太陽能光伏在工業(yè)建筑屋面的應(yīng)用淺析

太陽能光伏在工業(yè)建筑屋面的應(yīng)用淺析摘要：為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和，建筑領(lǐng)域節(jié)能減碳是我國實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵之一，工業(yè)建筑屋面是分布式太陽能光伏電站安裝的絕佳場所，如何利用好屋頂分布式太陽能光伏建設(shè)，本文從建筑屋面技術(shù)層面，描述金屬屋面和單層卷材屋面設(shè)置太陽能光伏的各自特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：碳達(dá)峰，碳中和，光伏，壓型鋼板，單層卷材防水實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和是黨中央、國務(wù)院統(tǒng)籌國際國內(nèi)兩個大局做出的重大戰(zhàn)略決策，對實(shí)現(xiàn)多個國家方針，加快促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、保障能源安全高效、推動經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級、引領(lǐng)應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)“兩個一百年”奮斗目標(biāo)，都具有重大意義。我國建筑營造與運(yùn)維碳排放量占總碳排放量的1/3以上，建筑領(lǐng)域節(jié)能減碳是我國實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的關(guān)鍵之一。“碳達(dá)峰、碳中和”的倒計時已經(jīng)正式開啟，作為中國面向國際社會作出積極應(yīng)對氣候變化的承諾，也堅定了我國未來走綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的道路。我國建筑屋頂資源豐富、分布廣泛，開發(fā)建設(shè)屋頂分布式太陽能光伏潛力巨大。推進(jìn)屋頂分布式太陽能光伏建設(shè)，有利于整合資源實(shí)現(xiàn)集約開發(fā)，有利于消減電力尖峰負(fù)荷，有利于節(jié)約優(yōu)化配電網(wǎng)投資，有利于引導(dǎo)綠色能源消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”國家戰(zhàn)略目標(biāo)。工業(yè)建筑作為建筑物的能耗大戶，屋面大部分處于閑置狀態(tài)，且屋面建筑出屋面的遮擋物少，平整度高，可利用面積大，是屋面分布式太陽能光伏電站安裝的絕佳場所。同時具備優(yōu)異的耐久性和可靠性的屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)是屋面分布式太陽能光伏電站持續(xù)運(yùn)營的基礎(chǔ)和前提條件。以北京地區(qū)為例，1萬平方米的金屬屋面，太陽能光伏最大裝機(jī)容量可達(dá)2MW，年發(fā)電量205萬度，減少二氧化碳2050噸，節(jié)省標(biāo)煤738噸，減少粉塵558噸，相當(dāng)于植樹造林3.6公頃。工業(yè)建筑最常見的壓型金屬板屋面和單層卷材屋面，在其上設(shè)置太陽能光伏有很大的優(yōu)勢和發(fā)展前景。太陽能光伏在壓型金屬板屋面上的應(yīng)用：應(yīng)用方式一，建筑太陽能光伏與壓型鋼板屋面一體化方式，一體化是將太陽能光伏組件緊貼屋面壓型鋼板，采用專用硅酮膠粘接，使太陽能光伏板具備建筑屋面的性能指標(biāo)，可上人踩踏，30年不老化，還能起到屋面架空隔熱層的作用，同時滿足自身發(fā)電的要求有，如圖。建筑太陽能光伏與壓型鋼板屋面一體化，有較多優(yōu)點(diǎn)：太陽能光伏板表面有2.0mm鋼化玻璃，太陽能光伏板采用專用硅酮膠粘結(jié)在壓型鋼板平波峰上，不突出屋面，有較好的抗風(fēng)揭性能。太陽能光伏板上可以有人員行走踩踏，相對于其他太陽能光伏屋面減少了運(yùn)行圍護(hù)通道，提高了太陽能光伏屋面使用率，增加了屋面太陽能光伏裝機(jī)容量。太陽能光伏板與壓型鋼板之間波峰波谷形成空氣流通層，利用空氣自然流動散熱，起到屋面隔熱層的作用，降低太陽能光伏組件和外面鋼板溫度，太陽能光伏組件也降低約10℃，可提升發(fā)電量4%左右。太陽能光伏組件安裝方便，荷載更輕。太陽能光伏屋面上也可以設(shè)置自動清掃機(jī)器人，設(shè)置程序自動清掃太陽能光伏板表面灰塵。但其有不足之處，太陽能光伏板須采用專用硅酮膠粘結(jié)在特殊型號的壓型鋼板上。建筑太陽能光伏與壓型鋼板屋面一體化抗風(fēng)揭試驗(yàn)，屋面壓型鋼板采用0.6mm厚強(qiáng)度Q345鋼板，檁條間距按照1.5m，太陽能光伏采用2mm+2mm雙玻太陽能光伏組件，抗風(fēng)揭測試采用ASTME1592標(biāo)準(zhǔn)測試。應(yīng)用方式二，安裝太陽能光伏卡具方式，應(yīng)用在普通壓型鋼板屋面上，采用太陽能光伏卡具卡在波峰上，太陽能光伏組件依屋面傾角安裝，結(jié)構(gòu)簡單，不破壞原有車間防水形式。此種方式需待壓型鋼板驗(yàn)收合格后再進(jìn)行安裝。應(yīng)用方式三，在既有金屬屋面上安裝方式。在既有壓型鋼板屋面上，先清除屋面灰塵垃圾，再除銹，然后采用維修專用型單層防水卷材維修屋面，卷材背面復(fù)合聚酯無紡布，然后采用太陽能光伏卡具卡在波峰上，同上面應(yīng)用方式二，太陽能光伏組件依屋面傾角安裝。太陽能光伏在單層卷材（TPO/PVC）屋面上的應(yīng)用：單層卷材（TPO/PVC）屋面系統(tǒng)由于單層卷材的材料特性，具有長久的使用壽命和優(yōu)異的防水性能等特點(diǎn)，能為工業(yè)建筑屋面提供持久安全的保護(hù)，也是屋面分布式太陽能光伏電站的優(yōu)選，真正做到建筑物、分布式太陽能光伏和屋面圍護(hù)系統(tǒng)三者同壽命。應(yīng)用方式一，在屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)件上立短柱方式。采用穿出屋面圓管或方鋼的短柱作為屋面太陽能光伏基座，必須以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的球節(jié)點(diǎn)或門式框架結(jié)構(gòu)主梁部位為依托，在屋面防水保溫施工前短柱應(yīng)安裝完成，所以需要在建筑物設(shè)計之初就考慮在內(nèi)。短柱的泛水高度≥250mm，嚴(yán)寒多雪地區(qū)≥350mm，采用單層防水卷材進(jìn)行包覆，上部采用不銹鋼管箍和密封膠進(jìn)行收口處理，能夠保證節(jié)點(diǎn)處的防水效果。在短柱的頂端安裝太陽能光伏組件的底座板及其他型材組件，并最終安裝太陽能電池板。隨著單層卷材屋面在國內(nèi)的大面積推廣，配套預(yù)制件也日漸完備，屋面短柱也由原來人工裁剪包覆，改為采用單層卷材預(yù)制件的形式，有效降低工人勞動強(qiáng)度，同時降低滲漏隱患。應(yīng)用方式二，輕量化的太陽能光伏支架系統(tǒng)。專為單層屋面系統(tǒng)所設(shè)計的輕量化的太陽能光伏支架系統(tǒng)，主要用于平、坡屋面的太陽能系統(tǒng)支撐，采用與項(xiàng)目屋面大面相同的單層防水卷材制成預(yù)制件，并與屋面防水層焊接結(jié)合，通過翻轉(zhuǎn)固定錨與屋面結(jié)構(gòu)層緊密連接，從而實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定安全的屋面太陽能光伏系統(tǒng)的安裝和使用。太陽能光伏基座預(yù)制件與底層鋼板固定方式，這種方式在屋面布置方式靈活，數(shù)量可調(diào)，太陽能光伏組件的框架可采用輕質(zhì)鋁合金型材，有效降低屋面太陽能光伏安裝所需的荷載。這套系統(tǒng)適用于新建的和在已經(jīng)完工的單層屋面系統(tǒng)上均可安裝分布式太陽能光伏。太陽能光伏基座預(yù)制件下部設(shè)置隔熱塊，有效阻斷熱橋。同時利用基座本身自帶單層防水卷材的特點(diǎn)，待基座完成固定后，將基座單層防水卷材與大面單層防水材料進(jìn)行熱風(fēng)焊接，施工方便便捷，防水效果可靠。安裝方法：首先根據(jù)項(xiàng)目情況及太陽能支架模塊的尺寸進(jìn)行屋面基座定位。定位完成后，在單層屋面系統(tǒng)上用墨盒根據(jù)定位彈線，彈線應(yīng)平行或垂直屋脊，保證太陽能光伏板安裝位置符合設(shè)計要求。在定位好的太陽能光伏基座位置先沿第一條安裝線將防水層用刀割開，開口長度在50~150mm之間；用刀頭穿透保溫層探得底部壓型鋼板的上表面后，采用中空切割棒于表面中心位置將保溫層切除；在同樣的相交部位用φ25mm的不銹鋼鉆孔器鉆孔，再將檔桿錨伸入孔內(nèi)，翻轉(zhuǎn)固定，最后旋緊基座，并用熱風(fēng)焊槍焊接防水層?；璋惭b在輕鋼屋面板的波峰位置。與屋面防水卷材熱風(fēng)焊接時，焊接邊角需順向?qū)妫员苊夂缚p積水?；瓿珊螅惭b后續(xù)太陽能光伏組件所需導(dǎo)軌，并最終安裝電池板等。最近實(shí)施的《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》GB55015-2021，為新建、擴(kuò)建和改建建筑在可再生能源太陽能光伏利用上有了全文強(qiáng)制性的規(guī)范依據(jù)。新建建筑應(yīng)安裝太陽能系統(tǒng)，太陽能建筑一體化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)與建筑設(shè)計同步完成。太陽能系統(tǒng)與構(gòu)件及其安裝應(yīng)安全可靠，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)、電氣及防火安全的要求；安裝太陽能系統(tǒng)的建筑，應(yīng)設(shè)置安裝和運(yùn)行維護(hù)的安全防護(hù)措施，以及防止太陽能光伏板損壞后部件墜落傷人的安全防護(hù)設(shè)施。對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量、太陽能光伏組件背板表面溫度、室外溫度、太陽總輻照量進(jìn)行檢測和計量。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件設(shè)計使用壽命應(yīng)高于25年，系統(tǒng)中多晶硅、單晶硅電池組件，自系統(tǒng)運(yùn)行之日起，一年內(nèi)的衰減應(yīng)分別低于2.5%、3%。之后每年衰減應(yīng)低于0.7%。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)給出系統(tǒng)裝機(jī)容量和年發(fā)電總量，應(yīng)根據(jù)太陽能光伏組件在設(shè)計安裝條件下光伏電池最高工作溫度設(shè)計其安裝方式，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。對于太陽能光伏的設(shè)備用房，如控制室、配電室、逆變器室等，其消防防火應(yīng)按照國家現(xiàn)行《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）GB50016-2014版的相關(guān)要求，應(yīng)采用耐火極限不低于2.0h的隔墻和耐火極限不低于1.5h的樓板與其他部位隔開，隔墻上的門窗應(yīng)為乙級防火門窗，房間內(nèi)部所有裝修材料均應(yīng)采用A級不燃材料。工業(yè)建筑屋面形式主要有壓型鋼板屋面、單層柔性防水卷材屋面，不同的屋面形式，太陽能光伏組件的安裝方式不同，通過本文描述的幾種太陽能光伏方式，為今后相關(guān)