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責設計施工總承包的安哥拉羅安達市海濱別墅項目，在建筑物屋頂平屋面設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載或交流負載，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。當所發(fā)的電能不能滿足負載時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。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。逆變器負責將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，供交流負載使用。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?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日照結果分析

根據(jù)太陽能平均輻射指標為5.35kWh/m2/d，在海濱別墅項目中設計安裝了光伏發(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)設計功率計算方法：為了使太陽能發(fā)電系統(tǒng)能為負荷提供足夠的電源，要根據(jù)用電器的功率，合理選擇部件，由弱電設備功率表算出弱電設備功率約1800W，考慮開關電源效率及損耗，總負載為2100W。本工程負載電壓為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準功率為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，設計7個太陽能方陣安裝于設備用房屋頂。

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?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P。和方位角一樣，在設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?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設備選擇

由總負載為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。主要設備配置有：太陽能電池、控制器、蓄電池、逆變器。主要技術參數(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作最不利組合。查資料可知：8級風的的風速為：17.2－20.7m/s對應的基本風壓為：wp=V*V/1600（V為風速）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1.87kN/m2，總重量已遠遠大于水平風壓，因此該太陽能發(fā)電系統(tǒng)重量可滿足抗風及抗拔力要求。

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）設置200mm×200mm的鋼筋混凝土基礎連梁（見圖4），連梁設4根Φ16豎向拉筋通長配置，與相應位置女兒墻上預埋的鋼筋綁扎連接，箍筋φ6@200；綁扎鋼筋前，將基礎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）在澆筑混凝土前應對其平面位置、外形尺寸進行復核，澆筑過程中注意控制其表面標高和平整度，驗收標準如下：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）基礎連梁拆模后，要及時進行養(yǎng)護，保證混凝土的強度達到C25級。待太陽能支座安裝固定完畢后，對基礎連梁進行抹灰飾面，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。