昆山文化艺术中心采光顶光伏建筑一体化设计与施工研究

09 12月 2013

2013-12-09 10:05

随着石化能源的逐渐枯竭，各国政府日益重视可再生能源的利用。进入21世纪后，我国的光伏产业进入了快速发展时期，2007年我国成为世界第一大太阳能电池生产国，与此同时，与建筑结合的太阳能光伏建筑应用系统开始起步并得到迅速发展。昆山文化艺术中心太阳能光伏系统利用太阳能电池半导体材料的光伏效应，将太阳能辐射能直接转换为电能，与公共电网连接并网运行，具有较高的发电效率和较好的环保性能。

一、工程概况

昆山文化艺术中心项目由著名建筑设计大师崔恺主持设计，在外形上取自于昆曲中那灵动飘逸的水袖，以江南水乡为意象表达，使建筑形态和周边环境达到了完美的融合。该项目占地面积约12万平方米，总建筑面积约8万平方米，总投资约11.5亿元，集大剧院、影视中心、文化活动中心和展览中心为一体(见图1)。

本工程光伏一体化安装区域有两处(见图2),其中一处位于大剧院屋顶,安装848块180W单晶硅电池组件，由180W单晶硅太阳能电池板、C80x40x15x2.0、L70*45*4檩托等构件安装在条形混凝土基础屋面上；另一处位于大剧院飘带采光顶,安装245块BIPV组件。

二、光伏采光顶设计施工方案难点

1)因该光伏建筑一体化采光顶建筑施工区域比较复杂(见图3),光伏发电屋面面积大，同时既有平屋面，也有坡屋面，且光伏一圈均为弧形板块，连接处既应过渡自然，也要允许有伸缩变形;

2)采光顶透光率设计要求比较高，主体钢构跨度大，自大圆筒根部挑出约61m，主体结构变形大，玻璃安装后挠度过大将会造成光伏作用低下，影响板块透光率采光率；

3)采光顶玻璃白天表面温度较高，夜晚温度下降，电池板线缆、电池板线盒的热胀冷缩导致硅酮密封胶的拉伸收缩变形，造成防水隐患。

三、光伏采光顶设计施工方案分析及选择

根据前期分析光伏采光顶设计施工的难点，我们认为主要解决光伏板块的加工工艺、挠度变形、结构防水成为设计与施工的关键。以保证采光顶光伏建筑一体化满足业主发电总装机容量等功能需求，观感质量达优。

我们采取多种组合方法如下：

1)采用74%透光率的电池组件排列；2、仿光伏(异形彩釉玻璃)； 3、一道硅酮密封胶；

2)采用74%透光率的电池组件排列；2、异形光伏玻璃； 3、一道硅酮密封胶

3)采用62%透光率的电池组件排列；2、仿光伏(异形彩釉玻璃)；3、两道硅酮密封胶；

4)采用62%透光率的电池组件排列；2、异形光伏玻璃；3、两道硅酮密封胶

我技术人员对以上4中方法进行了详细对比分析、比较。

分析一：根据该项目采光顶的展开面积及建筑位置，建筑师及业主均认为采用62%透光率的电池组件排列比采用74%透光率的电池组件排列更均称，比较见下图4。

分析二：按照设计师要求采光顶光伏玻璃采用10mm超白钢化玻璃+0.76PVB+单晶硅片+0.76PVB+10mm钢化玻璃(图5中阴影部位为异形玻璃)。经光伏玻璃厂家与我司设计师沟通，因文化中心幕墙工期紧张，异形板块加工周期较长，残缺的BIVP组件制作工艺不能够满足建筑师外观效果，且影响到本项目的总机容量控制。

考虑改用10mm超白彩釉钢化+1.52PVB+10mm超白钢化仿光伏玻璃。仿光伏(异形彩釉玻璃)是一种耐磨，耐酸碱的装饰性玻璃产品。具有很高的功能性和装饰性。它有许多不同的颜色和花纹(条状、网状和电状图案等)。不做光伏发光要求。对于影响的总装机容量，通过改变单片BIPV组件型号及功率来解决。虽然距离样板1m处比较发现仿光伏(异形彩釉玻璃)与光伏玻璃两者组件外光效果有较大区别。但根据项目实际情况：该项目光伏采光顶系统中的异形板块位置比较特殊，距离休息平台有12m高，且下口有铝板包边飘带影响休息平台人员视角。与建筑师、业主沟通后，并经现场查看比较样板，一致认为满足整体外装饰效果。