太陽光電板風載重

太陽光電板在不同配置條件下的氣動力行為，本研究採用板所受的整體淨 風壓係數為代表，分別探討其平均值與擾動值的變化，據以觀察包括排列間距、

風攻角、排列位置等因素的影響。

一 、 不 同 排 數 太 陽 光 電 板 的 影 響

以平屋頂建築物氣動力模型採用1~3 排的光電板依序排列方式，分別進行 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4-1 及圖 4-2 所示。

由圖 4-1(a)可見單排光電板的情形下，光電板位於建築物來流零攻角時的 最前緣，本研究以較高端朝向來流，因此光電板受風作用明顯，隨風攻角的增 加，平均淨風壓係數負值越低，表示此時光電板受到較大的掀翻板面的外力作 用，隨風攻角增加至90 度時，風向與光電板平行，風壓係數接近零。風攻角大 於90 度後，光電板逐漸改為以較低端面向來流來流直接作用於光電板，正向風 壓產生正壓力係數，背風面處於低速迴流區，亦接近正壓狀態，因此整體平均 淨風壓係數為正或接近零。風攻角大於180 度之後，光電板處於建築物屋頂之 下游區，缺乏直接作用的來流，因此淨風壓係數均在零附近。單排的光電板其 受風作用明顯，較易觀察到風攻角變化及相映光電板位於屋頂流場位置的影響。

由圖 4-1(b)可見 2 排光電板的情形下，風攻角為零時，前排所受平均淨風壓係 數與單排相同，後排光電板平均淨風壓係數則接近 0，受到前排遮蔽作用非常 明顯，後排幾乎不受風荷載。風攻角增加時後排平均淨風壓係數有略低的負值，

而風攻角大於90 度之後，後排逐漸成為上游區，因此風荷載上升，但此時光電 板低端面向來流，淨風壓值為正。風攻角大於180 度之後，均處於下游區因此 平均淨風壓係數大致接近0 值，風攻角到 300 度之後，前排光電板接近上游區，

平均淨風壓係數有略低的負值。3 排光電板的情形下由圖 4-1(c)可見，風攻角為 零時，前排所受平均淨風壓係數與單排相同，後排光電板平均淨風壓係數則接

30

近 0，受到前排遮蔽作用非常明顯，後排幾乎不受風荷載。風攻角的增加亦未 造成後2 排光電板不利結構安全的負風壓作用。

由圖 4-2(a)可見單排光電板的情形下，光電板位於建築物來流零攻角時的 最前緣，隨風攻角增加擾動性淨風壓係數在風攻角45 度附近達到最高，建築物 屋頂角隅渦流作用甚為明顯，風攻角45 度附近容易產生較大的渦流作用，而單 排光電板情形下，靠近角隅側的光電板受到強烈渦流影響，但靠近屋頂中央區 則相對較低，因此光電板整體擾動風壓係數偏高。比較圖4-2(b)與圖 4-2(c)可見 隨光電板數量的增加，擾動性淨風壓係數漸趨減少，2 排光電板時在風攻角 45 度附近仍出現最高的擾動性淨風壓係數，但3 排光電板時個不同風攻角的擾動 性淨風壓係數均偏低。

顯示多排的光電板在不同風攻角作用下，甚易形成遮蔽的效果，因此不論 是平均值或擾動值均有減緩風荷載的作用；而首排的光電板在風攻角0 度附近 時，受到來流直接的作用，特別是光電板高端朝向來流時，光電板有被掀翻的 潛在不利情形。

第四章 研究成果與檢討

31 (a)

(b)

(c)

圖 4-1 平屋頂建築物，太陽光電板上所受整體平均淨風壓係數隨風攻 角變化，(a)單排，(b)2 排，(c)3 排。

資料來源：本研究整理

32 (a)

(b)

(c)

圖 4-2 平屋頂建築物，太陽光電板上所受整體擾動性淨風壓係數隨風 攻角變化，(a)單排，(b)2 排，(c)3 排。

資料來源：本研究整理

第四章 研究成果與檢討

33 二 、 不 同 間 距 的 影 響

由前文可知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 4-3 及圖 4-4 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4-3(a)為 3 排無間距緊密排列，直接取用前次實驗成果，圖 4-3(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 4-3(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。

圖4-4 為 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。

34 (a)

(b)

(c)

(d)

圖 4-3 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

第四章 研究成果與檢討

35 (a)

(b)

(c)

(d)

圖 4-4 平屋頂建築物，各排太陽光電板上所受整體擾動性淨風壓係數 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

36 三 、 更 多 排 數 時 不 同 位 置 的 差 異

前段氣動力實驗主要探討不同間距的影響，因此僅布設三排光電板氣動力 模型進行實驗量測，為了解在光電板排數更多的條件下，氣動力特性的變化，

因此採緊密無間距條件，採用平屋頂建築模型，於屋頂面上布設7 排光電板，

風攻角零度時由上游向下游各排光電板依序對齊排列，其中第1、4、7 排光電 板為安裝有風壓管線的氣動力模型，其餘僅為光電板壓克力模型而無風壓孔，

量測結果如圖4-5 所示。由圖 4-5(a)可見第 1 排光電板在風攻角小於 45 度時，

受到最低的負風壓作用，較為不利，其餘第4、7 排光電板在各風攻角作用下平 均淨風壓係數均接近零值。擾動性淨風壓係數的變化亦同，均以第1 排光電板 的變化最為劇烈。

(a)

(b)

圖 4-5 平屋頂建築物，七排太陽光電板時，第 1、4、7 排之整體淨 風壓係數隨風攻角變化，(a)平均淨風壓係數，(b)擾動性淨風壓係數。

資料來源：本研究整理

第四章 研究成果與檢討

38

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4-3 中亦可觀察到。

(a)

(b)

(c)

圖 4-6 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

第四章 研究成果與檢討

39 (a)

(b)

圖 4-7 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

建築物屋頂如採用斜屋頂設計，屋頂表面風壓的變化有明顯的改變(何 2007)，因此本研究採取三種不同坡度的雙斜屋頂，於其上架設太陽光電陣列進 行氣動力實驗，檢討其所受的風荷載。圖 4-8 為屋頂坡度 1:8 的雙斜屋頂建築 物上與屋頂前緣不同距離之三排太陽光電板整體淨風壓係數隨風攻角變化，由 圖 4-8(a)顯示，與前緣貼齊的第一排太陽光電板在小攻角風力作用下受到強烈 的負風壓作用，隨著風攻角增加到 45 度以後即迅速減輕，但風攻角大於 180 度後，來流主要來自建築物背面，此時第一排太陽光電板雖處於下游區，但位 在邊緣地帶，仍受到強烈的負風壓作用。因此第一排太陽光電板在與屋頂前緣 貼齊的條件下，其結構安全最為不利。由圖 4-8(b)及(c)顯示，將太陽光電板陣 列往後挪移，不論是移動一個單位或二個單位均使得太陽光電板所受到的風荷 載有明顯趨緩的效果，此現象與平屋頂類似模型實驗結果是類似的。

40 (a)

(b)

(c)

圖 4-8 1:8 斜屋頂建築物，與屋頂前緣不同距離之 3 排太陽光電板 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

關於其他不同屋頂坡度的建築物實驗結果，如圖4-9 及圖 4-10 所示。圖 4-9 為屋頂坡度 1:4 斜屋頂建築物，與屋頂前緣不同距離之三排緊密排列太陽光電 板整體淨風壓係數隨風攻角變化，圖中可明顯觀察到，與前緣切齊的佈設條件，

對於第一排太陽光電板所受風荷載極為不利，小攻角條件時，不論來流偏左或

第四章 研究成果與檢討

41

偏右均造成強烈的負風壓作用，相較之下第二、三排太陽光電板其風荷載則減 輕甚多。由圖 4-9(c)亦可觀察到，第三排光電板其所受的負風壓作用在小攻角 條件時，隨整體陣列推縮幅度的增加而呈現小幅度轉強的情形，由屋頂為雙斜 屋頂形式，因此中央有屋脊隆起，隨整體陣列推縮量增加，最後一排光電板亦 更接近中央屋脊區，氣流在屋脊線上有加速越過屋脊及渦流形成的現象，接近 此區的光電板其風荷載亦轉強。

(a)

(b)

(c)

圖 4-9 1:4 斜屋頂建築物，與屋頂前緣不同距離之 3 排太陽光電板 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

42 (a)

(b)

(c)

圖 4-10 1:2 斜屋頂上與屋頂前緣不同距離之 3 排太陽光電板整體淨 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

將屋頂坡度提高為1:2 時，與屋頂前緣不同距離之 3 排太陽光電板整體淨 風壓係數隨風攻角變化，如圖4-10 所示，基本上仍以第一排太陽光電板在與前 緣切齊的布置下，小攻角條件時，不論來流偏左或偏右均造成強烈的負風壓作 用，第二、三排光電板則受到遮蔽作用風荷載較為輕微。但與圖 4-9 比較則明

第四章 研究成果與檢討

43

顯可見，第一排及第三排光電板所受負風壓作用在退縮邊緣距離後，仍有高於 前述屋頂坡度條件的情形。就第一排光電板而言，退縮兩個板寬單位的距離，

其負風壓作用仍強，第三排光電板隨整體光電板陣列退縮的增加，反而接近高 起的中央屋脊線，由於越過屋脊線氣流的加速現象比 1:4 坡度屋頂更為強烈，

因此第三排光電板所受負風壓更為強烈。

五 、 屋 頂 坡 度 的 影 響

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

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