技术讲座赏析光伏结构

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1、技术讲座赏析《光伏结构设计》2010年11月10日来源：BIPV中国【编者按】这是中国建筑科学研究院赵西安先生，在第八届中国国际门窗幕墙博览会光电建筑应用论坛上，发表的《光伏结构设计》。赵西安先生向我们展示了光电建筑结构的多样性。在这里我们无法一一列出，只好撷取百花园中的几朵。我们希望大家与赵西安先生交流。一、光伏建筑一体化的概念●光伏建筑一体化，是将光伏装置作为整个建筑的一个有机组成部分，与主体建筑同时定案，同时设计，同时施工，同时验收。包括分离式和合一式，主要形式是光伏采光顶和光伏幕墙。●光伏幕墙结构图光伏幕墙结构图

2、●光伏采光顶结构图光伏采光顶结构图二、分离式光伏建筑●概念：光伏板阵列只发电，不作为建筑的围护结构，建筑功能另由围护墙或屋面完成，也就是“一体化，两层皮”。一体化，两层皮●优点：①不受建筑外形局限，光伏板可有最佳朝向，有最高发电效率；②发电功能与建筑功能互不干扰，各自按最好的水平进行设计；③光伏板和围护板更换方便，不会因换板影响对方的功能；④光伏板通风降温良好，有效防止玻璃炸裂，避免因节能要求采用中空光伏板时，温升过高而使玻璃爆裂。●缺点：①有时比较难达到建筑师的立面艺术设计要求；②玻璃和支承结构用料增多。●光伏组件由钢

3、框架支承。●在分离式光伏建筑中，光伏板阵列成为建筑物的外表面，所以在建筑方案设计时就必须考虑其所承受的重力荷载、风荷载和地震作用要传到主体结构上。●由于光伏板单独设置支承结构，所以结构要进行受力设计，其反力由主体结构承受或直接传送到基础。●光伏板阵列不考虑气密、水密等建筑功能要求，所以不一定要密封。光伏板阵列三、合一式光伏建筑●概念：光伏板同时就是幕墙或采光顶的面板，同时具有发电功能和建筑功能，就是“一体化，一层皮”。一体化，一层皮●优点：①容易实现建筑师的立面设计要求；②无须两层皮，结构和构造简单；③用料较省。●缺点：

4、①无法取得最佳朝向，发电效率低；②发电和建筑功能有矛盾，难以兼顾；③采用中空玻璃时爆裂现象频发，导致工程失效；④无论光伏还是密闭任一功能失效，都要更换玻璃，维修概率高；⑤非电原因更换也要牵涉电路，更换麻烦。●合一式光伏建筑，光伏板同时就是玻璃幕墙或采光顶的玻璃面板，无须另外增设面板和支承结构。●必须同时兼顾发电和建筑两方面的功能，而这两方面的功能要求往往又是矛盾的。例如光伏板要求通风降温，不要用中空玻璃，而建筑节能却要求用中空玻璃。四、散热与保温的矛盾●光伏电池怕热，在太阳光照射下，温度升高转换效率下降，玻璃容易爆裂。因

5、此，要求光电板（夹胶玻璃）后面空旷，便于通风降温，做成中空玻璃对光伏玻璃是非常不利的。●作为幕墙或采光顶的板件，正好要求相反。单块夹层玻璃满足不了节能要求，透明部分必须做中空玻璃，不透明部分在夹层玻璃之后要做保温层。●前面的光伏夹层玻璃散热困难，温度升高，发电效率急降，甚至夹胶变性、分离，玻璃破裂，光伏工程失败。五、破解散热难题●光伏板失效是因为散热难，难就难在背后的中空层。用中空玻璃是为了达到节能指标，尤其在北方不用中空不行。●如果采用两层皮的分离式作法，光伏板夹胶，屋面板中空夹胶。光伏板单夹胶不中空，背后就可以自由散

6、热，散热难的问题就可以解决了。●既有建筑光伏改造工程，就是把一层皮改为两层皮，解决通风降温问题。六、结构设计要点1、面板设计①玻璃的选用●朝阳光一侧宜用超白玻璃；●单块夹胶玻璃不宜用Low-E玻璃；●中空夹胶玻璃的Low-E膜应朝向空气层；●框支承玻璃在受力允许的情况下，优先考虑采用半钢化或浮法玻璃夹胶；●点支承玻璃应采用钢化夹胶玻璃。②玻璃的厚度●分离式光伏组件玻璃厚度不宜小于4mm；●同时作为幕墙或采光顶面板的合一式光伏组件，夹胶玻璃的单片玻璃厚度不应小于5mm，两片玻璃的厚度差不应大于3mm；非夹胶的单片玻璃厚度不

7、应小于6mm。③面板的支承方式●边缘支承：明框、半隐框、隐框；●点支承：钢爪、夹板。2、支承结构●分离式光伏系统的光伏组件要求设置单独的支承结构；●当屋面光伏组件要求斜放或架空较大距离时，可采用支架；●平放或无架空要求时，可用短柱或金属框；●墙面的光伏组件可采用单独的落地支承结构、半独立的支承结构或与幕墙的面板共用竖向支承结构。●不需要很大距离时，可用框或短柱支承七、图例●明框光伏面板明框光伏面板●隐框光伏遮阳隐框光伏遮阳●钢爪点支撑钢爪点支撑●夹板点支撑夹板点支撑●大型钢架支撑大型钢架支撑●立体桁架支撑立体桁架支撑●超

8、大型支撑超大型支撑●索桁架点支撑索桁架点支撑●半独立支撑半独立支撑