利用建筑物的平屋面，安裝太陽能電池板，光伏發(fā)電系統(tǒng)正在逐步成為建筑物供電系統(tǒng)的重要組成。甘肅海外工程總公司負(fù)責(zé)設(shè)計施工總承包的安哥拉羅安達(dá)市海濱別墅項目，在建筑物屋頂平屋面設(shè)計安裝了一套太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，為別墅弱電系統(tǒng)提供電源。

1特點

有效地利用了建筑物的平屋面，安裝太陽能電池板，該技術(shù)具有安裝快速、施工機具簡單、儀器儀表配置少等優(yōu)點。

2適用范圍

適用于公共、民用建筑屋頂、陽臺等平臺，與建筑物相結(jié)合，滿足安裝、清潔、維護和局部更換的要求。

3工藝原理

系統(tǒng)采用離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電、柴油發(fā)電機組、市電備用方式。其工作原理是利用光伏電池板為發(fā)電部件，將太陽輻射能源轉(zhuǎn)換成電能。太陽能組件在太陽光照下，電池吸收光能，電池兩端產(chǎn)生電動勢，將光能轉(zhuǎn)換成電能。控制器再對所發(fā)的電能進行調(diào)節(jié)和控制，一方面，把調(diào)整后的能量送往直流負(fù)載或交流負(fù)載，另一方面，把多余的能量送往蓄電池儲存，同時控制蓄電池充滿后不被過充。當(dāng)所發(fā)的電能不能滿足負(fù)載時，控制器又把蓄電池的電能送往負(fù)載。蓄電池所儲存的電能接近放完時，為保護蓄電池，控制器控制蓄電池不被過放電。逆變器負(fù)責(zé)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，供交流負(fù)載使用。正常情況下，系統(tǒng)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，遇長時間陰雨天氣，蓄電池不足以支持設(shè)備運行，系統(tǒng)切換為柴油發(fā)電機組供電和蓄電池充電，特別情況當(dāng)柴油發(fā)電機組出現(xiàn)故障時，切換為市電為系統(tǒng)供電和蓄電池充電，以保障設(shè)備正常運行。光伏發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1所示。

4工藝流程及操作要點（見圖2）

4.1安裝場地現(xiàn)場查勘

海濱別墅園區(qū)都為多層建筑，建筑物間距布置合理，每棟建筑均獲得了良好的采光。

4.2氣象資料搜集

當(dāng)?shù)匚挥跓釒У貐^(qū)，地勢較高，日照特別充足，是一個光照條件十分好的城市。

4.3日照結(jié)果分析

根據(jù)太陽能平均輻射指標(biāo)為5.35kWh/m2/d，在海濱別墅項目中設(shè)計安裝了光伏發(fā)電系統(tǒng)。為弱電系統(tǒng)及弱電機房照明供電。

4.4太陽能電池陣列的發(fā)電量計算

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計功率計算方法：為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負(fù)荷提供足夠的電源，要根據(jù)用電器的功率，合理選擇部件，由弱電設(shè)備功率表算出弱電設(shè)備功率約1800W，考慮開關(guān)電源效率及損耗，總負(fù)載為2100W。本工程負(fù)載電壓為220V，功率為2100W，每天工作24h，最長連續(xù)陰雨天為1.4d，兩個最長連續(xù)陰雨天之間的最短間隔天數(shù)為2d，選用太陽能電池采用組件標(biāo)準(zhǔn)功率為175W，工作電壓35V，工作電流5A，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為2V。其水平面的年平均日輻射量為5350（Wh/m2），可計算出太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。經(jīng)計算該工程需太陽能電池方陣功率為9450W，蓄電池容量為500Ah。系統(tǒng)一共配置太陽能電池板54塊，設(shè)計7個太陽能方陣安裝于設(shè)備用房屋頂。

4.5選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角

為了有效地利用太陽能，如何選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角非常重要。1）方位角太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正北方向的夾角（南半球）。方陣朝向正北（即方陣垂直面與正北的夾角為0°）時，太陽電池發(fā)電量是最大的。要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù)荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，則方位角＝（一天中負(fù)荷的峰值時刻（24小時制）－12）×15＋（經(jīng)度－116）＝（19－12）×15＋（11－116）≈02）傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)。和方位角一樣，在設(shè)計中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角（斜率大于50%～60%）等方面的限制條件。安哥拉首都羅安達(dá)位于非洲西海岸，南緯5～18度，東經(jīng)11～24度，地處熱帶地區(qū)，利用地區(qū)緯度選擇方陣傾角。一年中的最佳傾斜角可以參考當(dāng)?shù)鼐暥冗x擇太陽沒能方陣的最佳傾斜角為10°（屋頂太陽能效果圖見圖3）。

4.6設(shè)備選擇

由總負(fù)載為2100W計算得出蓄電池容量500AH，采用220V系統(tǒng)，太陽能方陣六路，每路最大電流5A。保證蓄電池充滿電負(fù)載完全由蓄電池供電能供約31h，即能連續(xù)工作一個陰雨天。主要設(shè)備配置有：太陽能電池、控制器、蓄電池、逆變器。主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

4.7支架荷載計算

按規(guī)范要求對作用于組件同一方向上的各種荷載應(yīng)作最不利組合。查資料可知：8級風(fēng)的的風(fēng)速為：17.2－20.7m/s對應(yīng)的基本風(fēng)壓為：wp=V*V/1600（V為風(fēng)速）V取最大值為：20.7m/swp=V*V/1600=0.2678kN/m2由于支架系統(tǒng)基座水泥墩與承重梁連為一體，且水泥墩和系統(tǒng)支架自重已達(dá)1.87kN/m2，總重量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水平風(fēng)壓，因此該太陽能發(fā)電系統(tǒng)重量可滿足抗風(fēng)及抗拔力要求。

4.8基座施工

1）按照太陽能基座的尺寸要求進行軸線定位放線；2）設(shè)置200mm×200mm的鋼筋混凝土基礎(chǔ)連梁（見圖4），連梁設(shè)4根Φ16豎向拉筋通長配置，與相應(yīng)位置女兒墻上預(yù)埋的鋼筋綁扎連接，箍筋φ6@200；綁扎鋼筋前，將基礎(chǔ)連梁位置處的屋面保護層混凝土進行鑿毛處理，目的是為了保證二次澆筑的連梁混凝土和屋面保護層混凝土粘接牢固，但須注意避免破壞屋面防水層。兩個方陣基礎(chǔ)間隔2200mm，保證各個方陣光照充足。方陣到女兒墻邊456mm，便于維護清潔組件。3）由于在屋面的面層上進行基礎(chǔ)連梁的施工，必須考慮屋面的坡向和排水問題，施工時在連梁底部每隔1m留置排水洞（見圖5）。具體做法是將100mm的PVC管材截成與基礎(chǔ)梁同寬的筒體后，然后沿中心線方向一分為二，將這樣類似拱形的片材按照每隔1m的要求放在梁底；澆筑完混凝土拆模后就會看到拱形的排水洞。檢查每一個排水洞是否暢通，如有垃圾等必須清理干凈，保證屋面有雨水時流淌通暢。4）在澆筑混凝土前應(yīng)對其平面位置、外形尺寸進行復(fù)核，澆筑過程中注意控制其表面標(biāo)高和平整度，驗收標(biāo)準(zhǔn)如下：軸線位置偏差≤8mm；外形尺寸偏差≤±20mm；相鄰兩道梁上表面標(biāo)高偏差控制在0～+10mm；平面水平度每米偏差≤5mm，全長偏差≤10mm。5）基礎(chǔ)連梁拆模后，要及時進行養(yǎng)護，保證混凝土的強度達(dá)到C25級。待太陽能支座安裝固定完畢后，對基礎(chǔ)連梁進行抹灰飾面，將太陽能支座及其鐵件等包裹在抹灰層內(nèi)，不使其外露，做到整潔、美觀，符合抹灰工程的施工質(zhì)量要求。