試析光伏建筑安裝施工與屋頂優(yōu)化

試析光伏建筑安裝施工與屋頂優(yōu)化【摘要】本文主要針對于光伏建筑安裝施工與屋頂優(yōu)化為切入點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)下光伏建筑的相關(guān)概述為主要依據(jù)，從采集太陽輻照數(shù)、傾斜面太陽輻照量計(jì)算、計(jì)算轉(zhuǎn)換電能值、求極值，取得最佳傾角進(jìn)行屋頂優(yōu)化這四方面進(jìn)行深入探索與研究，主要目的在于提高光伏建筑施工質(zhì)量，從而保障建筑屋頂質(zhì)量，提高施工建筑施工效率?！娟P(guān)鍵詞】光伏建筑；施工；屋頂優(yōu)化；傾斜角【中圖分類號】TU765【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1002-8544（2017）18-0088-021.引言近些年我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，社會(huì)公眾對能源需求與日俱增。目前，新興節(jié)能型能源最具代表性是太陽能，在工業(yè)生產(chǎn)中或是公眾生活都被得到廣泛推廣，與其相應(yīng)的應(yīng)用也越發(fā)成熟。在我國制定未來發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，將光伏發(fā)電技術(shù)等一些新興技術(shù)以及一些新興的能源是我國未來發(fā)展的主要方向，同樣也是提升我國核心競爭力的前提條件。本文主要闡述光伏建筑安裝施工與屋頂優(yōu)化，以此來保障我國社會(huì)穩(wěn)固發(fā)展。2.光伏建筑的相關(guān)概述建筑物建設(shè)中所被消耗的能源量是極多的，大約占據(jù)了全世界能耗的三分之一，若是在建筑物中融合光伏發(fā)電技術(shù)，便會(huì)出現(xiàn)較大的能源，建筑結(jié)構(gòu)與廣泛發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合是當(dāng)前最具發(fā)展前景的研究項(xiàng)目。光伏的全稱是光生伏特效應(yīng)，它主要是指在在照射不規(guī)則的半導(dǎo)體之間或是半導(dǎo)體與金屬之間可以出現(xiàn)電位差的情況。光電進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)的主要載體是太陽能電池，把太陽輻射時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，是光伏技術(shù)中最為關(guān)鍵的部分。在建筑行業(yè)提倡太陽能建筑，其實(shí)質(zhì)是指在規(guī)劃、建設(shè)、養(yǎng)護(hù)等過程中主動(dòng)的利用太陽能或是被動(dòng)的利用太陽能，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。依據(jù)太陽能利用方式的差異性，太陽能被分為了兩種，其中有主動(dòng)式與被動(dòng)式。主動(dòng)式建筑主要是指利用太陽能吸收裝置從而達(dá)到收集能量的目的，在利用熱媒把能量傳送給建筑物中。被動(dòng)式建筑顧名思義是指依賴建筑物自身的科學(xué)設(shè)計(jì)與合理結(jié)構(gòu)來應(yīng)用太陽能量。在當(dāng)前的光伏建筑中以上兩種方式都是存在的。BIPV代表光伏建筑一體化的簡稱。它是通過對建筑外圍的表面上裝置太陽能電池，從而來為建設(shè)所需提供能量，被安置到建筑表面的太陽能電池已然成為了建筑的核心組成部分，光伏建筑一體化在日本等國家廣泛推廣。3.光伏建筑的安裝施工光伏建筑屬于新能源的一種，在實(shí)際施工中主要包含兩個(gè)步驟，一是安裝太陽能電池組主要是指把組件安置到建筑物上的過程；二是就位主要是指將太陽能電池組安裝到事先制定好的位置上（如圖一）。

圖一光伏組件的安裝與就位3.1外置式安裝應(yīng)用一般的太陽能電池組件，在建筑物的墻體與屋頂開展安裝工作，在進(jìn)行安裝時(shí)所應(yīng)用金屬支架是起到固定作用，此方法的要求是建筑物的外墻或是屋頂可以為太陽能提供一個(gè)安裝的位置，建筑物需要有足夠的定理力來承受太陽能電池帶來的重力，因此應(yīng)用金屬支架是必不可缺的環(huán)境。3.2表皮式安裝在應(yīng)用特殊或，是普通的太陽能電池組時(shí)，通常是在建筑物的外墻與屋頂安設(shè)太陽能發(fā)電組件，它與外置式有所不同的不需要安置金屬支架，它可以依據(jù)普通的建筑材料的施工方式來進(jìn)行安置。安置好的太陽能電池會(huì)牢固的附著在墻體上或是屋頂上。在表皮式的太陽能電池中應(yīng)用最為廣泛的有柔性薄膜太陽能與普通太陽能電池。3.3建材式安裝應(yīng)用特殊材質(zhì)的太陽能電池構(gòu)件，太陽能電池構(gòu)件的存在是具有墻體或是屋頂建材的功能，可直接的應(yīng)用到外墻與屋頂之上。比如：硬性的太陽能屋面，它主要是由于硅電池組成的，通過一定處理之后可以承受一定重力與強(qiáng)度，可以當(dāng)作是普通的建筑屋頂；太陽能電池瓦片，它是通過把太陽能存儲到玻璃中的轉(zhuǎn)換元件，任何一個(gè)瓦片都是太陽能電池中的單體，在應(yīng)用時(shí)可以把瓦片連構(gòu)成一個(gè)發(fā)電整體，此種方法建筑物的窗戶不但不受光照影響，還可以收集太陽能進(jìn)而發(fā)電；光伏玻璃墻屬于一種新型的玻璃材質(zhì)，是由玻璃與硅電池構(gòu)成的光伏幕墻，它可以直接利用建筑建設(shè)中。4.光伏建筑屋頂優(yōu)化4.1采集太陽輻照數(shù)據(jù)氣象部門可以進(jìn)行實(shí)時(shí)勘測，在太陽能輻照地球時(shí)，可以對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量與記錄。時(shí)常會(huì)把依據(jù)時(shí)間的長短產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。依據(jù)其他文獻(xiàn)進(jìn)行研究可以發(fā)現(xiàn)，通常情況下，進(jìn)行計(jì)算時(shí)都會(huì)參照月平均量，以此來降低計(jì)算的復(fù)雜性，從而得出更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。4.2傾斜面太陽輻照量計(jì)算在對建筑物的屋頂傾角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需知傾斜屋面的太陽輻照量的多少。利用氣象部門來對水平方向的太陽輻照量進(jìn)行勘測，之后依據(jù)輻射模型與計(jì)算方式來獲取屋頂斜面的太陽輻照值。在確定地點(diǎn)時(shí)或是計(jì)算建筑物朝向赤道的輻射量時(shí)可以采用Klein的計(jì)算方式。建筑物傾斜面的輻照總量等于地面反輻照量、天空散射輻照量、直接太陽輻照量這三者的總和。4.2.1傾斜面直射量計(jì)算在對太陽量輻射量引入相關(guān)參數(shù)，是傾斜面的輻射量與水平輻射量之間的比值：

因此，太陽傾斜面的直射量是

因此，太陽傾斜面的直射量是

式中φ———地理緯度；δ———太陽赤緯角；ω———水平面上日落時(shí)角；ω'———傾斜面上日落時(shí)角，

θ———光伏屋面的傾角。4.2.2傾斜面上散射輻射量傾斜面的天空散射量采用Hay模型計(jì)算。傾斜面上散射輻射量是通過太陽光盤的照射與穹頂均勻分布的散射輻射量所構(gòu)成。

式中———水平面上的直接輻射量；Hd0———水平面上散射輻射量；4.2.3傾斜面上反射輻射量傾斜面上反射輻射量Hrt的表達(dá)式如下

式中H———水平面上的總輻射量，ρ———地物表面的發(fā)射率(通常取0.2)。4.2.4傾斜面上總輻射量通過得知全年各月的水平面太陽輻射值以后，會(huì)得出不同傾角的全年各月的平均太陽輻射量。傾斜面上太陽輻射量的表達(dá)式為

4.3計(jì)算轉(zhuǎn)換電能值得出太陽輻照總量以后，便可以計(jì)算所能轉(zhuǎn)換的電能值。在獲取電能值時(shí)，需要充分考慮影響太陽能電池的溫度因素。溫度系數(shù)可以利用KT來表示，從而開展計(jì)算。建筑物的傾角是θ受月平均輻照量的影響下所得到出的電能量為Hs,j，求出轉(zhuǎn)換電能值可利用以下計(jì)算公式：公式中的代表的是是光伏電池中的溫度轉(zhuǎn)換率；A代表的是太陽能電池組件的面積；K代表的是規(guī)劃時(shí)的修正指數(shù)；Hs,j代表的是傾角θ的斜角屋面在月平均的輻照量。4.4求極值，取得最佳傾角進(jìn)行屋頂優(yōu)化基于傾角為θ時(shí)，計(jì)算光伏屋頂一年中的總能量是公式中的是代表第i月的太陽輻射總量。在優(yōu)化計(jì)算過程中，可以把傾斜角的數(shù)值進(jìn)行變換，計(jì)算在不同角度下的太陽總能量，從而求取出最大角度下的太陽能量。5.結(jié)語綜上所述，在對已經(jīng)存在的光伏建筑的施工特點(diǎn)與施工方式來進(jìn)行總結(jié)與歸納。在對建筑物的平面屋頂進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，可以選出最合適的角度，從而為安置光伏組件的利用率達(dá)到最大化提供堅(jiān)實(shí)依據(jù)。在對建筑屋頂?shù)膬A角優(yōu)化時(shí)可以對不同重力下的應(yīng)用頻率以及集中安置等因素進(jìn)行充分考慮，基于一年中電能負(fù)荷為應(yīng)用目的，從而防范個(gè)別月份因?yàn)檫^度缺點(diǎn)而造成的問題。除此之外，光伏建筑是建筑與太陽能源結(jié)合為一體的主要表現(xiàn)形式，在實(shí)際應(yīng)用中的通風(fēng)、取暖等方面都可以被廣泛應(yīng)用，這是當(dāng)前我國最具研究價(jià)值的工程。參考文獻(xiàn)[1]陳江恩，孫杰，馮博，麥耀華.光伏建筑一體化項(xiàng)目不同安裝方式的