太陽能光伏組件與金屬屋面系統連接設計及工程應用

種文軍

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

伴隨新能源在近些年的不斷發展，光伏建筑的一體化建設水平也在不斷提高，這使得太陽能光伏建筑的一體化建設，也成為未來一段時間內，光伏應用的一個重要的領域。就光伏發電與建筑物的集成化建設來講，其指的主要是將他樣能電池的組件安裝到建筑物屋頂上，借助引出端的作用，通過逆變器和控制器同公共電網連接起來，以便可以借助光伏方針和電網的并聯為用戶提供電能，從而組成一個用戶并網的光伏系統。因此，要想首先光伏發電與建筑物集成化的發展目標，對金屬屋面和光伏發電的連接設計展開研究勢在必行。

1 金屬屋面系統和太陽能光伏組件的連接設計

1.1 連接節點設計

對太陽能光伏組件來講，對連接節點進行設計可以使在金屬屋面板系統中進行太陽能光伏組件安裝的目標順利實現，從而在保證屋面系統建筑防水、抗風、建筑造型等使用功能順利完成的基礎上，保證光伏組件的效能可以被實現。對太陽能光伏組件來講，大多都是借助鋁合金壓塊，利用不銹鋼材料的螺栓被固定到方形的鋁合金材質導槽檁條之上，而鋁合金的導槽檁條則按照間距被固定在“C”型的鋁合金檁條上；之后，再使用不銹鋼的螺栓，將“C”型的鋁合金檁條固定在鋁合金的鎖夾之上；最后，將鋁合金的鎖夾在金屬屋面系統中的固定座上夾緊，不可以將鋁合金鎖夾固定在屋面板不含有固定座的位置[1]。在連接太陽能光伏組件和金屬屋頂系統的過程中，只有完全明確上述各個連接節點的傳力，才不會對鋁鎂錳合金材料制作成的金屬屋面板產生額外荷載作用。

1.2 光伏組件的鋁合金型號與材料

對金屬屋面系統來講，為了進一步降低其在連接太陽能光伏組件時對于自身承重能力的要求，在選擇和使用用來固定光伏組件支架時均可以選擇使用輕型的鋁合金型號或者是材料。具體來講，構成支架的鋁合金型號與材料需要滿足以下各項要求：①具有較強的成型能力，使用擠壓鋁合金型材成型處理的過程中，可以獲得各種復雜性的截面，或者是加工精度較高的支架[2]。②受力性能良好，對于牌號為6061-T6的鋁合金擠壓型材料來講，其本身的強度較高，抗拉強度最高能夠達到200N/mm2，抗剪力的強度可以達到115N/mm2，彈性模量能夠達到2700N/mm2，線膨脹系數可以達到23×10-6/℃，密度能夠達到2700kg/m3[3]。③自身重量較輕，不會對金屬屋面系統產生較大的荷載影響，安裝更加的方便。

1.3 鋁合金材質鎖夾的設計

為保障金屬屋面系統整體的使用性能，在同太陽能光伏組件進行連接時，需要保證選擇的各類構建都不能夠穿透屋面板結構。同其他連接件相比，在對連接安裝設計時，選擇使用鋁合金鎖夾，不僅可以保證整個屋面系統的完整性，不會對屋面系統防滲漏的性能帶來任何一種形式的影響，還可以確保太陽能光伏組件在安裝和使用過程中的安全性和便捷性，確保整個建筑物的造型和美觀度不會因此受到不利影響[4]。在適用鋁合金材質的鎖夾時，安裝人員可以將鎖夾扣到屋面板高肋上，不需要穿透屋面系統任何一個位置，就可以同高肋下方高強度的鋁合金材質支座保持相對應的狀態，同時借助高強度鋁合金材質支座的作用，將力傳遞到檁條結構上，使太陽能光伏組件上部能夠被安全、穩定的支撐在金屬屋面系統上[5]。

為了進一步適應金屬屋面板對于溫度變形提出的要求，可以采用特殊材質的鋁合金鎖夾，借助鎖夾本身帶限位結構的設計方式，使用M8號的不銹鋼螺栓進行連接，配合雙螺母和帶彈簧墊圈的設計方案，就是一個具有較高可行性的連接設計模板。

2 在工程項目中的實際應用

本文主要以廣西體育中心二期的游泳館、新建設完成的杭州東站和濱州市的奧林匹克公園開辦第十一屆全運會的體育館，這三個建筑項目作為金屬屋面系統和太陽能光伏組件連接設計的工程實例。其中，廣西體育中心二期的游泳館對于太陽能光伏組件的應用，主要是用該組件構建了太陽能光伏發電項目，屬于該光伏組件借助高強度鋁合金鎖夾，將太陽能電池組件與屋面板系統進行連接設計的一個成功案例。對于新建設完成的杭州東站，其金屬屋面采用的是加強型的鋁鎂錳合金制作的直立型鎖邊系統，整個屋面的面積在15萬平方米左右，采用了國內單體面積最大的一個太陽能光伏組件的一體化系統。該站使用的太陽能光伏發電屬于BIPV示范項目的范疇，起標準的直流輸出功率已經達到了10MWp。濱州市的奧林匹克公園在迎接第十一屆全運會時建設的體育館，其屋面系統使用了HV470號的壓型鋼板。同時為了滿足同太陽能光伏組件連接設計時的強度要求，還配合使用了不銹鋼的鎖夾，作為連接金屬屋面系統和太陽能光伏組件的配件。此外，相關人員針對不銹鋼鎖夾的承載力展開了試驗研究，且試驗結果滿足相關要求。

3 結論

總而言之，在光伏組件與建筑物朝著集成化的方向逐步發展的今天，了解太陽能光伏組件同金屬屋面系統的連接設計方法，明確其設計過程中比較適合的材料和設計方案，選擇了比較適合的鋁合金材質，并介紹了相應的連接設計方案，以及其在實際工程中的應用情況，以期可以為后續相關工程的連接設計奠定良好的基礎。