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长篇 诚能钢构:细谈钢结构与光伏发电结合不再是高科技。

发布日期:2021-08-23 点击:1358


光伏建筑的发展前景

光伏建筑作为主要利用光伏阵列与建筑屋顶、墙体等结合,来进行太阳能发电的建筑,在舒适、节能和节地方面具有突出优势,是全面铺开绿色建筑的最佳途径。根据住建部、建筑前沿、申万证券等多家机构的数据,全国现有工商业(含公共建筑)屋顶可安装光伏总面积约60亿平米,立面约16亿平米,合计近80亿平米,如果全部建设成光伏建筑,共计可安装1100GW,相当于一个5.5万亿元的潜力市场。

2021年,国家提出碳中和与碳达峰的发展方向。在政策的催化下,绿色建筑作为节能减排的重要方式,其重要性进一步提升。从目前的建筑方式来看,装配式建筑、钢结构建筑以及光伏建筑等细分领域都是绿色建筑中的主要受益方向。在我国“十四五”规划中,强调碳中和及绿色生态的建立,倡导更合理的能源配置,未来将进一步推动绿色能源及节能减排的发展。另外,我国提出了“2030年碳达峰”和“2060年碳中和”的目标,光伏建筑可以有效利用太阳能代替其他高碳排放能源,在未来将会有长足的发展空间!

进入21世纪以来,国家强调大力发展节能省地型住宅和建筑,以缓解我国能源与经济社会发展的矛盾,必须立足国内,提高能源利用效率,建筑节能举足轻重,刻不容缓。因此国家在大力引导发展装配式绿色建筑之外也齐头并进的发展其它绿色产业,如:太阳能光伏发电产业,太阳能发电是众所周知的可再生绿色能源,同时也是国家重点扶持的产业,但对于大多数钢结构企业来说,其与钢结构建筑相结合而产生的更环保更节能的绿色光伏建筑模式,才是真正的未来科技发展趋势,也是提升自身行业竞争力的“硬核”因素!下面就跟宏宇钢构一起来看看什么是光伏建筑?光伏建筑的前景怎么样?以及太阳能光伏发电是怎样与钢结构建筑相结合制作施工的吧!

▲ 数据来源:住建部、建筑前沿、申万证券等

而且随着光伏建筑的日益进步发展,将会使光伏建筑投资成本持续下降、行业标准陆续完善、认证资质不断完备,市场增长有望加速。而工商业屋顶凭借大面积、标准化、以及自发自用的高电价优势,会使项目投资回收期已缩至5-8年,对应IRR达12%以上,有望引领国内光伏建筑市场加速增长,真正地打开这片万亿的蓝海市场,开辟光伏产业新时代。现在,或许就迎来了光伏建筑腾飞的最佳时机。

由于光伏建筑与钢构建筑较为契合,光伏建筑全面铺开更利好钢构领域。光伏建筑与钢结构均为绿色建筑的实现途径,钢构在节能减排领域具备显著优势,非常契合“碳中和”政策的目标方向。因此早一步布局光伏建筑相关业务的企业将凭借市场先发优势及专业优势会率先受益!


光伏建筑的分类

光伏建筑即可利用太阳能发电的的建筑,其中光伏电站是其重要组成部分,光伏电站是光伏产业链终端应用市场,根据电站的装机规模、和用户的距离、接入电网的电压等级等不同可以分为集中式电站和分布式电站。目前,实现绿色光伏建筑的技术路线主要分为BIPV(Building Integrated Photovoltaic)与BAPV(Building Attached Photovoltaic)两类!

BIPV即光伏建筑一体化,是一种太阳能发电的新概念,将光伏产品集成到建筑上,主要着眼于新建筑和新材料与光伏行业的融合,是将光伏发电系统与新建筑物同时设计、同时施工和同时安装并与建筑相结合,做到光伏板与建筑屋面墙面有机结合。既是发电装置也是建筑外部结构的一部分,可以有效降低成本,又兼顾美观,BIPV市场处于起步阶段,我国每年新增及翻新建筑面积可达40亿平方米,BIPV作为光伏行业未来发展的细分赛道,市场潜力巨大。

BAPV即将电站安装在已经投入使用的建筑屋顶、墙外等设备附着在建筑上,对建筑原有结构不产生影响。目前,BAPV为主流的光伏建筑类型。


从上图两者类型对比可以看出,在房屋建设之初即采用BIPV类型,那么性价比是最好的,不仅节省成本也可以节能绿色环保。如果是在已有的建筑上加装太阳能光伏组件的话,就是BAPV类型好一点,即在对原有房屋评估之后并适当加固屋面承载力即可安装光伏组件了,如果是BIPV类型即有可能会拆换屋面嵌合房屋的结构,如此成本会高很多,因此,从发展的趋势来看,BIPV在未来会有很多的发展空间,但在目前市场上主流的光伏建筑类型还是以BAPV为主。

当前我国光电建筑应用面积占既有建筑的比例仅约1%,且多以工商业屋顶应用为主。随着光伏组件逐步降价,使得普通厂房改造为太阳能光伏发电能源而变得更加经济,而当前市面上大量工业厂房屋顶都采用钢结构而非混凝土结构。很多钢结构厂房厂棚屋顶是使用主流的彩钢瓦,而彩钢瓦的使用寿命和荷载能力不足以支撑长期承重,这就使得在此类屋顶安装分布式光伏时相对混凝土屋顶需要做安全评测和加固屋面承载力。以达到制作BAPV或BIPV的光伏建筑要求!

现代钢结构厂家与光伏发电设备相结合的施工方法及流程

那么市面上普通彩钢瓦钢结构厂房安装光伏发电设备怎么施工呢?又是怎么加固的呢?下面宏宇钢构精心总结并分享钢结构厂房安装光伏设备的技术与经验,前方满满技术,行业精品技术文,注意收藏了!


一、钢结构屋面钢板加固安装

(一)钢结构屋面钢板安装施工工序流程:

钢板进场 →搭设施工平台→ 天沟安装 → 屋面板成型→屋面板倒运→ 屋面板安装→ 屋脊帽盖安装 →山墙泛水安装 →零星修补 →工程检测验收

(二)钢结构屋面钢板安装施工方法:

1.屋面上层板施工方法

按照屋面板的尺寸把屋面板支架压在原有屋面上层板上部,并用自攻螺钉固定于檩条上。在安装屋面板时应注意板的横向平整度,在铺设第一块板先用钢卷尺量出钢梁到女儿墙边的一个平行尺寸,并进行定位,在铺设3-5片屋面板时应测量出屋脊和檐口的宽度是否一致,以保证屋面的平行,并确保最大斜度不超过规范要求的20mm。

2.山墙泛水板、屋脊盖板及变形缝盖板施工方法

在屋面板安装完成后,先对屋脊和檐口做滴水檐泛水边的防水处理,再进行屋脊帽盖的安装。在安装屋脊帽盖时,搭接部分长度不小于100mm,并用铆钉进行连接。接着安装变形缝盖板,变形缝盖板两个折边分别与变形缝两边的固定支架用铆钉进行连接固定,在屋脊盖板和变形缝盖板完成后,对所有外露铆钉满打密封胶。在安装山墙泛水板施工过程中,首先在山墙距离边波峰高度250mm的高度沿屋面坡度开出10mm× 15mm的泛水槽,其次将泛水板折边与槽连接处采用M6膨胀螺栓连接固定, 对外露膨胀螺栓部分用密封胶进行密封处理;与屋面板连接处用自攻螺钉固定于屋面板支架上,并使用通长滞水胶带对泛水板与屋面板接缝处进行防水处理。

3.屋面增加彩钢板安装节点方案图

附图一

二、钢结构厂房(彩钢瓦)太阳能光伏项目安装施工流程

(一)厂房基础知识点及配件介绍

1.常见的彩钢板屋面的主要形式有:直立锁边型、角驰型、卡口型、明钉型等。

2.彩钢瓦屋顶支架配件。

3.采钢瓦屋顶支架安装方案节点。

4.彩钢瓦屋顶支架夹具,不同彩钢瓦结构对应不同的支架夹具,夹具与彩钢瓦匹配越佳支架安装的可靠性越高。

(二)彩钢瓦屋面改造基本认识。

彩钢屋面光伏发电项目属于对已有建筑物彩钢屋面的改造项目,因而建筑物的屋面形式、建筑物的结构形式、光伏阵列的布置形式及光伏组件本身的形式,以上条件的多样性决定了屋面光伏支架的形式多种多样。屋面的形式及建筑物的结构形式对光伏支架的工程造价影响较大。一般来说,屋面的防水等级越高,屋面防水层不外露,屋面的活荷载越大及建筑物整体结构较好、承载能力较强的屋面,光伏支架的工程造价越低,反之,工程造价越高。

根据原有建筑物的结构形式,屋面形式及承载力情况,考虑到各个车间实际的用电负荷及安装容量等因素,项目主要的布置方式为:沿屋面坡度平铺布置、组件作为屋面的布置形式、北坡起一定的角度,使北坡布置与南坡角度一致。

(三)不同承重的彩钢瓦屋面安装方式:

钢架或屋架、檩条和屋面板作为彩钢屋面重要的组成部分。彩钢板的安装方式与钢架或屋架、檩条和屋面板的承重直接有重要关系。各种连接件、紧固件的数量和尺寸可通过静力计算分析和设计构造求得。

1.钢架或屋架、檩条均能满足设计要求且屋面板钢度较大时,这种方式是比较合理的安装条件,光伏支架采用连接件与屋面板连接,并尽可能靠近檩条位置固定。


2.钢架或屋架、檩条均能满足设计要求,但屋面板钢度较小,变形较大时,这种类型的彩钢屋顶主要表现为车棚、公交候车厅、养殖场等一些要求程度不太高的场所。光伏支架可采用连接件直接与檩条处的屋面板直接连接方式,也可以采用连接件与檩条通过穿透屋面板的方式进行连接。


3.仅钢架或屋架能满足设计要求,檩条及屋面板承载能力较小时,此种布置方式,采用连接件与钢架或屋架连接,具体连接安装方式同支架与檩条穿透屋面板连接方式。

4.还有一种连接方式为将固定支架的位置屋面板割开,通过型钢柱连接到屋面钢梁上。


以上为主要彩钢屋面的光伏支架布置方式总结,对于穿透屋面的连接件,必须带有防水垫片或采用密封结构胶处理,保证防水能力。若钢架或屋架、檩条、屋面板均不能满足设计要求:原屋面上不能建设光伏电站项目。支架设计前,必须对原有屋面的钢架或屋架、檩条、屋面板等受力构件进行准确核算。

(四)彩钢瓦屋顶光伏项目前期方案设计需要注意的事项:

1、明确光伏组件的形式及铺设方式,清楚原有建筑物的屋面形式。

2、清楚原有建筑物的结构形式并对主要结构受力构件进行核算。

3、根据原有建筑物的屋面形式、结构形式、光伏阵列的布置形式、光伏组件本身的形式、结构核算结果及可能的施工措施等多项条件,给出各种可行的支架布置方案,确定最优的布置方式。

4、屋面光伏电站项目有其施工上的特殊性,综合考虑现场施工条件,选择合适的施工工艺,并给出施工中的注意事项、施工保护及安全施工措施等。


(五)彩钢瓦屋面的加固方式:

钢结构厂房屋面的加固方式主要有加大构件截面法和增加支点加固法。钢梁钢檩条屋面结构的钢梁加固,主要为在钢梁下增设T型钢或C型钢,用以增加钢梁截面,提高承载力。钢檩条加固方式一般在檩条两端加设支撑点,减少檩条跨度以增加檩条的承载力。


网架钢檩条屋面结构如果承载力不满足要求,建议放弃安装,因网架屋面本身的恒荷载较小,平铺附加荷载尽管只有0.15KN/㎡,但增加的幅度较大,往往不能满足要求。因网架结构加固工程量较大,加固难度增加,费用较高,故如果承载力不满足要求,建议放弃安装。

(六)加固施工:

对于彩钢板屋面的加固,比较适用的方法:增加型钢。因为在实施中存在焊接工序,一般要求在施工时地面不应该存在生产或堆放易燃物。加固过程需要厂房短时间停产。


(七)彩钢瓦屋顶防水做法:

彩钢屋顶防水的问题主要分为以下几点:

1、原屋面彩钢板锈蚀严重,已经出现漏点或局部区域严重锈蚀。

措施:对局部漏点采用优质中性耐候密封胶涂抹封堵;对于局部彩钢板锈蚀严重的彩钢板,在安装光伏组件前需要更换彩钢板。

2 、电缆套管或屋面给水管道穿屋面板。

措施:管道穿彩钢板屋面在现有国标、行标的图集上均有做法。具体做法可参考国标图集《01J925-1 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》、《06J925-2 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造二》、《08J925-3 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造三》。可根据实际工程的具体情况选用。

3、对于彩钢板肋板截面为梯形截面的情况,光伏支架通过自攻螺栓与彩钢板连接。


措施:常用的连接分为肋板侧面连接和肋板顶面连接。所采用的自攻螺栓必须带有配套的耐候密封防水垫片,自攻螺栓固定完毕后,螺钉处须优质中性耐候密封胶涂抹。

4 、施工过程中其它需要注意的事项:施工时应放线准确,与现场屋面情况核实准确,找准屋面檩条的准确位置,核实无误后可进行施工安装。

总结

从以上施工流程得出,钢结构建筑安装光伏设备的技术并不复杂,最主要的是目前光伏发电技术还算不上成熟,相关技术还需进一步提升,行业产业链也还没形成标准化,市场也未开发,客户的需求增长也还没到一个爆发期,不过不可否认的是这确实是一个钢结构建筑行业发展的方向之一,也有可能是未来很火很赚钱的行业,根据现有科学技术的进步,以及工业摩尔定律法则,现在是工业信息时代,技术更新迭代非常快,未来不远,也许还没等你想明白,“风口”就从你身边一溜而过!

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