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技术讲座赏析光伏结构设计2010年11月10日 来源：BIPV中国【编者按】这是中国建筑科学研究院赵西安先生，在第八届中国国际门窗幕墙博览会光电建筑应用论坛上，发表的光伏结构设计。赵西安先生向我们展示了光电建筑结构的多样性。在这里我们无法一一列出，只好撷取百花园中的几朵。我们希望大家与赵西安先生交流。一、光伏建筑一体化的概念光伏建筑一体化，是将光伏装置作为整个建筑的一个有机组成部分，与主体建筑同时定案，同时设计，同时施工，同时验收。包括分离式和合一式，主要形式是光伏采光顶和光伏幕墙。光伏幕墙结构图光伏幕墙结构图光伏采光顶结构图光伏采光顶结构图二、分离式光伏建筑概念：光伏板阵列只发电，不作为建筑的围护结构，建筑功能另由围护墙或屋面完成，也就是“一体化，两层皮”。一体化，两层皮优点：不受建筑外形局限，光伏板可有最佳朝向，有最高发电效率；发电功能与建筑功能互不干扰，各自按最好的水平进行设计；光伏板和围护板更换方便，不会因换板影响对方的功能；光伏板通风降温良好，有效防止玻璃炸裂，避免因节能要求采用中空光伏板时，温升过高而使玻璃爆裂。缺点：有时比较难达到建筑师的立面艺术设计要求；玻璃和支承结构用料增多。光伏组件由钢框架支承。在分离式光伏建筑中，光伏板阵列成为建筑物的外表面，所以在建筑方案设计时就必须考虑其所承受的重力荷载、风荷载和地震作用要传到主体结构上。由于光伏板单独设置支承结构，所以结构要进行受力设计，其反力由主体结构承受或直接传送到基础。光伏板阵列不考虑气密、水密等建筑功能要求，所以不一定要密封。光伏板阵列三、合一式光伏建筑概念：光伏板同时就是幕墙或采光顶的面板，同时具有发电功能和建筑功能，就是“一体化，一层皮”。一体化，一层皮优点：容易实现建筑师的立面设计要求；无须两层皮，结构和构造简单；用料较省。缺点：无法取得最佳朝向，发电效率低；发电和建筑功能有矛盾，难以兼顾；采用中空玻璃时爆裂现象频发，导致工程失效；无论光伏还是密闭任一功能失效，都要更换玻璃，维修概率高；非电原因更换也要牵涉电路，更换麻烦。合一式光伏建筑，光伏板同时就是玻璃幕墙或采光顶的玻璃面板，无须另外增设面板和支承结构。必须同时兼顾发电和建筑两方面的功能，而这两方面的功能要求往往又是矛盾的。例如光伏板要求通风降温，不要用中空玻璃，而建筑节能却要求用中空玻璃。四、散热与保温的矛盾光伏电池怕热，在太阳光照射下，温度升高转换效率下降，玻璃容易爆裂。因此，要求光电板（夹胶玻璃）后面空旷，便于通风降温，做成中空玻璃对光伏玻璃是非常不利的。作为幕墙或采光顶的板件，正好要求相反。单块夹层玻璃满足不了节能要求，透明部分必须做中空玻璃，不透明部分在夹层玻璃之后要做保温层。前面的光伏夹层玻璃散热困难，温度升高，发电效率急降，甚至夹胶变性、分离，玻璃破裂，光伏工程失败。五、破解散热难题光伏板失效是因为散热难，难就难在背后的中空层。用中空玻璃是为了达到节能指标，尤其在北方不用中空不行。如果采用两层皮的分离式作法，光伏板夹胶，屋面板中空夹胶。光伏板单夹胶不中空，背后就可以自由散热，散热难的问题就可以解决了。既有建筑光伏改造工程，就是把一层皮改为两层皮，解决通风降温问题。六、结构设计要点1、面板设计玻璃的选用朝阳光一侧宜用超白玻璃；单块夹胶玻璃不宜用Low-E 玻璃；中空夹胶玻璃的Low-E膜应朝向空气层；框支承玻璃在受力允许的情况下，优先考虑采用半钢化或浮法玻璃夹胶；点支承玻璃应采用钢化夹胶玻璃。玻璃的厚度分离式光伏组件玻璃厚度不宜小于4mm；同时作为幕墙或采光顶面板的合一式光伏组件，夹胶玻璃的单片玻璃厚度不应小于5mm，两片玻璃的厚度差不应大于3mm；非夹胶的单片玻璃厚度不应小于6mm。面板的支承方式边缘支承：明框、半隐框、隐框；点支承：钢爪、夹板。2、支承结构分离式光伏系统的光伏组件要求设置单独的支承结构；当屋面光伏组件要求斜放或架空较大距离时，可采用支架；平放或无架空要求时，可用短柱或金属框；墙面的光伏组件可采用单独的落地支承结构、半独立的支承结构或与幕墙的面板共用竖向支承结构。不需要很大距离时，可用框或短柱支承七、图例明框光伏面板明框光伏