可采用不同的方式。

(1)混凝土屋面。

混凝土屋面常规荷载余量比较大,为获取最大发电量,常规采用支架做出一定倾角,太阳能组件固定在支架上。支架构成如图1。

采用倾角安装的太阳能组件,除考虑组件和地区的雪荷载外,风对组件的抗拔力是设计最需要考虑的因数。以往的设计中,是采用防水螺栓将支架固定在屋面上。但此做法会破坏屋面防水,而且需要将原屋面破坏后再修复,成本较高。目前流行的设计是在支架底部设置混凝土砌块,增加自重以抵御风吸力。

(2)瓦屋面。

国内住宅,特别是多层住宅屋面多为瓦屋面。在此屋面布置太阳能板,无法采用支架形式,且瓦屋面考虑排水,自身已有坡度。所以在瓦屋面上,太阳能组件一般沿屋面坡度平铺。瓦片无法固定组件,组件需要采用专用固定件固定在屋面梁内。

(3)钢屋面。

钢屋面因自身承载力较小,布置太阳能组件首先要复核原屋面荷载是否能满足设计要求。因为荷载问题,太阳能系统的轻量化就是在钢屋面上布置太阳能组件的关键点。组件自身质量已固定,可调整范围不大。组件的固定为减少质量,一般不采用支架,而采用成品的夹具。根据彩钢板波纹的型号,厂家开发出匹配的型号,直接将组件采用夹具固定,省去了底部的支架系统,从而使系统的整体重量减少,同时也不会对彩钢板屋面进行破坏。常见的夹具如图2。

采用夹具固定时,太阳能系统的重量全部靠夹具支撑,所以对夹具的强度提出了很高的要求,在部分环境恶劣地区,夹具的强度不一定能满足设计参数的要求。所以对夹具的使用必须进行详细设计及计算。并且由于整个太阳能组件均靠夹具夹在彩钢瓦上,所以彩钢瓦的强度也必须满足设计要求。

4 结语

屋面太阳能发电系统除考虑常规太阳能发电的问题外,还要特别注意屋面的防水、荷载(包括风压、雪荷载等),组件的安装不能破坏原屋面等问题。

中国太阳能与建筑一体化技术已基本成熟的条件下,太阳能与建筑一体化是中国太阳能利用行业发展的必然趋势。中国政府对CO2减排国际义务的承诺和科学发展观的落实,以及不断加强的建筑节能全民意识和日益成熟的房地产市场环境,促进了建筑节能完整利益链与市场化运行机制的形成,为建筑利用太阳能提供了良好机遇。可以肯定,未来的建筑市场将是节能减排的市场,太阳能光电建筑,特别是屋面太阳能发电将迎来快速发展的春天。

参考文献

[1] DGJ32/J87-2009[S].太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程.

[2] 中信博新能源科技(苏州)有限公司产品资料.

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