一种模块化太阳能光伏屋顶的制作方法
【专利摘要】本发明公开了属于建筑房屋【技术领域】的一种模块化的同步设计施工的太阳能光伏屋顶。该屋顶的主梁和次梁垂直交错排列，形成天井式井字梁排列，在井字梁上方浇筑垂直的混凝土薄板，剖面成口字形模版上方的四周设有窗框，窗框上设有4至8颗螺孔，光伏组件通过螺孔固定在天井上。本发明的模块化太阳能光伏屋顶在建造屋顶时一次成型，节约建造成本；采用南向采光和排水，满足光伏安装斜度和防火防水等要求，最大限度的将光伏与建筑相融合，发挥光伏建筑一体化的优势；该屋顶的光伏组件组装简单，使用寿命长，光电转化率高。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑房屋【技术领域】，具体涉及一种模块化的同步设计施工的太阳能光 伏屋顶。 一种模块化太阳能光伏屋顶
【背景技术】
[0002] 目前，新建建筑中采用最多的是混凝土平屋面，除了极少数的公共建筑，采用局部 钢结构屋面形式，将屋面设计成具备采光功能外，近乎100 %的混凝土屋面，都未考虑利用 采光功能。然而，如果能经过结构的简单调整，将屋面的直接采光作用得以发挥，无疑对很 多功能性建筑具备重大的积极意义，特别是带有公共意义的建筑，比如图书馆、餐馆、学校 里面的多功能厅、学生食堂、风雨操场、兴趣教室等。
[0003] 安装有太阳能利用系统的建筑，大多是在现有的混凝土屋面或彩钢瓦屋面上，安 装分布式太阳能发电系统，太阳能发电系统的太阳能集热板需要和阳光射角保持一定的角 度，这就使得需要安装太阳能系统的屋面尽量不出现逆向单坡屋面，然而，许多既有的建筑 物，特别是教学楼项目，因南走廊的设计特性，常常造成其屋面排水形式为逆向单坡设计。
[0004] 按消防规范，达到一定体量的建筑物，逃生人员常常需要通过上人屋面，从一个疏 散楼梯过渡到另一个疏散楼梯后再向地面逃生。对于这样的设计，后期加装太阳能系统的 安装企业往往会忽视，结果必然会造成屋顶消防疏散功能的形同虚设。
[0005] 加设太阳能系统的屋顶一般在屋顶建好后，才在屋顶加装太阳能系统，后期加装 往往需要另行架设支架，并在混凝土屋面上打孔锚固，这也容易造成屋面整体防水功能遭 受局部破坏，甚至影响到屋面结构的生命周期。
[0006] 光伏方阵与建筑物的结合成为现代建筑研究的一个热点，根据光伏方阵与建筑结 合形式的不同，可分为两大类：
[0007] -类是光伏方阵与建筑的结合，BAPV(Building Attached PV)，将光伏方阵依附 于建筑物上，建筑物作为光伏方阵载体，起支撑作用。
[0008] 另一类是光伏方阵与建筑的集成，即BIPV(Building Integrated Photovoltaic)。光伏组件以一种建筑不可分割的形式出现，光伏方阵成为建筑不可分割的 一部分，如光伏玻璃幕墙、光伏瓦、光伏遮阳光伏米光顶等。
[0009] 把光伏组件用作建材，必须具备建材所要求的几项条件，如坚固耐用、保温隔热、 防水防潮、强度要求等性能，用光伏组件代替部分建材，在将来随着应用面的扩大，光伏组 件效益上降低光伏组件的成本，有利于光伏产品的推广应用，所以存在着巨大的潜在市场。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种模块化太阳能光伏屋顶，该光伏屋顶采用模块化，与建 筑施工同时进行，最大化利用太阳能，同时满足屋顶排水，逃生等功能。
[0011] 一种模块化太阳能光伏屋顶，屋顶的主梁1和次梁2垂直交错排列，形成天井3 ; 在屋顶北侧的主梁1上浇筑第一混凝土薄板4,屋顶南侧的主梁1上浇筑第二混凝土薄板 5,第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5,屋顶东侧的主梁1上浇筑第三混凝土 薄板6,其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平齐，屋顶西侧的主梁 1上浇筑第四混凝土薄板7,其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平 齐；天井3的四周设有窗框8,窗框8上设有4至8颗螺孔9 ;光伏组件10通过螺孔9固定 在天井3上。
[0012] 所述光伏组件10的结构为：太阳能集热板11通过密封部12与有机玻璃板13相 连，太阳能集热板11与有机玻璃板13之间形成真空空间14。
[0013] 所述光伏组件10通过导线分别与控制器15和蓄电池组16相连，控制器15与直 流/交流逆变器17相连。
[0014] 所述太阳能集热板11表面贴有防碎贴膜。
[0015] 所述第一混凝土薄板4上方，设有整行或数行串联的避雷针。
[0016] 所述窗框8四周设有一圈密封橡胶条。
[0017] 所述主梁1之间的间隔为1. 5-1. 8m。
[0018] 所述次梁2之间的间隔为1. 5-1. 8m。
[0019] 本发明的有益效果：本发明的模块化太阳能光伏屋顶在建筑屋顶时一次成型，节 约建造成本，采用南向采光和排水，满足光伏安装核准和防火防水等要求，最大限度的将光 伏与建筑相融合，发挥光伏建筑一体化的优势；该屋顶的光伏组件组装简单，使用寿命长， 光电转化率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明光伏屋顶结构示意图；
[0021] 图2为窗框结构示意图；
[0022] 图3为光伏组件结构示意图；
[0023] 图4为光伏组件发电连接结构图；
[0024] 图中，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-光伏组件，11-太阳能集热板，12-密 封部，13-有机玻璃板，14-真空空间，15-控制器，16-蓄电池组，17-直流/交流逆变器， 18-直流负载，19-交流负载。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0026] 实施例1
[0027] 为量化研究数据，本次研究以泰州医药高新区所辖向阳小学2号教学楼为例，并 假设在设计中同步实施模块化太阳能光伏屋顶工程。
[0028] 向阳小学2号楼为五层建筑，单体建筑面积约为3618m2,平均每层面积约为723m 2， 其屋顶平面（不含走廊上盖）阴影面积为437. 4m2,可设计成"天井"的截面阴影面积为 369. 9m2,按本研究方案可实施的"天窗"窗体面积为417. 15m2。
[0029] 该地区水平面年平均日照辐射量5190MJ/m2,属第三类太阳能资源区域，处于太阳 能资源丰富带，适合建设太阳能光伏发电项目。
[0030] 该项目设计的模块化太阳能光伏屋顶，如图1-2所示，屋顶的主梁1和次梁2垂直 交错排列，形成天井3 ;在屋顶北侧的主梁1上浇筑第一混凝土薄板4,屋顶南侧的主梁1上 浇筑第二混凝土薄板5,第一混凝土薄板4的高度高于第二混凝土薄板5,屋顶东侧的主梁 1上浇筑第三混凝土薄板6,其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和第二混凝土薄板5平 齐，屋顶西侧的主梁1上浇筑第四混凝土薄板7,其两端的高度分别与第一混凝土薄板4和 第二混凝土薄板5平齐；天井3的四周设有窗框8,窗框8上设有4至8颗螺孔9 ;光伏组件 10通过螺孔9固定在天井3上。
[0031] 如图3所示，所述光伏组件10的结构为：太阳能集热板11通过密封部12与有机 玻璃板13相连，太阳能集热板11与有机玻璃板13之间形成真空空间14。该光伏组件为应 力平衡和低载荷的标准化建材型光伏组件，单位载荷减少20 %，提高建筑一体化安全性， 降低成本，实现与建筑的快速一体化安装。光伏组件老化需要更换，卸下螺丝即可，十分方 便。
[0032] 如图4所示，所述光伏组件10通过导线分别与控制器15和蓄电池组16相连，控 制器15与直流/交流逆变器17相连；控制器15引出导线与直流负载18相连，直流/交流 逆变器17引出导线与交流负载19相连。
[0033] 所述太阳能集热板11表面贴有防碎贴膜。
[0034] 所述第一混凝土薄板4上方，设有整行或数行串联的避雷针。将光伏发电系统防 雷接地与天井基座整合在一起，避免了后期重复设计与施工，减少光伏系统投资。所述窗框 8四周设有一圈密封橡胶条。所述主梁1之间的间隔为1. 5-1. 8m。所述次梁2之间的间隔 为1. 5-1. 8m。普通光伏组件封装用胶一般为EVA，但EVA的抗老化性能不强、使用寿命短。 并且时间长，EVA发黄会影响建筑的美观和发电量。定制模块化光伏组件采用PVB封装，延 长组件使用寿命。光伏组件10年质保，25年线性功率质保，通过抗盐雾和氨腐蚀测试。
[0035] 本实施例的光伏组件导线汇聚形成光伏电缆，选用耐高温光伏电缆。BIPV建筑系 统接线大多都在幕墙立柱、横梁等密闭结构中，其温度远远高于普通光伏系统电线所处的 环境温度。一般使用聚氯乙烯铜线就能满足要求。但在该系统，使用双层交联聚乙烯铜线。 同时选用的电线直径大一些，降低温度对电阻的影响。同时选用具有防水和耐老化性能好 的连接器，以防止连接器的耐老化性能不佳导致系统漏电、电线老化等后果。
[0036] 本实施例的装机容量为25. 52kWp，总投资约33. 18万元。年均上网电量约2. 28万 kWh，相当于年节约标准煤约7. 45吨，具有明显的节能效果。年减少C02排放量27. 3吨，S02 排放量约151千克，NOx排放量约51千克，减少相应的废水排放对环境的污染，具有较好的 经济、环境与社会效益。
[0037] 本实施例根据屋顶光伏项目的系统组成、装机规模及项目的具体实施条件估算， 以及新型定制BIPV光伏组件（13000元/kW)，本项目总投资为33. 18万元，国家度电补贴 0. 42元/年，地方补贴暂无，学校用电按照0. 60元每度计，预计投资回收期13年。
[0038] 根据各年的衰减系数，容量按25. 52kw测算，推算出各年的发电量如表1 :
[0039] 表1各年发电量统计
[0040] 年平均发电量 ~~~I年平均发电量 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
【权利要求】
1. 一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，屋顶的主梁（1)和次梁（2)垂直交错排 列，形成天井（3);在屋顶北侧的主梁（1)上浇筑第一混凝土薄板（4)，屋顶南侧的主梁（1) 上浇筑第二混凝土薄板（5)，第一混凝土薄板（4)的高度高于第二混凝土薄板（5)，屋顶东 侧的主梁（1)上浇筑第三混凝土薄板￠)，其两端的高度分别与第一混凝土薄板（4)和第 二混凝土薄板（5)平齐，屋顶西侧的主梁（1)上浇筑第四混凝土薄板（7)，其两端的高度分 别与第一混凝土薄板（4)和第二混凝土薄板（5)平齐；天井（3)的四周设有窗框（8)，窗框 ⑶上设有4至8颗螺孔（9);光伏组件（10)通过螺孔（9)固定在天井（3)上。
2. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述光伏组件（10) 的结构为：太阳能集热板（11)通过密封部（12)与有机玻璃板（13)相连，太阳能集热板 (11)与有机玻璃板（13)之间形成真空空间（14)。
3. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述光伏组件（10) 通过导线分别与控制器（15)和蓄电池组（16)相连，控制器（15)与直流/交流逆变器（17) 相连。
4. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述太阳能集热板 (11)表面贴有防碎贴膜。
5. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述第一混凝土薄 板（4)上方，设有整行或数行串联的避雷针。
6. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述窗框（8)四周设 有一圈密封橡胶条。
7. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述主梁（1)之间的 间隔为1. 5-1. 8m。
8. 根据权利要求1所述一种模块化太阳能光伏屋顶，其特征在于，所述次梁（2)之间的 间隔为1. 5-1. 8m。
【文档编号】E04B7/18GK104120817SQ201410368005
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】徐庆宏, 丁世磊, 刘峰, 宋啸尘 申请人:徐庆宏