CN113482252A - 一种坡屋面光伏系统及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种坡屋面光伏系统及其施工方法，属于分布式光伏屋顶领域，坡屋面光伏系统，倾斜设置，包括由下至上依次铺设的混凝土屋面板、保温层、波形排水板及光伏组件。波形排水板的下方沿纵向间隔支设有排水板托架，排水板托架支设在波形排水板的波峰位置的下表面。波形排水板的上方沿纵向间隔架设有波形固定支架，波形固定支架设置在波形排水板的波峰位置的上表面，且波形固定支架与排水板托架上下对应设置。波形固定支架、波形排水板和排水板托架通过膨胀螺栓由上至下与保温层和混凝土屋面板穿接为一体。本发明解决现有施工方式安装拆卸困难，维护繁琐，与现有的建筑物功能发生冲突，或因破坏了屋面原有防水体系导致建筑屋顶日后发生局部渗漏的问题。
Description
技术领域
本发明属于分布式光伏屋顶领域，具体为一种坡屋面光伏系统及其施工方法。
背景技术
分布式光伏屋顶因就近发电、就近并网和就近使用的优点成为可再生清洁能源领域最具潜力的发展方向。BIPV光伏屋顶应该与建筑融为一体，既能发电又起到屋顶面材的保护作用，同时在外观上符合建筑设计的整体风格，适合在采光好、密度低的别墅洋房、农村自建房和文旅建筑等坡屋面建筑上安装。目前已公开的技术方案大多侧重于研究如何解决光伏瓦在商业建筑平屋面或工业厂房上的安装方法，还没有看到针对普通住宅常用的混凝土坡屋面的光伏组件安装方法，而这一类建筑却是推广分布式光伏的主要市场，本方案基于通风隔热屋面系统提出坡屋面光伏系统的解决方案。
目前坡屋面光伏屋顶常用的安装方式有：利用结构层预埋螺栓或化学锚栓固定支架、专用夹具或双组分胶粘结法等,这些施工方法普遍存在安装拆卸困难，维护繁琐，与现有的建筑物功能发生冲突，或因破坏了屋面原有防水体系导致建筑屋顶日后发生局部渗漏。换言之，光伏组件的安装往往滞后于屋面系统，施工设计人员更侧重于光伏发电效果，对于建筑领域涉及较少，因此从功能和外观设计上都无法兼顾分布式光伏屋面与建筑的一体化，这也是光伏屋顶很难在高端项目上推广的原因之一。
发明内容
本发明的目的是提供一种坡屋面光伏系统及其施工方法，解决现有施工方式安装拆卸困难，维护繁琐，与现有的建筑物功能发生冲突，或因破坏了屋面原有防水体系导致建筑屋顶日后发生局部渗漏的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种坡屋面光伏系统，倾斜设置，包括由下至上依次铺设的混凝土屋面板、保温层、波形排水板及光伏组件。
波形排水板的下方沿纵向间隔支设有排水板托架，排水板托架支设在波形排水板的波峰位置的下表面。
波形排水板的上方沿纵向间隔架设有波形固定支架，波形固定支架设置在波形排水板的波峰位置的上表面，且波形固定支架与排水板托架上下对应设置。
横向相邻两块光伏组件通过波形固定支架卡接。
波形固定支架的上方卡接有扣盖。
波形固定支架、波形排水板和排水板托架通过膨胀螺栓由上至下与保温层和混凝土屋面板穿接为一体。
进一步优选的技术方案：膨胀螺栓和波形固定支架之间设有防水垫片。
进一步优选的技术方案：波形固定支架的下部呈弧形，上部呈工字形槽体；包括平台板、连接在平台板底面中间的弧形板、连接在弧形板两侧和平台板底面之间的竖板及连接在平台板顶面的一对L形立板。
进一步优选的技术方案：一对L形立板的竖直肢的内侧面与平台板之间形成第一卡槽，第一卡槽的顶端设有一对下斜齿状凸棱；一对L形立板的外侧面与平台板之间形成一对第二卡槽。
进一步优选的技术方案：平台板的中心开有用于膨胀螺栓穿接的螺栓孔。
弧形板的弧度与波形排水板契合，并紧密扣合在波形排水板上。
进一步优选的技术方案：排水板托架是管材，其下缘水平、为水平部，上缘呈弧形、为弧形部。
进一步优选的技术方案：排水板托架的下缘水平部平置于保温层上；弧形部的弧度与波形排水板的波峰弧度相适应，并与波形排水板紧密贴合。
进一步优选的技术方案：扣盖包括弧形顶盖和垂直连接在弧形顶盖底面的一对卡板；一对卡板的外侧中部对称设有上斜齿状凸棱。
进一步优选的技术方案：扣盖上的一对卡板嵌入波形固定支架上的第一卡槽内，并一对下斜齿状凸棱与上斜齿状凸棱相互咬合。
一种所述的坡屋面光伏系统的施工方法，步骤为：
第一步，在混凝土屋面板上铺设水泥砂浆找平层。
第二步，将保温层满铺在水泥砂浆找平层上。
第三步，在保温层上等距离弹线，间距取决于光伏组件的宽度，在弹线位置放置排水板托架。
第四步，铺设波形排水板，将排水板托架置于波形排水板的波峰位置的下表面。
第五步，将波形固定支架放置在下方有排水板托架的波形排水板的波峰位置上。
第六步，铺设光伏组件；将光伏组件的侧边涂抹防水硅酮胶后，插入波形固定支架的第二卡槽内固定。
第七步，使用带橡胶防水垫片的膨胀螺栓，将波形排水板和波形固定支架穿透保温层，固定在混凝土屋面板上。第八步，在波形固定支架的第一卡槽内的一对下斜齿状凸棱上均匀涂抹防水硅酮胶，然后将扣盖压入第一卡槽内，一对下斜齿状凸棱与一对上斜齿状凸棱锁紧。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
1，本发明采用波形排水板作为屋面防水层，光伏组件通过配套的波形固定支架和排水板托架固定，实现了坡屋面光伏系统的连贯性和完整性，规避了建筑在日后使用过程中可能产生的渗漏问题。
2，本发明坡屋面光伏系统安装使用标准化的波形固定支架和排水板托架，在屋面系统施工的同时铺装光伏组件，施工速度快、效率高，对施工人员的技术水平没有特殊要求，光伏组件既能发电又作为屋顶面材起到保护房屋的作用。
3，本发明工艺简单，施工难度低，防水效果好、通风透气，能够降低施工周期和施工成本。
附图说明
图1是本发明坡屋面光伏系统的示意图。
图2是本发明图1中A部的放大图。
图3是本发明波形固定支架和光伏组件连接的示意图。
图4是本发明波形排水板和排水板托架连接的示意图。
图5是本发明波形固定支架和扣盖连接的示意图。
图6是本发明波形固定支架和波形排水板连接的示意图。
图7是本发明波形固定支架的示意图。
图8是本发明排水板托架的示意图。
图9是本发明扣盖的示意图。
附图标记：1—混凝土屋面板、2—保温层、3—波形排水板、4—光伏组件、5—排水板托架、6—波形固定支架、7—扣盖、8—膨胀螺栓、9—防水垫片、
5.1—水平部、5.2—弧形部、
6.1—平台板、6.2—弧形板、6.3—L形立板、6.4—第一卡槽、6.5—下斜齿状凸棱、6.6—第二卡槽、
7.1—弧形顶盖、7.2—卡板、7.3—上斜齿状凸棱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至9所示，一种坡屋面光伏系统及其施工方法，具体属于BIPV分布式光伏屋顶领域。
一种坡屋面光伏系统，倾斜设置，包括由下至上依次铺设的混凝土屋面板1、保温层2、波形排水板3及光伏组件4。
波形排水板3的下方沿纵向间隔支设有排水板托架5，排水板托架5支设在波形排水板3的波峰位置的下表面。
波形排水板3的上方沿纵向间隔架设有波形固定支架6，波形固定支架6设置在波形排水板3的波峰位置的上表面，且波形固定支架6与排水板托架5上下对应设置。
横向相邻两块光伏组件4通过波形固定支架6卡接。
波形固定支架6的上方卡接有扣盖7。
波形固定支架6、波形排水板3和排水板托架5通过膨胀螺栓8由上至下与保温层2和混凝土屋面板1穿接为一体。
膨胀螺栓8和波形固定支架6之间设有防水垫片9。
参见图7所示，波形固定支架6的下部呈弧形，上部呈工字形槽体；包括平台板6.1、连接在平台板底面中间的弧形板6.2、连接在弧形板两侧和平台板底面之间的竖板及连接在平台板顶面的一对L形立板6.3；一对L形立板的竖直肢的内侧面与平台板之间形成第一卡槽6.4，第一卡槽的顶端设有一对下斜齿状凸棱6.5，具体下斜齿状凸棱设置在一对L形立板的竖直肢的内侧面顶端；一对L形立板的外侧面与平台板之间形成一对第二卡槽6.6。
平台板6.1的中心开有用于膨胀螺栓8穿接的螺栓孔。
弧形板6.2的弧度与波形排水板3契合，并紧密扣合在波形排水板3上，避免波形固定支架6发生横向位移。
L形立板6.3的外壁光滑。
参见图8所示，排水板托架5是具有弧形曲面的1.2mm厚的201不锈钢管材，其下缘水平、为水平部5.1，上缘呈弧形、为弧形部5.2；排水板托架5的下缘水平部5.1平整置于保温层2上，通过波形排水板3承载光伏组件4的重量；弧形部5.2的弧度与波形排水板3的波峰弧度相适应，并与波形排水板3紧密贴合。
参见图9所示，扣盖7由铝合金材料制作而成，包括弧形顶盖7.1和垂直连接在弧形顶盖底面的一对卡板7.2；一对卡板7.2的外侧中部对称设有上斜齿状凸棱7.3。
当扣盖7压入波形固定支架6，扣盖7上的一对卡板7.2嵌入波形固定支架6上的第一卡槽6.4内，并一对下斜齿状凸棱6.5与上斜齿状凸棱7.3相互咬合，扣盖7因无法自行反向运动实现自锁；扣盖7的作用在于保护穿接在第一卡槽6.4内的膨胀螺栓8不受雨水锈蚀，同时增加光伏屋面的美观性。
光伏组件4通过扣盖7、波形固定支架6和排水板托架5固定在波形排水板3上；光伏组件作为整个坡屋面光伏系统的组成要素，起到发电和保护坡屋面光伏系统完整的作用，保证了坡屋面光伏系统的正常工作。
波形固定支架6和排水板托架5通过穿透波形排水板3和保温层2的膨胀螺栓8固定在混凝土屋面板1上，并膨胀螺栓8和波形固定支架6之间垫有防水垫片9。
保温层2为保温板层。
波形排水板3的厚度为2.6mm，材质可为沥青材质；波形排水板具有轻质、通风的特点，作为屋面防水层和光伏组件的安装面；波形排水板3上下配套的波形固定支架6和排水板托架5起到支撑和固定光伏组件的作用。
进入屋面的雨水通过波形排水板汇集在屋檐排走，波形排水板的波浪形结构在屋面系统内形成了大量空间，有利于空气循环，利用空气动力学原理，冷空气从屋檐进入，挟带着系统内的潮气从屋脊处流出，系统内部得以保持干燥凉爽，不仅延长屋面使用寿命，降低房屋在使用过程中产生的建筑能耗，避免光伏组件因温升降低发电效率。
本发明坡屋面光伏系统的施工方法：
第一步，在混凝土屋面板1上铺设水泥砂浆找平层。
第二步，将保温层2满铺在水泥砂浆找平层上。
第三步，在保温层2上等距离弹线，间距取决于光伏组件4的宽度，在弹线位置放置排水板托架5。
第四步，铺设波形排水板3，将排水板托架5置于波形排水板3的波峰位置的下表面。
第五步，将波形固定支架6放置在下方有排水板托架5的波形排水板3的波峰位置上。
第六步，铺设光伏组件4；将光伏组件4的侧边涂抹防水硅酮胶后，插入波形固定支架6的第二卡槽6.6内固定。
第七步，使用带橡胶防水垫片9的波形排水板专用的膨胀螺栓8，将波形排水板3和波形固定支架6穿透保温层2，固定在混凝土屋面板1上。第八步，在波形固定支架6的第一卡槽6.4内的一对下斜齿状凸棱6.5上均匀涂抹防水硅酮胶，然后将扣盖7压入第一卡槽6.4内，一对下斜齿状凸棱6.5与一对上斜齿状凸棱7.3锁紧。
本发明坡屋面光伏系统基于轻质、节能、通风屋面的构思，采用波形排水板作为防水层，通过配套的排水板托架和波形固定支架实现光伏组件的安装固定。
光伏组件作为坡屋面光伏系统的一部分，在屋面施工时同步完成，屋面与光伏组件连接为一体，一体完成施工。
本发明的坡屋面光伏系统通风透气，可降低建筑在使用寿命中产生的建筑能耗，为光伏组件创造了凉爽透气的工作环境，光伏组件在夏季不会因高温大幅降低光电转化率。
本发明工艺简单，施工快速、防水效果好、通风透气，施工难度低，能够降低施工周期和施工成本。
本发明采用波形排水板作为屋面防水层，光伏组件通过配套的波形固定支架固定，实现了坡屋面光伏系统的连贯性和完整性，规避了建筑在日后使用过程中可能产生的渗漏问题。
波形排水板作为防水层，进入屋面系统的雨水通过波形排水板迅速汇集在檐口排出；波形排水板的波浪形结构营造出空气流动的空间，可维持屋面系统内部干燥。
本发明坡屋面光伏系统安装使用标准化的波形固定支架和排水板托架，在屋面系统施工的同时铺装光伏组件，施工速度快、效率高，对施工人员的技术水平没有特殊要求，光伏组件既能发电又作为屋顶面材起到保护房屋的作用，完整的防水体系规避了日后渗漏的风险，解决了上述技术背景中提出的问题。
本发明可实现低能耗、节能的坡屋面光伏系统的通风、除湿、隔热功能：波形排水板形成的大量空腔结构有利于空气流通，从檐口进入的冷空气吸收了系统内部的热能一路向上，挟带着潮气从屋檐处排出，这个过程连续不断，维持屋面系统的干燥和凉爽；凉爽通风的不仅降低了建筑能耗，还为光伏组件营造了良好的工作环境。
光伏组件是通过晶硅的光电效应将光转化为电，如果电池片内部的温度太高反而会降低光电转换效率；一般太阳能组件的功率是在25度1000瓦/㎡强光下测得，而夏天光伏组件的表面温度往往会超过45度，为避免光伏组件发电效率降低，有时采用增大光伏组件和支座的距离，加大抗风负载，营造导流排风效果；
有的增加风扇以及一些电气控制设备辅助散热，这些方法都增加了施工成本和难度。
通过屋面系统的结构设计实现了光伏组件所需要的通风散热环境，有利于维持光伏组件在夏季高温时的发电效率。
本发明结构简单，波形排水板在坡屋面建筑领域应用多年，工艺成熟可靠，与传统屋面系统相比，具有简化屋面层次和施工周期短的明显特点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种坡屋面光伏系统，倾斜设置，其特征在于：包括由下至上依次铺设的混凝土屋面板（1）、保温层（2）、波形排水板（3）及光伏组件（4）；
波形排水板（3）的下方沿纵向间隔支设有排水板托架（5），排水板托架（5）支设在波形排水板（3）的波峰位置的下表面；
波形排水板（3）的上方沿纵向间隔架设有波形固定支架（6），波形固定支架（6）设置在波形排水板（3）的波峰位置的上表面，且波形固定支架（6）与排水板托架（5）上下对应设置；
横向相邻两块光伏组件（4）通过波形固定支架（6）卡接；
波形固定支架（6）的上方卡接有扣盖（7）；
波形固定支架（6）、波形排水板（3）和排水板托架（5）通过膨胀螺栓（8）由上至下与保温层（2）和混凝土屋面板（1）穿接为一体。
2.根据权利要求1所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：膨胀螺栓（8）和波形固定支架（6）之间设有防水垫片（9）。
3.根据权利要求1所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：波形固定支架（6）的下部呈弧形，上部呈工字形槽体；包括平台板（6.1）、连接在平台板底面中间的弧形板（6.2）、连接在弧形板两侧和平台板底面之间的竖板及连接在平台板顶面的一对L形立板（6.3）。
4.根据权利要求3所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：一对L形立板的竖直肢的内侧面与平台板之间形成第一卡槽（6.4），第一卡槽的顶端设有一对下斜齿状凸棱（6.5）；一对L形立板的外侧面与平台板之间形成一对第二卡槽（6.6）。
5.根据权利要求4所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：平台板（6.1）的中心开有用于膨胀螺栓（8）穿接的螺栓孔；
弧形板（6.2）的弧度与波形排水板（3）契合，并紧密扣合在波形排水板（3）上。
6.根据权利要求1所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：排水板托架（5）是管材，其下缘水平、为水平部（5.1），上缘呈弧形、为弧形部（5.2）。
7.根据权利要求6所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：排水板托架（5）的下缘水平部（5.1）平置于保温层（2）上；弧形部（5.2）的弧度与波形排水板（3）的波峰弧度相适应，并与波形排水板（3）紧密贴合。
8.根据权利要求4所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：扣盖（7）包括弧形顶盖（7.1）和垂直连接在弧形顶盖底面的一对卡板（7.2）；一对卡板（7.2）的外侧中部对称设有上斜齿状凸棱（7.3）。
9.根据权利要求8所述的坡屋面光伏系统，其特征在于：扣盖（7）上的一对卡板（7.2）嵌入波形固定支架（6）上的第一卡槽（6.4）内，并一对下斜齿状凸棱（6.5）与上斜齿状凸棱（7.3）相互咬合。
10.一种权利要求1至9任意一项所述的坡屋面光伏系统的施工方法，其特征在于，步骤为：
第一步，在混凝土屋面板（1）上铺设水泥砂浆找平层；
第二步，将保温层（2）满铺在水泥砂浆找平层上；
第三步，在保温层（2）上等距离弹线，间距取决于光伏组件（4）的宽度，在弹线位置放置排水板托架（5）；
第四步，铺设波形排水板（3），将排水板托架（5）置于波形排水板（3）的波峰位置的下表面；
第五步，将波形固定支架（6）放置在下方有排水板托架（5）的波形排水板（3）的波峰位置上；
第六步，铺设光伏组件（4）；将光伏组件（4）的侧边涂抹防水硅酮胶后，插入波形固定支架（6）的第二卡槽（6.6）内固定；
第七步，使用带橡胶防水垫片（9）的膨胀螺栓（8），将波形排水板（3）和波形固定支架（6）穿透保温层（2），固定在混凝土屋面板（1）上；第八步，在波形固定支架（6）的第一卡槽（6.4）内的一对下斜齿状凸棱（6.5）上均匀涂抹防水硅酮胶，然后将扣盖（7）压入第一卡槽（6.4）内，一对下斜齿状凸棱（6.5）与一对上斜齿状凸棱（7.3）锁紧。
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