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太阳能光伏在工业建筑屋面的应用浅析摘要:为实现碳达峰和碳中和,建筑领域节能减碳是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的关键之一,工业建筑屋面是分布式太阳能光伏电站安装的绝佳场所,如何利用好屋顶分布式太阳能光伏建设,本文从建筑屋面技术层面,描述金属屋面和单层卷材屋面设置太阳能光伏的各自特点。关键词:碳达峰,碳中和,光伏,压型钢板,单层卷材防水实现碳达峰和碳中和是党中央、国务院统筹国际国内两个大局做出的重大战略决策,对实现多个国家方针,加快促进生态文明建设、保障能源安全高效、推动经济转型升级、引领应对气候变化、实现“两个一百年”奋斗目标,都具有重大意义。我国建筑营造与运维碳排放量占总碳排放量的1/3以上,建筑领域节能减碳是我国实现“碳达峰、碳中和”目标的关键之一。“碳达峰、碳中和”的倒计时已经正式开启,作为中国面向国际社会作出积极应对气候变化的承诺,也坚定了我国未来走绿色低碳高质量发展的道路。我国建筑屋顶资源丰富、分布广泛,开发建设屋顶分布式太阳能光伏潜力巨大。推进屋顶分布式太阳能光伏建设,有利于整合资源实现集约开发,有利于消减电力尖峰负荷,有利于节约优化配电网投资,有利于引导绿色能源消费,实现“碳达峰、碳中和”国家战略目标。工业建筑作为建筑物的能耗大户,屋面大部分处于闲置状态,且屋面建筑出屋面的遮挡物少,平整度高,可利用面积大,是屋面分布式太阳能光伏电站安装的绝佳场所。同时具备优异的耐久性和可靠性的屋面围护结构是屋面分布式太阳能光伏电站持续运营的基础和前提条件。以北京地区为例,1万平方米的金属屋面,太阳能光伏最大装机容量可达2MW,年发电量205万度,减少二氧化碳2050吨,节省标煤738吨,减少粉尘558吨,相当于植树造林3.6公顷。工业建筑最常见的压型金属板屋面和单层卷材屋面,在其上设置太阳能光伏有很大的优势和发展前景。太阳能光伏在压型金属板屋面上的应用:应用方式一,建筑太阳能光伏与压型钢板屋面一体化方式,一体化是将太阳能光伏组件紧贴屋面压型钢板,采用专用硅酮胶粘接,使太阳能光伏板具备建筑屋面的性能指标,可上人踩踏,30年不老化,还能起到屋面架空隔热层的作用,同时满足自身发电的要求有,如图。建筑太阳能光伏与压型钢板屋面一体化,有较多优点:太阳能光伏板表面有2.0mm钢化玻璃,太阳能光伏板采用专用硅酮胶粘结在压型钢板平波峰上,不突出屋面,有较好的抗风揭性能。太阳能光伏板上可以有人员行走踩踏,相对于其他太阳能光伏屋面减少了运行围护通道,提高了太阳能光伏屋面使用率,增加了屋面太阳能光伏装机容量。太阳能光伏板与压型钢板之间波峰波谷形成空气流通层,利用空气自然流动散热,起到屋面隔热层的作用,降低太阳能光伏组件和外面钢板温度,太阳能光伏组件也降低约10℃,可提升发电量4%左右。太阳能光伏组件安装方便,荷载更轻。太阳能光伏屋面上也可以设置自动清扫机器人,设置程序自动清扫太阳能光伏板表面灰尘。但其有不足之处,太阳能光伏板须采用专用硅酮胶粘结在特殊型号的压型钢板上。建筑太阳能光伏与压型钢板屋面一体化抗风揭试验,屋面压型钢板采用0.6mm厚强度Q345钢板,檩条间距按照1.5m,太阳能光伏采用2mm+2mm双玻太阳能光伏组件,抗风揭测试采用ASTME1592标准测试。应用方式二,安装太阳能光伏卡具方式,应用在普通压型钢板屋面上,采用太阳能光伏卡具卡在波峰上,太阳能光伏组件依屋面倾角安装,结构简单,不破坏原有车间防水形式。此种方式需待压型钢板验收合格后再进行安装。应用方式三,在既有金属屋面上安装方式。在既有压型钢板屋面上,先清除屋面灰尘垃圾,再除锈,然后采用维修专用型单层防水卷材维修屋面,卷材背面复合聚酯无纺布,然后采用太阳能光伏卡具卡在波峰上,同上面应用方式二,太阳能光伏组件依屋面倾角安装。太阳能光伏在单层卷材(TPO/PVC)屋面上的应用:单层卷材(TPO/PVC)屋面系统由于单层卷材的材料特性,具有长久的使用寿命和优异的防水性能等特点,能为工业建筑屋面提供持久安全的保护,也是屋面分布式太阳能光伏电站的优选,真正做到建筑物、分布式太阳能光伏和屋面围护系统三者同寿命。应用方式一,在屋面结构构件上立短柱方式。采用穿出屋面圆管或方钢的短柱作为屋面太阳能光伏基座,必须以网架结构的球节点或门式框架结构主梁部位为依托,在屋面防水保温施工前短柱应安装完成,所以需要在建筑物设计之初就考虑在内。短柱的泛水高度≥250mm,严寒多雪地区≥350mm,采用单层防水卷材进行包覆,上部采用不锈钢管箍和密封胶进行收口处理,能够保证节点处的防水效果。在短柱的顶端安装太阳能光伏组件的底座板及其他型材组件,并最终安装太阳能电池板。随着单层卷材屋面在国内的大面积推广,配套预制件也日渐完备,屋面短柱也由原来人工裁剪包覆,改为采用单层卷材预制件的形式,有效降低工人劳动强度,同时降低渗漏隐患。应用方式二,轻量化的太阳能光伏支架系统。专为单层屋面系统所设计的轻量化的太阳能光伏支架系统,主要用于平、坡屋面的太阳能系统支撑,采用与项目屋面大面相同的单层防水卷材制成预制件,并与屋面防水层焊接结合,通过翻转固定锚与屋面结构层紧密连接,从而实现长期稳定安全的屋面太阳能光伏系统的安装和使用。太阳能光伏基座预制件与底层钢板固定方式,这种方式在屋面布置方式灵活,数量可调,太阳能光伏组件的框架可采用轻质铝合金型材,有效降低屋面太阳能光伏安装所需的荷载。这套系统适用于新建的和在已经完工的单层屋面系统上均可安装分布式太阳能光伏。太阳能光伏基座预制件下部设置隔热块,有效阻断热桥。同时利用基座本身自带单层防水卷材的特点,待基座完成固定后,将基座单层防水卷材与大面单层防水材料进行热风焊接,施工方便便捷,防水效果可靠。安装方法:首先根据项目情况及太阳能支架模块的尺寸进行屋面基座定位。定位完成后,在单层屋面系统上用墨盒根据定位弹线,弹线应平行或垂直屋脊,保证太阳能光伏板安装位置符合设计要求。在定位好的太阳能光伏基座位置先沿第一条安装线将防水层用刀割开,开口长度在50~150mm之间;用刀头穿透保温层探得底部压型钢板的上表面后,采用中空切割棒于表面中心位置将保温层切除;在同样的相交部位用φ25mm的不锈钢钻孔器钻孔,再将档杆锚伸入孔内,翻转固定,最后旋紧基座,并用热风焊枪焊接防水层。基座需安装在轻钢屋面板的波峰位置。与屋面防水卷材热风焊接时,焊接边角需顺向导水面,以避免焊缝积水。基座完成后,安装后续太阳能光伏组件所需导轨,并最终安装电池板等。最近实施的《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021,为新建、扩建和改建建筑在可再生能源太阳能光伏利用上有了全文强制性的规范依据。新建建筑应安装太阳能系统,太阳能建筑一体化应用系统的设计应与建筑设计同步完成。太阳能系统与构件及其安装应安全可靠,应满足结构、电气及防火安全的要求;安装太阳能系统的建筑,应设置安装和运行维护的安全防护措施,以及防止太阳能光伏板损坏后部件坠落伤人的安全防护设施。对太阳能光伏发电系统的发电量、太阳能光伏组件背板表面温度、室外温度、太阳总辐照量进行检测和计量。太阳能光伏发电系统中的光伏组件设计使用寿命应高于25年,系统中多晶硅、单晶硅电池组件,自系统运行之日起,一年内的衰减应分别低于2.5%、3%。之后每年衰减应低于0.7%。太阳能光伏发电系统设计时,应给出系统装机容量和年发电总量,应根据太阳能光伏组件在设计安装条件下光伏电池最高工作温度设计其安装方式,保证系统安全稳定运行。对于太阳能光伏的设备用房,如控制室、配电室、逆变器室等,其消防防火应按照国家现行《建筑设计防火规范》(2018年版)GB50016-2014版的相关要求,应采用耐火极限不低于2.0h的隔墙和耐火极限不低于1.5h的楼板与其他部位隔开,隔墙上的门窗应为乙级防火门窗,房间内部所有装修材料均应采用A级不燃材料。工业建筑屋面形式主要有压型钢板屋面、单层柔性防水卷材屋面,不同的屋面形式,太阳能光伏组件的安装方式不同,通过本文描述的几种太阳能光伏方式,为今后相关

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