太陽光電板之氣動力特性

照強度）下最大發電量。每峰瓩補助新臺幣 20,000~16,000 元，視設置總容量 而定。補助範圍為申請人（設置者）在設置太陽光電發電系統時之設備支出，

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式，檢討有助於減緩或分散過於集中的桿件內力之支撐桿件布局方式，有助於 實務上太陽光電板支撐結構系統的設計。

(a)

(b)

(c)

0 deg.

90 deg.

wind

Soalr panel

270 deg.

圖 2-1 屋頂上太陽光電板陣列氣動力特性研究採用之(a)模型安 裝情形，(b)幾何控制參數，(c)來流之風向角定義。

資料來源：本研究整理陳(2015)資料

陳(2015)關於架設於屋頂上太陽光電板陣列的氣動力特性研究計畫，探討 的重點包括太陽光電板陣列前後排列間距對光電板所受風荷載的影響、太陽光

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電板陣列安裝位置距離於頂面邊緣線距離的影響、安裝於不同坡度的屋頂面上 光電板所受風荷載的差異以及在平屋頂上如有女兒牆設施對於光電板所受風荷 載的影響等主題，其成果分述如下：

在太陽光電板陣列前後排列間距對光電板所受風荷載的影響方面，太陽光 電板在前後排的緊密排列常有助於減緩風荷載，本研究將氣動力模型採用三排 的太陽光電板依序排列方式，以平屋頂建築模型，分別進行在不同條件下的氣 動力實驗，由實驗量測結果計算光電板上所受整體平均淨風壓係數與擾動性淨 風壓係數隨風攻角的變化分別如圖 2-2 所示，間距的變化是以光電板高為單 位，本研究氣動力模型板高為 2cm，因此以 2cm 為單位做排與排之間距離的調 整。

圖 2-2(a)為 3 排無間距緊密排列，直接取用前次實驗成果，圖 2-2(b)為排間 距 1 單位排列，可見基本上第一排光電板的平均淨風壓係數變化改變不多，第 二、三排光電板則係數值正負變化幅度增加，此變化趨勢隨間距的增加而加劇，

如圖 2-2(d)所示，在小風攻角時，三排光電的平均淨風壓係數變化均相似，仍 以第一排光電板的負風壓係數最低，隨風攻角的增加各自變化略有不同，而風 攻角大於 180 度後，第三排光電板的風壓係數負值更低，負風壓作用較為強烈。

3 排光電板的擾動性淨風壓係數變化，類似的變化是，間距的增加第二、

三排光電板係數值變化趨勢隨間距的增加近似第一排的變化情形。第一排光電 板的擾動性淨風壓係數在風攻角 45 度附近達到最大，特別是間距的增加，使得 在此風攻角作用下的第一排光電板擾動性淨風壓係數達到最高，與前段文中對 於單排光電板擾動性淨風壓係數變化趨勢及量級一致。第二、三排光電板係數 值變化趨勢隨間距的增加，在風攻角 45 度的附近，亦見出現最大擾動值的情形。

(a)

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(b)

(c)

(d)

圖 2-2 平屋頂建築物，各排太陽光電板上所受整體平均淨風壓係 數隨風攻角變化，(a)無間距，(b)1 單位間距，(c)2 單位間距，(d)3 單

位間距。

資料來源：本研究整理

在太陽光電板陣列安裝位置距離於頂面邊緣線距離的影響方面，由前述實 驗結果可知位於平屋頂上的太陽光電板陣列所受風荷載，主要為第一排受到的 風荷載最大，特別是負風壓的存在，使得太陽光電板存在被風力作用掀起的潛 在危機，對於風荷載安全的判斷，亦以負風壓作用強烈的條件作為標準。前文 實驗中安排的太陽光電板陣列均由風攻角零度時屋頂上游邊緣次第展開佈設，

因此在小攻角作用時，屋頂前緣有強烈的分離剪力流形成，第一排受到最強烈

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的負風壓作用，本研究將太陽光電板陣列模型以來流零攻角時方向為準，向下 游區域做小幅度的挪移，以太陽光電板模型寬(2cm)為單位比較挪移後所受風荷 載的變化。

平屋頂建築物，三排太陽光電板與屋頂前緣不同距離時光電板整體淨風壓 係數隨風攻角變化如圖 2-3 所示，在緊貼前緣的情況下，第一排光電板於風攻 角零度時有最強的負風壓作用，而相同條件時第二、三排光電板則所受風壓作 用趨於零，顯示後排受到前排遮蔽而偏安全。圖 2-3(a)顯示風攻角 210~250 度 之間第一排光電板亦有甚強的負風壓作用，此時第一排光電板主要受到斜交來 流對屋頂角隅產生的渦流影響，受到負風壓作用。圖 2-3(b)及(c)顯示太陽光電 板陣列向下游區挪移後的風荷載情形，明顯的可以看到，風攻角零度時第一排 太陽光電板所受到強烈負風壓作用的情形幾乎消失，挪移的距離分別為一倍與 二倍單位寬，在本模型尺寸，此挪移的單位寬度亦為建築物牆面高度的十分之 一，由文獻(何 2007)可知，低層建築物屋頂面所受到的風壓分布由於拱門形渦 漩的影響，主導風壓分布的重要因子為建築物高度。因此可知在屋頂面上，屬 於建築物高度十分之一的周邊區域，受到分離剪力流或角隅渦漩影響，安裝於 此區域的太陽光電板將受到強烈負風壓作用，有掀翻的潛在危機，對光電板結 構安全最為不利。調整光電板陣列排與排之間的間距，增加為一倍的光電板寬 度，整體太陽光電板陣列則仍向零攻角時的下游區挪移的距離分別為一倍與二 倍單位寬(光電板寬度)，氣動力實驗結果如圖 2-4 所示。由圖 2-4 可見不論挪移 一倍或二倍單位寬，第一排太陽光電板所受的負風壓作用均有明顯減輕。由於 增加光電板排與排之間距，使得各排間的遮蔽效應下降，因此圖中的第二、三 排光電板所受到的風壓作用，不論是正風壓或負風壓作用均呈現微幅的增大，

特別是第三排風荷載上升的情形略為明顯，顯示遮蔽效應在大於一倍的光電板 寬度之後即迅速下降，相同的變化趨勢與圖 4-1 中亦可觀察到。

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(a)

(b)

(c)

圖 2-3 平屋頂建築物，三排太陽光電板與屋頂前緣不同距離時 整體淨風壓係數隨風攻角變化，(a)與前緣切齊，(b)與前緣退縮 1 單

位寬(c)與前緣退縮 2 單位寬。

資料來源：本研究整理

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(a)

(b)

圖 2-4 平屋頂建築物，三排太陽光電板間距 1 單位寬與屋頂前 緣不同距離時整體淨風壓係數隨風攻角變化，(a)與前緣退縮 1 單位寬

(b)與前緣退縮 2 單位寬。

資料來源：本研究整理

在安裝於不同坡度的屋頂面上光電板所受風荷載的差異方面，由前述可知 不同屋頂坡度的建築物其上架設的太陽光電板陣列所受風荷載有很大的差異，

整理本研究不同屋頂坡度模型太陽光電板氣動力實驗結果，取用與屋頂邊緣切 齊的情形為例，整理其整體平均淨風壓係數如圖 2-5 所示。由於與屋頂邊緣切 齊的布置方式屬於對光電板所受風荷載不利的條件，圖 2-5 可明顯呈現出屋頂 坡度的影響，圖中可見在小攻角的情形下，隨屋頂坡度的增加，負風壓作用更 為強烈，顯示屋頂坡度越位陡峭時，架設其上的太陽光電板陣列所受負風壓作 用將更為嚴重。

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(a)

(b)

(c)

(d)

圖 2-5 不同屋頂坡度，三排太陽光電板與屋頂前緣切齊時整體 淨風壓係數隨風攻角變化，(a)平屋頂，(b)坡度 1:8 屋頂，(c)坡度 1:4

屋頂，(d)坡度 1:2 屋頂。

資料來源：本研究整理

風攻角增加到 180 度附近時，來流來自建築物背面，在平屋頂及屋頂坡度

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1:8 兩者則使得太陽光電板受到負風壓的作用，但對於屋頂坡度 1:4 及 1:2 兩者 則未出現負風壓的狀況。顯示屋頂坡度大的建築物，其屋脊較為高聳，對於背 風面下游區域的附屬構造物形成遮蔽的效果，特別是光電板高度通常是以 30 度左右的仰角架設，與招牌廣告物等直立甚至會高出屋脊高度狀況不同，較高 聳的屋脊可發揮遮蔽的效果，顯然屋頂坡度越高其對背風區設施風荷載的遮蔽 效果越明顯。

比較第一排光電板在受迎風作用時強烈的負壓荷載，其幅度遠超過背風時 的遮蔽影響幅度，因此整體而言，在較為陡峭的屋頂架設太陽光電板陣列，對 於光電板支架結構系統仍屬不利。

在平屋頂上如有女兒牆設施對於光電板所受風荷載的影響方面，太陽光電 板所受風荷載受到遮蔽現象的影響甚鉅，如板之上游區有其他光電板遮蔽，將 使太陽光電板其風荷載大幅減輕，本研究同時探討平屋頂上安裝女兒牆對太陽 光電板陣列的影響，將平屋頂模型之屋頂區域周邊裝設與光電板仰起高度相同 的女兒牆，整個屋頂區外圍均裝設女兒牆，屋頂上三排密集排列的光電板分別 以不同退縮條件進行實驗，量測得不同風攻角及退縮條件下的三排密集排列光 電板風荷載如圖 2-6 所示。

由圖中可見女兒牆的存在使得光電板所受風荷載大幅減輕，將光電板陣列 進行退縮時，光電板的風荷載僅微幅上升。本研究採用的退縮距離達女兒牆高 度的四倍時，光電板的風荷載仍受到女兒牆的遮蔽保護而無強烈風荷載。比較 前文中無女兒牆的條件下，接近屋頂邊緣區域，光電板受到強烈的負風壓作用，

因此不建議在屋頂邊緣約為建築物高度十分之一的帶狀區域中架設太陽光電 板，以避免光電板掀翻的危險。但如增加女兒牆設施，光電板所受風荷載將大 幅減輕，因此在屋頂架設太陽光電陣列時，如有可能設置女兒牆，將有助於大 幅減少光電板的風損。

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(a)

(b)

(c)

圖 2-6 平屋頂含女兒牆時，三排太陽光電板與屋頂前緣不同距 離時整體淨風壓係數隨風攻角變化，(a)與前緣切齊，(b)與前緣退縮 1

單位寬，(c)與前緣退縮 2 單位寬。

資料來源：本研究整理

陳(2015)同時研究關於架設於屋頂上太陽光電板陣列的支撐架結構系統改 善前後之數值分析成果，發現目前一般業界所採用之支撐架結構系統，桿件幾

陳(2015)同時研究關於架設於屋頂上太陽光電板陣列的支撐架結構系統改 善前後之數值分析成果，發現目前一般業界所採用之支撐架結構系統，桿件幾