试析光伏建筑安装施工与屋顶优化

试析光伏建筑安装施工与屋顶优化

洪长凯

（西北电力建设第四工程有限公司陕西西安710038）

【摘要】本文主要针对于光伏建筑安装施工与屋顶优化为切入点进行分析，结合当下光伏建筑的相关概述为主要依据，从采集太阳辐照数、倾斜面太阳辐照量计算、计算转换电能值、求极值，取得最佳倾角进行屋顶优化这四方面进行深入探索与研究，主要目的在于提高光伏建筑施工质量，从而保障建筑屋顶质量，提高施工建筑施工效率。

【关键词】光伏建筑；施工；屋顶优化；倾斜角

【中图分类号】TU765【文献标识码】A【文章编号】1002-8544（2017）18-0088-02

1.引言

近些年我国社会经济迅速发展，社会公众对能源需求与日俱增。目前，新兴节能型能源最具代表性是太阳能，在工业生产中或是公众生活都被得到广泛推广，与其相应的应用也越发成熟。在我国制定未来发展战略时，将光伏发电技术等一些新兴技术以及一些新兴的能源是我国未来发展的主要方向，同样也是提升我国核心竞争力的前提条件。本文主要阐述光伏建筑安装施工与屋顶优化，以此来保障我国社会稳固发展。

2.光伏建筑的相关概述

建筑物建设中所被消耗的能源量是极多的，大约占据了全世界能耗的三分之一，若是在建筑物中融合光伏发电技术，便会出现较大的能源，建筑结构与广泛发电系统进行有机结合是当前最具发展前景的研究项目。光伏的全称是光生伏特效应，它主要是指在在照射不规则的半导体之间或是半导体与金属之间可以出现电位差的情况。光电进行转换时的主要载体是太阳能电池，把太阳辐射时产生的能量转变为电能，是光伏技术中最为关键的部分。在建筑行业提倡太阳能建筑，其实质是指在规划、建设、养护等过程中主动的利用太阳能或是被动的利用太阳能，从而达到节约能源的目的。

依据太阳能利用方式的差异性，太阳能被分为了两种，其中有主动式与被动式。主动式建筑主要是指利用太阳能吸收装置从而达到收集能量的目的，在利用热媒把能量传送给建筑物中。被动式建筑顾名思义是指依赖建筑物自身的科学设计与合理结构来应用太阳能量。在当前的光伏建筑中以上两种方式都是存在的。

BIPV代表光伏建筑一体化的简称。它是通过对建筑外围的表面上装置太阳能电池，从而来为建设所需提供能量，被安置到建筑表面的太阳能电池已然成为了建筑的核心组成部分，光伏建筑一体化在日本等国家广泛推广。

3.光伏建筑的安装施工

光伏建筑属于新能源的一种，在实际施工中主要包含两个步骤，一是安装太阳能电池组主要是指把组件安置到建筑物上的过程；二是就位主要是指将太阳能电池组安装到事先制定好的位置上（如图一）。

图一光伏组件的安装与就位

3.1外置式安装

应用一般的太阳能电池组件，在建筑物的墙体与屋顶开展安装工作，在进行安装时所应用金属支架是起到固定作用，此方法的要求是建筑物的外墙或是屋顶可以为太阳能提供一个安装的位置，建筑物需要有足够的定理力来承受太阳能电池带来的重力，因此应用金属支架是必不可缺的环境。

3.2表皮式安装

在应用特殊或，是普通的太阳能电池组时，通常是在建筑物的外墙与屋顶安设太阳能发电组件，它与外置式有所不同的不需要安置金属支架，它可以依据普通的建筑材料的施工方式来进行安置。安置好的太阳能电池会牢固的附着在墙体上或是屋顶上。在表皮式的太阳能电池中应用最为广泛的有柔性薄膜太阳能与普通太阳能电池。

3.3建材式安装

应用特殊材质的太阳能电池构件，太阳能电池构件的存在是具有墙体或是屋顶建材的功能，可直接的应用到外墙与屋顶之上。比如：硬性的太阳能屋面，它主要是由于硅电池组成的，通过一定处理之后可以承受一定重力与强度，可以当作是普通的建筑屋顶；太阳能电池瓦片，它是通过把太阳能存储到玻璃中的转换元件，任何一个瓦片都是太阳能电池中的单体，在应用时可以把瓦片连构成一个发电整体，此种方法建筑物的窗户不但不受光照影响，还可以收集太阳能进而发电；光伏玻璃墙属于一种新型的玻璃材质，是由玻璃与硅电池构成的光伏幕墙，它可以直接利用建筑建设中。

4.光伏建筑屋顶优化

4.1采集太阳辐照数据

气象部门可以进行实时勘测，在太阳能辐照地球时，可以对有关数据进行测量与记录。时常会把依据时间的长短产生的数据进行记录。依据其他文献进行研究可以发现，通常情况下，进行计算时都会参照月平均量，以此来降低计算的复杂性，从而得出更加准确的计算结果。

4.2倾斜面太阳辐照量计算

在对建筑物的屋顶倾角进行优化设计中，需知倾斜屋面的太阳辐照量的多少。利用气象部门来对水平方向的太阳辐照量进行勘测，之后依据辐射模型与计算方式来获取屋顶斜面的太阳辐照值。在确定地点时或是计算建筑物朝向赤道的辐射量时可以采用Klein的计算方式。建筑物倾斜面的辐照总量等于地面反辐照量、天空散射辐照量、直接太阳辐照量这三者的总和。

4.2.1倾斜面直射量计算

在对太阳量辐射量引入相关参数，是倾斜面的辐射量与水平辐射量之间的比值：

因此，太阳倾斜面的直射量是

因此，太阳倾斜面的直射量是

式中φ———地理纬度；

δ———太阳赤纬角；

ω———水平面上日落时角；

ω'———倾斜面上日落时角，

θ———光伏屋面的倾角。

4.2.2倾斜面上散射辐射量

倾斜面的天空散射量采用Hay模型计算。倾斜面上散射辐射量是通过太阳光盘的照射与穹顶均匀分布的散射辐射量所构成。

式中———水平面上的直接辐射量；

Hd0———水平面上散射辐射量；

4.2.3倾斜面上反射辐射量

倾斜面上反射辐射量Hrt的表达式如下

式中H———水平面上的总辐射量，

ρ———地物表面的发射率(通常取0.2)。

4.2.4倾斜面上总辐射量

通过得知全年各月的水平面太阳辐射值以后，会得出不同倾角的全年各月的平均太阳辐射量。

倾斜面上太阳辐射量的表达式为

4.3计算转换电能值

得出太阳辐照总量以后，便可以计算所能转换的电能值。在获取电能值时，需要充分考虑影响太阳能电池的温度因素。温度系数可以利用KT来表示，从而开展计算。建筑物的倾角是θ受月平均辐照量的影响下所得到出的电能量为Hs,j，求出转换电能值可利用以下计算公式：

公式中的代表的是是光伏电池中的温度转换率；A代表的是太阳能电池组件的面积；K代表的是规划时的修正指数；Hs,j代表的是倾角θ的斜角屋面在月平均的辐照量。

4.4求极值，取得最佳倾角进行屋顶优化

基于倾角为θ时，计算光伏屋顶一年中的总能量是

公式中的是代表第i月的太阳辐射总量。

在优化计算过程中，可以把倾斜角的数值进行变换，计算在不同角度下的太阳总能量，从而求取出最大角度下的太阳能量。

5.结语

综上所述，在对已经存在的光伏建筑的施工特点与施工方式来进行总结与归纳。在对建筑物的平面屋顶进行规划时，可以选出最合适的角度，从而为安置光伏组件的利用率达到最大化提供坚实依据。在对建筑屋顶的倾角优化时可以对不同重力下的应用频率以及集中安置等因素进行充分考虑，基于一年中电能负荷为应用目的，从而防范个别月份因为过度缺点而造成的问题。除此之外，光伏建筑是建筑与太阳能源结合为一体的主要表现形式，在实际应用中的通风、取暖等方面都可以被广泛应用，这是当前我国最具研究价值的工程。

参考文献

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[3]刘敬伟，赵鹏，郑平，宋行宾，韩晓艳，崔明.屋顶光伏电站的若干技术问题及解决方案[J].太阳能，2012，21:49-52.