某小型BIPV系统设计与施工总结

eric1210 组长
2013-04-23 17:15:36

建筑整体效果

铝框玻璃光伏组件（用于本次项目）

屋顶部分效果

上海浦东南汇东滩禁猎区工作站BIPV项目是世界自然基金会上海办公室在上海促成的第一个项目，项目的建设工作由香港中文大学AIIA团队负责，从2012年初开始持续了近一年，于2013年初最终完成。CSC作为该项目的光伏能源系统提供方参与了项目的运作，并最终合作完成了工作。为了将工作标准化，本文根据本人在该项目中的经历，对小型BIPV系统从设计到施工进行总结记录，其中更偏向于光伏与建筑一体化的建造性质，对于发电系统的介绍暂且忽略。如有不当之处敬请指正。一. 光伏发电产品按构造归类光伏发电产品的种类某种程度上是按照用何种材料作为太阳能硅电池片的载体来归类，从玻璃到有机聚合材料。本文从建造的角度出发，按照构造的不同将目前市面上比较常见的光伏发电产品进行分类： 1.铝框玻璃光伏组件市面上应用最为普遍的光伏构件，一块光伏组件主要由钢化玻璃，透明EVA膜，晶硅电池片，背板，铝合金结构框件组成。成品组件会在铝框的下方预留可调螺栓孔和悬挂孔，用来固定在建筑的不同部位上。不同厂家有不同的规格尺寸，常规尺寸有1970mm*990mm*50mm，1650mm*990mm*45mm，1580mm*808mm*45mm，1310mm*990mm*40mm。铝框的颜色有银色，黑色，白色。 2.无框光伏玻璃光伏玻璃是一种通过层压入太阳电池，能够利用太阳辐射发电，并具有相关电流引出装置以及电缆的特种玻璃。特点是透光可控，成本比光伏组件略高但质量并没有光伏组件好。主要应用于光伏玻璃幕墙。材料构成：PVB（EVA）胶膜，太阳电池，玻璃组成，关键的参数有：透光度、平整度、对角的长短误差、杂质的掺杂、有无气泡。光伏玻璃通常尺寸为长边1000mm-2000mm，短边500mm-1000mm，通常厚度为3.2mm，4mm和6mm。 3.柔性薄膜太阳能光伏组件一种柔性太阳能材料，非常适合作为建筑表皮，构造也相对简单，与建筑表面黏结即可，缺点是成本较高，发电效率低，不适合大规模应用。最终选择了铝框玻璃光伏组件作为本系统的发电材料，厂家提供的尺寸为1630mm*990mm*45mm，银色边框的玻璃光伏组件。二. 光伏组件与箱体房屋连接的可能性分类光伏组件与建筑结构之间的连接方式如下列出： 1.卡扣件连接通过螺栓将L型金属件与组件连接，同时在金属连接件的另一侧上开出一个活动的L弯口，将组件扣入母体上的固定螺杆，槽口可有一定大小的活动空间供固定螺杆调节。优点是可以控制误差，缺点是金属件的制作成本偏高。 2.螺栓连接通过螺栓将金属连接件与组件连接，然后再通过自攻螺钉将组件连接在母体上。缺点在于组件之间的间距较大，间距最小也要达到80mm，拆装不够方便。 3.焊接在母体上螺栓固定金属块，通过焊接将固定于组件下方的金属件完成固定。缺点是焊接需要必要的设备，同时组件安装完成后难以拆卸。 4.滑动连接设置一个滑动导轨使光伏组件滑入，并在终端设置一口扣件扣死。优点是拆装方便，缺点是成本偏高。在进入到施工现场之前，我们没有明确使用哪一种构造方式，而是设计了几种可能的连接方式到现场根据操作的可能性来进行应用，最终选择了在阳台箱的一方使用了卡扣连接，而后方的主箱体上则为螺栓连接。三. 光伏组件安装误差的控制箱体房屋母体系木结构，而光伏组件属金属结构，这两种结构的允许误差数量级显然是不同的，这在设计过程中很容易被忽略而给施工过程带来麻烦。本项目由于建筑施工方的精确控制，母体的误差为厘米级，但光伏组件金属铝框的误差则为毫米级，况且在施工过程中由于母体存在一个从预制工厂到现场的运输过程，木结构本身在不同的物理环境下也存在一定的形变，另外更重要的是建筑母体面临两个箱体连接及阳台箱悬挑的现实，这些都导致了误差的进一步放大和难以控制，因此我们在设计过程中需要充分考虑误差的中和： 1. 金属连接件的设计，如图5，特殊的金属构件可以让误差得到一定中和。 2. 在母体上再设置一层构件完成一次连接的转换，在原有1米间距的主结构上方横向安装若干排木龙骨，光伏组件只需要连接于该木龙骨上即可，故组件不需要与原有结构有严格的对位关系，安装过程中也不会受结构上部的防水材料影响。但此办法与光伏建筑一体化概念有出入，且更费木材。四. 光伏组件间缝隙的控制缝隙由以下几点决定： 1. 埋线空间预留，组件短边的间距应保证一定空间使若干的2.5mm2线缆通过（间距40mm），因为通常短边是靠近接线盒的一侧，连接线需要在这的位置穿过，光伏线缆接头的直径通常在20mm； 2. 方便检修，同样应在短边一侧留出一只手伸入的空间（40mm-50mm）； 3. 保证连接件有足够的空隙可以安装，本项目中主要体现在组件的长边一侧； 4. 建筑整体美观协调，可参考屋顶木板铺设的间距，以求能够统一间距。五. 工期设计 1. 工厂从所有设备及材料工具到场开始算，试制并完成连接件时间为二天，工厂安装时间二天。 2. 运输到现场二次安装为一天，调试一天。 3. 设备到场时间控制，预制工厂的阶段，光伏组件与线缆接头等最迟需要在屋顶防水层完成七至十天后（视天气情况防水层干的速度决定）到场。而现场的设备如逆变器和蓄电池则可与室内地板铺设及阳台栏杆施工的同时到场。六. 箱体房屋工厂预制化与光伏系统施工关系的思考本项目箱体房屋主要由两个标准箱和两个阳台箱组成，每个部件都是在工厂预制完成后，分别运输到现场再完成最终的组装。建筑师对箱体房的要求是高度的工厂预制化，最佳状态应为工厂完成房屋建造，现场只进行装卸和修补的工作。但对于光伏系统来说，测试需要光照，本次项目工厂室内阳光不足，今后如在工厂测试，需准备特殊的照射工具。另外，本项目的光伏组件有一半为横跨阳台箱和标准箱，在设计时未考虑运输过程的问题。迫不得已，我们将组件在工厂拆除和之后到现场二次安装，这给施工过程带来了一些麻烦和浪费。箱体房作为一个及其复杂的集成体，是否可以做到完全工厂预制？光伏系统是否可以在工厂完成安装调试，至少是在工厂完成屋面的安装到现场完成调试？同时是否应保证只用手工或简单工具就可快速完成组件的拆装工作？