高层住宅建筑屋顶非晶硅太阳能光伏发电系统施工工法
JHGF009-2012
内蒙古巨华集团大华建筑安装有限公司 哈尔滨建工集团有限责任公司
周海青 徐俊平 王日升 张利宁 佟文
1. 前言
1.1 可再生能源是清洁能源，是指在自然界中可以不断再生、永续利用、取之不尽、用之不竭的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。
1.2 无论是现在还是将来，太阳能都拥有广阔的市场前景。潜力无限的太阳能是一种清洁、高效而且可持续的可再生能源。同时，使用太阳能也是一个明智的财务选择。如今，全球的光伏太阳能供不应求，是增长最快的可再生能源之一。随着制造工艺的高效化，光伏系统的成本将继续下降。如今，光伏系统的价格已经是 20 年前的 1/25。研究结果显示，太阳能在北方的气候条件下更为有效。与高成本的化石燃料污染和全球温室效应相比，太阳能不仅使用范围广，而且更经济。光伏系统在提供电力的同时，不会排放二氧化碳 (CO2)。一块光伏组件在 25 年的有效使用期内，可减少约 7.5 吨的碳排放量。总而言之，光伏太阳能发电的市场前景非常诱人。
1.3 太阳能是永不枯竭的可再生能源，太阳内部不停进行着由氢聚变成氦的原子核反应——核聚变过程，不停地释放出巨大的能量，不断地向宇宙空间辐射。太阳能的利用方式主要有：光伏（太阳能电池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳房；太阳能热水系统；太阳能取暖和制冷。光伏系统在全世界为各个应用领域提供清洁能源。从市区的摩天大楼到发展中国家或地区的偏远村庄。光伏发电可为各种家用电器提供电力，包括计算机及通信设备、水泵和照明。应用光伏电力以节约成本的例子包括：小型草坪灯、路灯、娱乐场所灯光、高速公路信号灯、警示灯及各种商用和家用的照明。事实上，光伏发电系统可为任何领域供电，光伏发电技术属建设部10项新技术。由内蒙古巨华集团大华建安公司承建施工的呼和浩特市巨华时代广场住宅项目工程中，在建筑物屋顶安装非晶硅太阳能光伏发电系统取得了较好的经济效益和节能效果，并且结合工程特点和难点总结出本工法。
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2.工法特点
光伏系统采用太阳能光伏电池单元转换效率为8%，峰值功率为48W的非晶硅电池组件，能保证10年内输出功率基本保持不变，并能稳定使用20年。
2.1实用性
光伏发电系统在正常条件下，可以为生活区供应部分电力，在突发的供电中断时又可以作为一个备用的电源，在电力紧张时作为调峰使用，供应基本的生活和工作用电。
2.2节约性
建筑在楼顶上，不占用宝贵的土地资源，同时在施工过程中也不会有大的资源消耗。这既体现了政府的节约型原则，也符合国家推动光伏发电技术的精神。
2.3环保性
采用的硅基薄膜太阳电池是在所有太阳电池技术中最为环保的一种产品。系统在使用过程中不需要任何的原材料的补充，只要有阳光就会发电；同时，也不会产生任何的废气、废水和噪音。
2.4先进性
太阳能发电及其相关的产业链条科技含量都是很高的，非晶硅薄膜太阳电池更是在这一领域最先进的产品。
2.4.1非晶硅薄膜电池模块同非晶硅、多晶硅电池模块相比，单位功率成本最低。在建设不用考虑占地面积的荒漠电站的竞争中，不透明的非晶硅薄膜电池模块同其它品种的电池模块相比具有最佳的性能价格比。
2.4.2弱光发电性能
非晶硅薄膜电池模块弱光响应特性好，对阳光入射角度要求范围最宽，散射光接受率高。这一特性使其在薄云遮日或在风沙天气可以正常工作，利用此特性非晶硅薄膜电池模块可以制成室内的散光装置，而传统的结晶硅电池模块在室内根本不能发电。
2.4.3不受原材料的限制：硅原料的短缺致使全球光伏产业供需失衡，而本项目产品的生产不需要晶体硅，不受原材料的限制，从而成本也大幅度降低。
2.4.4 总的发电量多：由于以上原因，在投资相同的情况下，和传统的晶体硅电池相比，非晶硅电池总的发电量多15%左右，从而弥补了其转化率低的缺点。
2.4.5 与建筑结合得适宜性：非晶硅薄膜电池颜色柔和、板面尺寸大，而且可以做成半透明的电池组件，非常适合于用于建筑商。非晶硅太阳电池的本色已经同茶色玻璃的颜色一样，类似
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于传统幕墙用的镀膜玻璃，可直接用做幕墙和天窗玻璃；非晶硅太阳电池可以制成与茶色玻璃一样的效果，透光效果好，投影也十分均匀柔和，如果将太阳电池用作玻璃幕墙或天窗，选此类电池更为适合。该产品是目前唯一的一种可以替代镀膜玻璃进入建筑的太阳能电池产品，可以用作建筑的幕墙、天窗、中庭玻璃窗或观景窗，从而实现光伏发电和建筑房屋一体化。
2.5经济性。投入少，见效快，有利于节能减排。
3. 适用范围
本工法适用于高层或无遮挡的多层建筑的屋顶太阳能的安装。
4 .工艺原理
太阳能电池是通过使用半导体材料吸收太阳辐照，经过一系列的物理反应，将太阳能转化为电能的工具。将太阳能光电效应发电技术与建筑结合在一起，即是光伏建筑一体化。
图4.1 太阳能光伏发电原理图
主要技术指标 表4.1
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 标准 最高可达国标Ⅰ级 最高可达国标Ⅰ级 最高可达国标Ⅰ级 0.2 国标Ⅱ级 220V?10％ 50Hz?0.2 8％ 3
空气渗透性能 雨水渗漏性能 风压变形性能 遮阳系数 防雷等级 交流输出电压 交流输出频率 太阳能转换率
5.施工工艺流程及操作要点
5.1工艺流程
测量放线→埋件安装→钢骨架安装→光伏组件安装→线槽安装及布线→配电柜安装和线路连接→电缆的敷设→监控系统安装→调试并网。 5.2操作要点
5.2.1根据施工图纸测量放线定位。 5.2.2安装埋件。 5.2.3钢骨架安装
焊接质量是关键,太阳能电池板支架基础与建筑屋面楼板钢筋混凝土紧密结合，做好防水处理，支架用高强度槽钢与角钢用螺栓连接固定。 5.2.4光伏组件安装
由于工地不宜长期贮存光伏组件，故在安装前须制定详细的安装计划，按序供货。太阳电池、组件及方阵。为了使太阳电池在工程中应用，必须对“脆弱”的晶体硅片进行电气上的合理连接和结构上的集成处理，使之成为便于搬运、贮存和拆装的光伏组件、或称为太阳电池板。太阳电池按集成形式和规模的不同，可做如下分类：单体太阳电池—太阳电池的最基本单元，简称“电池片”，是产生电压和电流的基本材料。每个硅电池片的输出电压约0.5V，输出功率1～3W不等。 太阳电池组件或称光伏组件—由于电池片易损坏、电压低，为了保护电池片和提高工作电压，出厂前还需要对电池片进行连线焊接和封装，以组装成由多个电池片串联而成的“太阳电池组件”（简称“组件”），组件是构成最小实用型功率系统的基本单元。目前，每个太阳电池组件的输出电压大约17.5V左右，输出功率在40～200W之间不等。
光伏方阵—在光伏发电系统中，将多个太阳电池组件组装在一起，其功率应满足系统负载的需要，这样的发电装置集合体称为“光伏方阵”（简称“方阵”）。在大型光伏发电站里，为了便于安装和进行能量处理，可以将规模过大的方阵分成多个较小的“子方阵”。方阵规模可以小至只有一个组件，用于并网的方阵可以大到上十万个组件。太阳电池片、组件、电池板和方阵如图5.2.4（1）所示。
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