绿色建筑光伏系统设计分析与探讨

绿色建筑光伏系统设计分析与探讨

马武兴

珠海兴业新能源科技有限公司，广东 珠海 519000

摘要:本文以某国标三星级绿色建筑为例，介绍了该国标三星级绿色建筑新能源产业园研发楼4个主要光伏系统特点、安装方式以及光伏走线及藏线。特别对光伏系统构造设计及结构安装进行了详细剖析,提出了绿色建筑中光伏系统构造设计需要考虑和注意的事项。

关键词:绿色建筑；光伏系统设计；分析探讨；新能源

一、引言

随着新能源光伏系统的不断推广，建筑光伏一体化系统以其节能减排产生的显著效益受到世界各国的重视。《绿色建筑评价标准》在我国全面实施以来，绿色建筑产业继续保持着健康而强劲的增长势头。如何将可再生能源合理有效地应用到绿色建筑上越来越受到关注。

二、项目简介

该国标三级绿色建筑新能源产业园研发楼，是一座具有办公、会议、实验室、展示厅、咖啡厅等多种功能的综合性办公楼。本项目是由中美清洁能源项目支持建设的5座示范项目之一，获评三星级绿色建筑。绿色建筑评分标准中，由可再生能源提供的电量比例＞4.0% 可得此项最高分10分，国际绿色建筑认证（ LEED ）可再生能源利用达能耗10%可获此项最高分3分。另外，通过合理设计光伏在建筑上应用还可以降低建筑空调能耗，提高人体舒适度，在绿色建筑评分中，也可达到加分的作用。项目本着“自发自用余电上网”的原则设计光伏发电系统，光伏系统每年提供15万kWh 的绿色电力，可实现整栋楼10% ~ 14%的能源自给。光伏系统主要分为4个部分：

第一，屋顶空中花园光伏遮阳系统，装机功率75.46 kWp ；第二，屋顶光伏百叶女儿墙，装机功率8.064 kWp ；第三，南立面光伏幕墙，装机功率127.108 kWp ；第四，主入口光伏雨棚，装机功率17.472 kWp 。

三、光伏系统设计条件及目标

大楼位于高新科技园，建筑高度为75.55 m，目前为园区最高建筑，周边无遮档；光伏结构体型系统按实际分析结果取值，其他计算参数根据《建筑结构荷载规范》《建筑幕墙》等相关设计规范取值；光伏组件结构创新，达到 LEED 铂金级可再生能源利用能耗＞10% 和国家绿色建筑可再生能源供电量＞4.0% 的目标。光伏设

计与主体建筑设计同时考虑，实现光伏建筑一体化，降低建筑能耗，提高人体舒适度，总体目标为建设夏热冬暖地区超低能耗太阳能绿色建筑。

四、 各部系统结构详述

4.1 屋顶空中花园光伏遮阳系统屋顶空中花园光伏遮阳系统位于该建筑最高点，安装后可将大部分阳光吸收反射，相当于给大楼添加了一顶帽子，大大降低了建筑顶层的环境温度。考虑到该建筑位于空旷区，且为该地区最高建筑，四周无遮挡，为减少安全隐患，本项目屋顶结构风荷载体形系数取－1.72。屋顶空中花园光伏遮阳位于大楼顶层，全层由钢结构组成，钢结构为光伏遮阳系统支撑主体，钢结构以白色为主调，体现整洁明快的设计初衷。

4.1.1 组件规划布置

大楼为两片新叶状，屋顶光伏遮阳系统组件以叶子经脉为参考布置，屋顶光伏遮阳系统为主要参观平台及发电组成部分，在满足发电量的前提下必须考虑到建筑的整体效果、排水防积灰及组件自洁能力。光伏遮阳系统需考虑屋顶花园中植物需要充足的阳光和雨水，因此该系统为开敞式设计，以弧形支撑件支撑。

4.1.2 光伏组件设计

光伏组件由以下几部分构成:单晶硅带铝边框光伏组件、钢化玻璃、超白钢化玻璃、单晶硅电池片、、透明背板。光伏组件玻璃与透明TPE背板组合的结构形式可防止组件破裂时直接下落伤人，并提供足够的更换时间。边框设计考虑光伏出线盒、光伏线缆隐藏、排水等功能，并通过结构计算确定。

4.1.3 光伏组件安装

屋顶光伏遮阳系统组件通过螺栓固定于弧形支撑件上，光伏边框上设有安装长圆孔，用于东西向安装调节，南北向安装误差通过弧形支撑件端板上的长圆孔调节。

4.1.4 光伏组件串线及藏线

为便于线缆隐藏，设计在边框长边靠近出线盒侧开设工艺孔，光伏组件串并联时，线缆穿过组件两侧边框上的工艺孔与相邻的组件进行串并联，工艺孔处设橡胶保护套管以保护线缆施工时不被划伤磨损。 组件采用小型出线盒，并采用扣盖线槽一体化的设计，将出线盒及线缆、工艺孔全部隐藏于边框与扣盖结合后形成的空腔内，同时满足线槽利用率＜60% 的要求。扣盖采用无钉设计，只需将扣盖卡至边框的咬合齿上即可。此设计安装方便快捷且美观。

4.2 屋顶光伏百叶女儿墙

因大楼主体为叶子形，百叶安装面为弧形，考虑工期、生产周期及成本等因素未采用弧形组件，而是通过安装节点调节消化弧度将双玻夹胶平板组件拼成弧形效果。

4.2.1 光伏百叶安装节点

百叶系统高度方向呈下宽上窄向内递减状态，光伏百叶双玻组件共分8行安装，组件为相同功率两种尺寸，分别为下4排同一尺寸，上4排为同一尺寸。百叶下部两端均设置有限位块，防止百叶长期受风移位。

4.2.2 光伏组件串线及藏线

光伏百叶同样采用小型出线盒，出线盒分别固定于组件的左右两侧，出线方向相反，一侧为正一侧为负。光伏组件线缆长度根据模拟实际安装需求及线缆转弯半径将其定长为350 mm，线缆定长既可减少线缆成本又便于施工现场固定及整理，项目百叶光伏线缆借助组件与立柱中间的空隙进行固定隐藏。组件布置时采用行行交错式安装，即奇数行正极朝下，偶数行负极朝下，同行相邻的两块组件正负极就近串联并将线缆隐藏于立柱与组件面板间的缝隙中，并联时正负极在同一条立柱上连接，避免绕行增加线缆长度。

4.3 立面光伏幕墙

南立面光伏幕墙位于立面层间幕墙系

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区域治理Regional Governance

统处。该系统借鉴岭南建筑的设计特点，因地制宜，将光伏发电、深挑檐遮阳、自然通风三者合一。研发楼主体为叶片形状，建筑仅有两个立面，南立面及北立面，此设计使建筑受光面大大提升，为光伏系统提供更大的安装面积。

在光伏组件与建筑主体的结合处设计了一个通风控制模块，在夏季时，控制模块关闭，形成外通道，上下穿孔铝板形成的烟囱效应将光伏组件产生的热量排至室外，提高组件发电效率的同时防止热量传入到室内；在冬季时，控制模块开启，形成内通道，光伏组件加热的空气被引向室内，在发电的同时，为室内提供采暖和一定的新风量；春秋过渡季节以及夜晚，根据需要自助调节，让建筑自然通风、自由呼吸。光伏组件在不受光的情况下不产生电能，为使建筑整体立面效果统一，大楼不受光或弱光位置及边角分格不规则处采用仿晶硅彩釉玻璃，彩釉玻璃图案依照光伏组件电池片排布间距设计生产。

4.3.1 组件安装

立面光伏幕墙结构为干挂小单元式，光伏组件边框配合小单元龙骨设计为挂勾

型状。光伏组件安装于立面深挑檐遮阳层间结构上倾斜面，小单元式幕墙安装系统有安装方便简单节省工期的优势，组件在加工厂组装完成后运到现场直接吊装或人工挂入龙骨勾槽内，并在相邻的两块组件角部分格缝处安装限位块防止组件受风影响产生位移脱落。

4.3.2 组件串线及藏线

此项目建筑为弧形，南立面严格意义上共分为东南、正南、西南 3 个面。为了避免光伏组件因受光时间差异过大从而导致电气设备不匹配运行及浪费和损耗，光伏组件相邻组件串联线缆固定在横向龙骨上，上下楼层的光伏组件线缆需通过层间墙上部、下部保温板接缝处埋设的线管进出室内外进行连接，线缆进入室内后，沿着主体结构柱内侧走线，避免了线缆外露影响室内效果。

4.4 主入口雨篷

主入口光伏雨棚位于大楼主入口，通过双层结构设计，兼具发电、挡雨、遮阳、降温的功能。主入口雨篷组件与立面光伏组件构造相同，光伏组件通过固定于组件边框上的铝角码与雨篷龙骨固定。光伏组

规划设计

件线缆通过固定于雨篷结构上的小线槽进行走线，最后汇总进入室内。

五、结语

绿色建筑中光伏系统的设计首先要满足建筑的结构和电气安全问题，其次就布板而言，要满足绿色建筑中对于太阳能利用条款中量的要求，美观和协调亦是光伏建筑一体化的重要诉求。就构造及结构而言，光伏建筑一体化需多加考虑组件的接线、藏线及空气流通散热，在对光伏幕墙进行分格、排布时需要跨专业考虑组件电气参数匹配和电气设备低损耗合理配置，将可能出现的安装风险控制在设计初期。随着可用地慢慢缩减，地面光伏电站的发展受到一定的限制，相信在未来绿色建筑和光伏建筑一体化将会成为光伏发展的主流，期待不久的将来，真正的光伏建筑可以像传统幕墙一般遍地开花。

参考文献

[1]卢美君.绿色建筑设计分析与探讨[J].城市建设理论研究（电子版）,2013,(4).

[2]施玉川.太阳能光伏发电动力系统的设计研究[J].西安交通大学学报,1997,(12):73-78.

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电商带动、物流支撑、校企合作”模式构建快运综合服务平台。主要针对工业品下乡和乡村农产品外销，开发仓储（含农产品冷链仓储）代存代发、落地配、湘粤赣隔日达、流通加工、包装等增值服务，打造“双向直达物流”基地。通过建设快运信息平台，实现农产品实时跟踪和主动播送，解决农村电商追踪产品物流信息的问题。

的瓶颈，城市配送的最后一公里问题，农村配送的最后三十公里问题突出。快运作为零担专线发展而来的新兴物流业态，可以依托县级和乡镇原有的零担专线构建覆盖郴州市全乡镇的网络体系，实现市本级向县乡两级的即日达服务。具体建设中，可以依托产业园快速推进全市乡村全覆盖的城乡配网点体系，将物流网点推进到每个乡镇和节点村，实现外来货物即日送达全市各乡村。同时，可实现郴州市区域内部物流的迅速送达，如郴州至桂东、宜章至资兴等区域内部物流。

3.3构建农产品增值服务体系：解决农产品转型升级问题

快运产业园将重点服务乡村农产品销售，尤其是农产品电商物流，实现农产品即日中转：一是解决零担便宜但是不上门服务，快递费用比较贵且不能每日进村等现象，将当前乡村物流需要2天进市区中转缩短到当天即达市区中转的物流；二是提供增值服务，包括仓储代存代发、包装、流通加工和物流信息主动实时播送等增值服务，尤其是实现农产品物流信息不能主动播送的盲点，为乡村农产品经营者主动提供物流信息跟踪

服务。这将全面改观当前的农产品上行物流现状，有力促进郴州市农业发展和“后扶贫时代”农村长效扶贫。

参考文献

[1]刘刚.生鲜农产品电子商务的物流服务创新研究[J].商业经济与管理,2017,(3):12-19.

[2]杨琼,陈娟.旅游扶贫视角下通道县农产品电商物流发展探析[J].经济发展研究,2017,(7):202-204.

[3]ZEITHAML VA} PARASURAMAN A} MALHOTRA A. Service quality delivery through web sites:a c;ritic;al rreview of extant knowledge[J] . Journal of the Academy of Marketing Soience,2002,30(4):362-375.

[4]程艾兵.农村电商背景下农产品物流体系构建[J].南方论刊,2017,(8):65-67.

[5]薄琳.生鲜农产品配送中的物流联盟构建研究[D].西南交通大学,2017(6):24-30.

三、构建快运综合服务平台的具体措施

3.1建立快运集约发展平台：解决园区基础设施设备问题

以郴州为例，通过产业园的建设为郴州快运公司提供一个机械化、信息化的作业平台，可以实现流水分拣作业、直达直送作业和全程信息跟踪。并提供餐饮、住宿和办公、车辆维修与充电等全套辅助服务。将我市快运的技术水平整体提升一个台阶，从传统人工操作为主迈向机械化、信息化操作为主。

3.2开展城乡配即日达：解决工业品下乡问题

当前末端配送一直是制约物流终端服务

基金项目：

本论文为郴州职业技术学院院级课题《“互联网+”形势下物流产业结构调整与转型升级研究》阶段成果，课题编号：Czzyktyb2017-08

作者简介：

周正义，男，湖南新邵人，讲师、物流师，主要从事职业教育和物流配送研究。

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