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【光伏百科】平屋頂上安裝光伏電站的六大關鍵事項

發布時間:2023-12-15 發布者:管理員 瀏覽次數:122次
  絕大多數戶用和工商業光伏都是將光伏組件安裝在屋頂,不僅可以幫助業主節省電費,還可以優化屋頂空間的使用,為屋頂降溫。
  
  本文將討論在平屋頂上安裝光伏電站的六大關鍵事項。
  
  關鍵一、采用哪種安裝形式
  
  如果屋頂屬于彩鋼瓦型式,一般都考慮附加型,直接將組件平鋪在彩鋼瓦上,尤其是一般彩鋼瓦屋頂都沒有女兒墻,采用平鋪的型式防風效果最好,最為安全;另外彩鋼瓦屋頂也有一定的傾角,雖然可能不是光伏發電對應的最佳傾角,但加大傾角帶來的改造成本也是需要綜合考量的。
  
  對于水泥屋頂,通常是純平,常見的安裝方式是壓載型和混凝土基礎樁基型,如上圖所示。
  
  很多時候,建筑物業主不允許在混凝土平屋頂上鉆孔,一方面是擔心老建筑的強度,或者是不想改變屋頂的防水性能。這就是選擇壓載型或混凝土基礎安裝的原因。
  
  壓載型由于沒有和屋頂做錨固連接,因此側面可以考慮做防風處理,尤其是沒有女兒墻的水泥屋頂。
  
  混凝土基座的主要目的是確保即使在暴風雨季節,支架系統也能保持完好無損。它保證了良好的安裝而不會導致屋頂漏水,還可以提高太陽能電池組件的效率,減少女兒墻對陽光的遮擋。
  
  關鍵二、平屋頂不代表平鋪安裝
  
  在平屋頂上采用平鋪方式安裝光伏組件,似乎是最想當然的方式,不僅安裝量/面積可以最大化,還有可能將光伏作為屋頂頂棚使用,增加空間面積。
  
  但事實上,在平屋頂上安裝光伏,并不意味著您還應該將其傾斜度設置為0度,我們需要考慮很多因素,應避免平裝,包括:
  
  清洗更不方便,積水不易流出;
  
  與傾斜安裝相比,發電量將減少;
  
  投資回報期將更長;
  
  可能無法靠自然降雨來去除積灰;
  
  傾斜安裝和純平鋪的光伏陣列發電量會有明顯的不同,通過對一個11.2kWp太陽能系統進行仿真模擬,傾角分別為10度、5度和0度。
  
  仿真結果表明,如果傾角為0度,則11.2kWp系統年發電量約為13,480.3kWh,而在5度傾角下,該系統一年發電量達到14,066.9kWh。而事實上,當傾角為10度時,該系統年發電量達到14,520kWh。
  
  從結果中可以看出,每增加5度,系統每年增加500kWh的發電量(15度后,增加量會明顯減少,超過最佳傾角后反而會更低)。而且,上述仿真模擬還沒有考慮低傾角安裝時由于積灰而造成的發電量損失。
  
  建議如果不愿意采用最佳傾角來安裝的話,安裝傾角盡可能還是高一些。如果必須平鋪,建議也將傾角設計在5-10度之間。對于平屋頂來說,5-10度的角度也已經足夠平了,而對于彩鋼瓦屋頂來說,一般都會留有3度以上的角度,相比增加傾角的額外成本來說,順其自然、隨坡就勢也是很好的選擇。
  
  關鍵三、平屋頂安裝必須考慮風速
  
  在太陽能系統的設計階段,必須考慮當地可能出現的最大風速,尤其是在風速超過每小時180公里的地區。
  
  不是五年一遇,十年一遇,光伏系統的壽命是25年,必須考慮50年一遇!
  
  2021年4月底發生在江蘇南通的臺風足以說明一切,隨著建筑質量的提升,對于南通地區的建筑也來說,幾乎沒有人會過多考慮到三十年前常發生的臺風災害,畢竟南通地區的臺風,也就能對以前的平方、草屋、大棚帶來點影響。
  
  但2022年4月底,發生在南通的那場大風,活生生地將屋頂的太陽能光伏、太陽能熱水器都吹到了地上,臺風期間造成十多人死亡,50年一遇毫不夸張。
  
  普通的平屋頂太陽能發電系統可以承受160 km / h(十三級臺風)的風速,但如果沒有女兒墻擋風,陣列間沒有考慮防風,局部區域因氣流而造成的瞬間風速會遠遠超過實際的風速。
  
  這時候對于支架的選型、結構設計、壓載或混凝土基礎強度設計必須依賴專業機構的建議,即便是彩鋼瓦屋頂的平鋪,也要有科學的分析。
  
  關鍵四、平屋頂安裝的漏水風險
  
  積水在平屋頂上很常見。由于屋頂是平坦的,所以水無處可去,或者說排水變慢,在屋頂停留的時間會變長,因此,任何屋頂上的縫隙、孔洞都會變成積水的停留處。
  
  此時,安裝了光伏系統的平屋頂,由于支架安裝和混凝土樁基安裝時可能造成的防水層破壞,就成為平屋頂光伏最大的漏水風險。
  
  如果是彩鋼瓦屋頂,采用夾具安裝要比在彩鋼瓦上打孔要好;如果彩鋼瓦不適合用夾具連接,采用結構膠粘結也是一種選擇,浙江凌志有機硅就有相關的解決方案;如果必須打孔,需要確保所有孔都能正確密封以防水。
  
  關鍵五、需要考慮平屋頂上的機械單元
  
  在水泥平屋頂上設計和安裝光伏的挑戰之一是現有建筑樓頂的各類機械裝置,如室外空調機組、排水管、排氣扇、通風設施、水箱、欄桿、屋頂結構、暖通系統和水管等等。
  
  這些已有的設備,不僅影響了屋頂光伏的布局,影響了系支架間距和排列,還可能對光伏陣列產生陰影遮擋,或是影響到日后的運維。
  
  有的設計人員會考慮在這些設施上方加裝光伏,為設施遮風擋雨,但由此帶來的另一個問題是高度設計要求和防風要求,以及運維的困難。
  
  對于屋頂設施,只能因地制宜地開展設計,但這是屋頂光伏無法回避,必須重視的問題。
  
  關鍵六、屋頂平鋪組件的增發
  
  一般沒有絕對0度角的平鋪安裝,但低傾角確實是不能回避的問題,即便是水泥屋頂也會有這樣的需求。
  
  對于屋頂平鋪光伏,優化設計后仍然可以獲得最佳發電能力,這可以通過不同的方式來完成。
  
  方法1:在平鋪的情況下盡可能做出一定的傾角,不一定追求最佳傾角,尤其是大于15度傾角時,需要慎重考慮屋頂的防風問題(傾角越大,受風的影響越大)。通常若能做到5-10度就已經足夠。同時面向最佳朝向。
  
  方法2:對于傾角很低的近似平鋪組件,在上下兩排組件之間留有間隙,以便讓組件表面的水能流出組件表面,而不是累積到下一塊組件。
  
  這對于設計為頂棚的光伏陣列是一個額外要求,因為頂棚就是為了擋雨,可以考慮組件之間加裝排水槽來實現(這種方案目前在陽光房光伏應用中已很普遍,工商業屋頂可以作為參考)。
  
  方法3:對于低傾角屋頂光伏組件,加裝一種被稱為自動排水除泥器的產品,徹底消除3-15度傾角的光伏組件表面積水、積灰。
  
  由于是屋頂頂棚應用,后期爬上去運維多有不便,排水除泥器的選型要考慮到后期運維,如采用高效、長壽命的材質,避免塑料產品短期內老化后可能會需要更換;還需要考慮材質與組件鋁邊框之間的異金屬腐蝕問題,還要選擇不影響鋁邊框表面電阻的材質以避免組件PID風險。
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