一種模塊化太陽能光伏屋頂?shù)闹谱鞣椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于建筑房屋【技術(shù)領(lǐng)域】的一種模塊化的同步設(shè)計施工的太陽能光伏屋頂。該屋頂?shù)闹髁汉痛瘟捍怪苯诲e排列，形成天井式井字梁排列，在井字梁上方澆筑垂直的混凝土薄板，剖面成口字形模版上方的四周設(shè)有窗框，窗框上設(shè)有4至8顆螺孔，光伏組件通過螺孔固定在天井上。本發(fā)明的模塊化太陽能光伏屋頂在建造屋頂時一次成型，節(jié)約建造成本；采用南向采光和排水，滿足光伏安裝斜度和防火防水等要求，最大限度的將光伏與建筑相融合，發(fā)揮光伏建筑一體化的優(yōu)勢；該屋頂?shù)墓夥M件組裝簡單，使用壽命長，光電轉(zhuǎn)化率高。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑房屋【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種模塊化的同步設(shè)計施工的太陽能光 伏屋頂。 一種模塊化太陽能光伏屋頂

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，新建建筑中采用最多的是混凝土平屋面，除了極少數(shù)的公共建筑，采用局部 鋼結(jié)構(gòu)屋面形式，將屋面設(shè)計成具備采光功能外，近乎100 %的混凝土屋面，都未考慮利用 采光功能。然而，如果能經(jīng)過結(jié)構(gòu)的簡單調(diào)整，將屋面的直接采光作用得以發(fā)揮，無疑對很 多功能性建筑具備重大的積極意義，特別是帶有公共意義的建筑，比如圖書館、餐館、學(xué)校 里面的多功能廳、學(xué)生食堂、風(fēng)雨操場、興趣教室等。
[0003] 安裝有太陽能利用系統(tǒng)的建筑，大多是在現(xiàn)有的混凝土屋面或彩鋼瓦屋面上，安 裝分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，太陽能發(fā)電系統(tǒng)的太陽能集熱板需要和陽光射角保持一定的角 度，這就使得需要安裝太陽能系統(tǒng)的屋面盡量不出現(xiàn)逆向單坡屋面，然而，許多既有的建筑 物，特別是教學(xué)樓項目，因南走廊的設(shè)計特性，常常造成其屋面排水形式為逆向單坡設(shè)計。
[0004] 按消防規(guī)范，達(dá)到一定體量的建筑物，逃生人員常常需要通過上人屋面，從一個疏 散樓梯過渡到另一個疏散樓梯后再向地面逃生。對于這樣的設(shè)計，后期加裝太陽能系統(tǒng)的 安裝企業(yè)往往會忽視，結(jié)果必然會造成屋頂消防疏散功能的形同虛設(shè)。
[0005] 加設(shè)太陽能系統(tǒng)的屋頂一般在屋頂建好后，才在屋頂加裝太陽能系統(tǒng)，后期加裝 往往需要另行架設(shè)支架，并在混凝土屋面上打孔錨固，這也容易造成屋面整體防水功能遭 受局部破壞，甚至影響到屋面結(jié)構(gòu)的生命周期。
[0006] 光伏方陣與建筑物的結(jié)合成為現(xiàn)代建筑研究的一個熱點，根據(jù)光伏方陣與建筑結(jié) 合形式的不同，可分為兩大類：
[0007] -類是光伏方陣與建筑的結(jié)合，BAPV(Building Attached PV)，將光伏方陣依附 于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支撐作用。
[0008] 另一類是光伏方陣與建筑的集成，即BIPV(Building Integrated Photovoltaic)。光伏組件以一種建筑不可分割的形式出現(xiàn)，光伏方陣成為建筑不可分割的 一部分，如光伏玻璃幕墻、光伏瓦、光伏遮陽光伏米光頂?shù)取?br> [0009] 把光伏組件用作建材，必須具備建材所要求的幾項條件，如堅固耐用、保溫隔熱、 防水防潮、強度要求等性能，用光伏組件代替部分建材，在將來隨著應(yīng)用面的擴大，光伏組 件效益上降低光伏組件的成本，有利于光伏產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，所以存在著巨大的潛在市場。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種模塊化太陽能光伏屋頂，該光伏屋頂采用模塊化，與建 筑施工同時進(jìn)行，最大化利用太陽能，同時滿足屋頂排水，逃生等功能。
[0011] 一種模塊化太陽能光伏屋頂，屋頂?shù)闹髁?和次梁2垂直交錯排列，形成天井3 ; 在屋頂北側(cè)的主梁1上澆筑第一混凝土薄板4,屋頂南側(cè)的主梁1上澆筑第二混凝土薄板 5,第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5,屋頂東側(cè)的主梁1上澆筑第三混凝土 薄板6,其兩端的高度分別與第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齊，屋頂西側(cè)的主梁 1上澆筑第四混凝土薄板7,其兩端的高度分別與第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平 齊；天井3的四周設(shè)有窗框8,窗框8上設(shè)有4至8顆螺孔9 ;光伏組件10通過螺孔9固定 在天井3上。
[0012] 所述光伏組件10的結(jié)構(gòu)為：太陽能集熱板11通過密封部12與有機玻璃板13相 連，太陽能集熱板11與有機玻璃板13之間形成真空空間14。
[0013] 所述光伏組件10通過導(dǎo)線分別與控制器15和蓄電池組16相連，控制器15與直 流/交流逆變器17相連。
[0014] 所述太陽能集熱板11表面貼有防碎貼膜。
[0015] 所述第一混凝土薄板4上方，設(shè)有整行或數(shù)行串聯(lián)的避雷針。
[0016] 所述窗框8四周設(shè)有一圈密封橡膠條。
[0017] 所述主梁1之間的間隔為1. 5-1. 8m。
[0018] 所述次梁2之間的間隔為1. 5-1. 8m。
[0019] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的模塊化太陽能光伏屋頂在建筑屋頂時一次成型，節(jié) 約建造成本，采用南向采光和排水，滿足光伏安裝核準(zhǔn)和防火防水等要求，最大限度的將光 伏與建筑相融合，發(fā)揮光伏建筑一體化的優(yōu)勢；該屋頂?shù)墓夥M件組裝簡單，使用壽命長， 光電轉(zhuǎn)化率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明光伏屋頂結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2為窗框結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖3為光伏組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖4為光伏組件發(fā)電連接結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖中，1-主梁，2-次梁，3-天井，4-第一混凝土薄板，5-第二混凝土薄板，6-第三 混凝土薄板，7-第四混凝土薄板，8-窗框，9-螺孔，10-光伏組件，11-太陽能集熱板，12-密 封部，13-有機玻璃板，14-真空空間，15-控制器，16-蓄電池組，17-直流/交流逆變器， 18-直流負(fù)載，19-交流負(fù)載。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0026] 實施例1
[0027] 為量化研究數(shù)據(jù)，本次研究以泰州醫(yī)藥高新區(qū)所轄向陽小學(xué)2號教學(xué)樓為例，并 假設(shè)在設(shè)計中同步實施模塊化太陽能光伏屋頂工程。
[0028] 向陽小學(xué)2號樓為五層建筑，單體建筑面積約為3618m2,平均每層面積約為723m 2， 其屋頂平面（不含走廊上蓋）陰影面積為437. 4m2,可設(shè)計成"天井"的截面陰影面積為 369. 9m2,按本研究方案可實施的"天窗"窗體面積為417. 15m2。
[0029] 該地區(qū)水平面年平均日照輻射量5190MJ/m2,屬第三類太陽能資源區(qū)域，處于太陽 能資源豐富帶，適合建設(shè)太陽能光伏發(fā)電項目。
[0030] 該項目設(shè)計的模塊化太陽能光伏屋頂，如圖1-2所示，屋頂?shù)闹髁?和次梁2垂直 交錯排列，形成天井3 ;在屋頂北側(cè)的主梁1上澆筑第一混凝土薄板4,屋頂南側(cè)的主梁1上 澆筑第二混凝土薄板5,第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5,屋頂東側(cè)的主梁 1上澆筑第三混凝土薄板6,其兩端的高度分別與第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平 齊，屋頂西側(cè)的主梁1上澆筑第四混凝土薄板7,其兩端的高度分別與第一混凝土薄板4和 第二混凝土薄板5平齊；天井3的四周設(shè)有窗框8,窗框8上設(shè)有4至8顆螺孔9 ;光伏組件 10通過螺孔9固定在天井3上。
[0031] 如圖3所示，所述光伏組件10的結(jié)構(gòu)為：太陽能集熱板11通過密封部12與有機 玻璃板13相連，太陽能集熱板11與有機玻璃板13之間形成真空空間14。該光伏組件為應(yīng) 力平衡和低載荷的標(biāo)準(zhǔn)化建材型光伏組件，單位載荷減少20 %，提高建筑一體化安全性， 降低成本，實現(xiàn)與建筑的快速一體化安裝。光伏組件老化需要更換，卸下螺絲即可，十分方 便。
[0032] 如圖4所示，所述光伏組件10通過導(dǎo)線分別與控制器15和蓄電池組16相連，控 制器15與直流/交流逆變器17相連；控制器15引出導(dǎo)線與直流負(fù)載18相連，直流/交流 逆變器17引出導(dǎo)線與交流負(fù)載19相連。
[0033] 所述太陽能集熱板11表面貼有防碎貼膜。
[0034] 所述第一混凝土薄板4上方，設(shè)有整行或數(shù)行串聯(lián)的避雷針。將光伏發(fā)電系統(tǒng)防 雷接地與天井基座整合在一起，避免了后期重復(fù)設(shè)計與施工，減少光伏系統(tǒng)投資。所述窗框 8四周設(shè)有一圈密封橡膠條。所述主梁1之間的間隔為1. 5-1. 8m。所述次梁2之間的間隔 為1. 5-1. 8m。普通光伏組件封裝用膠一般為EVA，但EVA的抗老化性能不強、使用壽命短。 并且時間長，EVA發(fā)黃會影響建筑的美觀和發(fā)電量。定制模塊化光伏組件采用PVB封裝，延 長組件使用壽命。光伏組件10年質(zhì)保，25年線性功率質(zhì)保，通過抗鹽霧和氨腐蝕測試。
[0035] 本實施例的光伏組件導(dǎo)線匯聚形成光伏電纜，選用耐高溫光伏電纜。BIPV建筑系 統(tǒng)接線大多都在幕墻立柱、橫梁等密閉結(jié)構(gòu)中，其溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通光伏系統(tǒng)電線所處的 環(huán)境溫度。一般使用聚氯乙烯銅線就能滿足要求。但在該系統(tǒng)，使用雙層交聯(lián)聚乙烯銅線。 同時選用的電線直徑大一些，降低溫度對電阻的影響。同時選用具有防水和耐老化性能好 的連接器，以防止連接器的耐老化性能不佳導(dǎo)致系統(tǒng)漏電、電線老化等后果。
[0036] 本實施例的裝機容量為25. 52kWp，總投資約33. 18萬元。年均上網(wǎng)電量約2. 28萬 kWh，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約7. 45噸，具有明顯的節(jié)能效果。年減少C02排放量27. 3噸，S02 排放量約151千克，NOx排放量約51千克，減少相應(yīng)的廢水排放對環(huán)境的污染，具有較好的 經(jīng)濟、環(huán)境與社會效益。
[0037] 本實施例根據(jù)屋頂光伏項目的系統(tǒng)組成、裝機規(guī)模及項目的具體實施條件估算， 以及新型定制BIPV光伏組件（13000元/kW)，本項目總投資為33. 18萬元，國家度電補貼 0. 42元/年，地方補貼暫無，學(xué)校用電按照0. 60元每度計，預(yù)計投資回收期13年。
[0038] 根據(jù)各年的衰減系數(shù)，容量按25. 52kw測算，推算出各年的發(fā)電量如表1 :
[0039] 表1各年發(fā)電量統(tǒng)計
[0040] 年平均發(fā)電量 ~~~I年平均發(fā)電量 年份 （kw.h) 年份 （kw.h) ? 25520 13 17205.13 ^2 25277.56 14 17037.18 3 25035. 12 15 22745.98 ^4 24797.78 16 22523.95 ^5 24560.45 17 22304.48 ^6 24325.66 18 22087.56 ~7 24095.98 19 21870.64 ^8 23866.3 20 21658.82 ~~9 23636.62 21 21447.01 ~10 23412.05 22 21237.74 Π 23190.02 23 21028.48 ~12 22968 24 20821.77 25 20617.61
【權(quán)利要求】
1. 一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，屋頂?shù)闹髁海?)和次梁（2)垂直交錯排 列，形成天井（3);在屋頂北側(cè)的主梁（1)上澆筑第一混凝土薄板（4)，屋頂南側(cè)的主梁（1) 上澆筑第二混凝土薄板（5)，第一混凝土薄板（4)的高度高于第二混凝土薄板（5)，屋頂東 側(cè)的主梁（1)上澆筑第三混凝土薄板￠)，其兩端的高度分別與第一混凝土薄板（4)和第 二混凝土薄板（5)平齊，屋頂西側(cè)的主梁（1)上澆筑第四混凝土薄板（7)，其兩端的高度分 別與第一混凝土薄板（4)和第二混凝土薄板（5)平齊；天井（3)的四周設(shè)有窗框（8)，窗框 ⑶上設(shè)有4至8顆螺孔（9);光伏組件（10)通過螺孔（9)固定在天井（3)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述光伏組件（10) 的結(jié)構(gòu)為：太陽能集熱板（11)通過密封部（12)與有機玻璃板（13)相連，太陽能集熱板 (11)與有機玻璃板（13)之間形成真空空間（14)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述光伏組件（10) 通過導(dǎo)線分別與控制器（15)和蓄電池組（16)相連，控制器（15)與直流/交流逆變器（17) 相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述太陽能集熱板 (11)表面貼有防碎貼膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述第一混凝土薄 板（4)上方，設(shè)有整行或數(shù)行串聯(lián)的避雷針。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述窗框（8)四周設(shè) 有一圈密封橡膠條。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述主梁（1)之間的 間隔為1. 5-1. 8m。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種模塊化太陽能光伏屋頂，其特征在于，所述次梁（2)之間的 間隔為1. 5-1. 8m。
【文檔編號】E04B7/18GK104120817SQ201410368005
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30日
【發(fā)明者】徐慶宏, 丁世磊, 劉峰, 宋嘯塵 申請人:徐慶宏