钢构工业建筑发电设备的运用范文

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1屋面光伏发电系统的建筑技术解决方案

钢结构厂房屋顶的有效面积中，布置太阳能光伏组件。从获取全年最大发电量考虑，太阳电池组建阵列的安装角度取12°～35°(海南沿海考虑12°，向北递增，渤海沿海考虑35°，上海取25°左右)，阵列间距宜取2．5m左右(根据光伏发电板的模数，板与板间避开阴影投射)。考虑到沿海地区钢构厂房近海的特点，整个系统还将具备防盐雾侵蚀和抗12级台风的能力。要求太阳能设施的钢结构涂装达到较高标准。太阳电池组与钢结构厂房建筑屋顶连接可以通过以下3种连接铺装方式:

1)轻钢结构太阳能电池组支架与厂房主体钢结构刚性连接。

这是一种传统而基本的太阳能与建筑一体化的连接构造方式，适用于多晶硅太阳能电池光伏发电组件可调角度后，架设于传统钢结构工业建筑的双钢屋面、钢—混凝土组合楼板屋面、卷材屋面，它的材质一般是镀锌小型型钢组件。它与建筑是刚性连接，特点是坚固耐用(见图1)。但在实际推广中，这种传统的太阳能与建筑一体化的连接构造方式，也受到了很多制约:a．自重太重，原有钢结构厂房不得不较大考虑太阳能光伏发电设施的荷载和风载，必须在建筑设计时使厂房主体结构留出较大荷载空间;b．太阳能光伏发电本身的目的是为了节能、环保、减排、低碳，但光伏发电设施的支架就消耗了大量的用钢，主体结构用钢量也要因为屋顶有太阳能设施而加大。炼钢本身要消耗大量的能源，所以这种连接方式自身不环保;c．主体结构增加的用钢量和光伏发电设施的支架消耗的用钢量，使得建筑造价增加较多，推广起来有很大阻碍。且沿海地区盐化腐蚀甚剧，钢支架长远看防锈蚀涂装维护成本很高;d．这种连接方式如果放在卷材屋面上，又带来很多新的问题，因为它是与主体结构刚接的，势必要大量的穿过屋面防水卷材层，这是防水卷材的材性弱点，卷材翻边复杂而漏水风险高。同样在单(双)钢钢板自防水屋面，支架基础也要穿钢板防水层，风险更高。所以，这种传统而基本的太阳能与建筑一体化的连接构造方式，虽然目前最大量应用，但它确实不是一种环保、高效、低廉绿色的解决方式。

2)超轻结构或硬塑结构太阳能电池组支架与卷材屋面柔性连接。

配合大量采用的卷材防水屋面做法，衍生出一种太阳能电池组支架卷材屋面柔性连接的做法，从原理上到安装使用上都非常合理、简易、低碳、风险小、成本低。超轻结构太阳能电池组支架与卷材屋面柔性连接，是基于柔性屋面是柔性系统，在太阳能电池组支架部分，使用铝合金、塑料等轻质耐腐蚀材料，配合制造成的太阳能电池组支架，然后通过卷材软连接和特殊防水钉接，将太阳能电池组支架与屋面柔性固定(见图2)。

硬塑结构太阳能电池组支架，采用抗紫外线老化工程塑料，筑模成型满足太阳能辐射角度的契形底座，同样通过卷材软连接和特殊防水钉接，将太阳能电池组支架与屋面柔性固定(见图3)。超轻结构或硬塑结构太阳能电池组支架与卷材屋面柔性连接的特点和优点是:a．太阳能支架体连同太阳能光伏发电组本身合计重量荷载非常轻，自身重力负荷不到10kg/m2，所以建筑屋面荷载考虑较轻，已建钢结构屋面节能改造，稍有荷载余量，就可以实施。整个厂房不因为屋顶有了太阳能设施，整体用钢量和屋面荷载就增加很多。b．太阳能支架体与屋面同为柔性结构，支架本身也是柔性结构，有效吸收风压变形，抗风性能更强，且体现在支架用材量上更节省、更环保、更绿色、更低碳。不需要使用大量的镀锌钢，浪费炼钢能源。c．采用铝合金、工程塑料等材料制造支架，支架更抗沿海盐化腐蚀，维护成本更低，且替换修理方便。d．太阳能电池组支架与卷材屋面柔性连接，不穿透卷材屋面，屋面漏水风险更小，整体屋面维护成本低，适合沿海地区多雨多台风的气象特性。e．超轻结构或硬塑结构太阳能电池组支架，易于进行工厂化、产业化大规模生产，然后再安装于屋面，安装省时，成本非常低。3)单晶硅太阳能光伏电池组与卷材一体化铺装(见图4)。

太阳能单晶硅电池组片，其本身是柔性面板结构，可以自粘在柔性屋面卷材上，屋面负载更轻(只有不到5kg/m2)，与建筑一体化程度更强。但其缺点也更明显:a．单晶硅电池组片发电效率比较低，只有11%～13%(多晶硅电池组片发电效率16%～19%)，经济效益较差。b．由于卷材屋面要争取更小的屋面升起，节省建筑高度，平贴于卷材屋面的单晶硅电池组片得不到最佳太阳能辐射角度(如上海地区25°)，发电效率更低，所以推广起来有一定局限性。综上所述，超轻钢结构或硬塑结构太阳能电池组支架是未来钢结构大中型工业建筑与太阳能一体化发展的方向，它给建筑带来的益处较多、成本和用材量增加较少，安装简便且工厂预制化、产业化，低碳环保。

2工程的环保风险评估

光伏电站的发电机理是硅半导体材料的光电效应，工程所用材料主要为工程塑料、铝合金型材、结构钢、钢化玻璃、聚四氟乙烯、电缆和电气控制设备、橡塑材料等，在工程的建造过程和日常的运行中，对施工操作人员和周围环境都不会产生任何不利的影响。

3社会经济效益分析

寻找新的替代能源已是刻不容缓的战略任务，而光伏电能是最有前途的发展方向，尽管目前的投入产出比尚无法与传统发电厂以及新能源中的风电竞争，但随着规模的不断扩大和制造技术的日趋完善，硅提纯工艺日趋低廉，其造价成本必定会逐步降低。另一方面，伴随着传统能源的迅速枯竭，价格会不断攀升;京都议定书的签订，应用矿物燃料所花费的环保开支也将成倍增加。与其他非矿物能源(如水电、核电)相比，光伏电站还具有布置规模灵活、施工维护简单、便于大规模标准化生产、没有核废料处理问题。正缘于此，国外主要发达国家的光伏并网电站，特别是结合建筑屋面一体化的光伏发电产业，近年来发展极为迅速，并已取得了可观的经济效益。

中大型钢结构工业建筑屋面设置与建筑一体化的光伏发电设施，是针对我国长期以来用能紧张、地域狭窄的实际，采用成熟控制技术与优质光伏组件、配套产品相结合;建筑设计与太阳能综合利用规划相结合;建筑施工与电站建设相结合的思路，将为我国在城市化、工业化的过程中，土地集约化地发展光伏并网电站与建筑一体化提供切实可行的成功道路。

作者：杨俊单位：上海市机电设计研究院有限公司