建物屋頂太陽光電板陣列設計風力推估

本所於 104 年度研究計畫「陽光屋頂耐風評估與設計準則」曾就安裝於屋 頂之太陽光電板陣列在不同排列方式下的風荷載，進行一系列之氣動力實驗以 比對其氣動力特性。本研究參考其實驗成果，並進一步推估設計風力係數之建 議值。採用各不同配置情形下的版面整體淨風壓係數時序列資料，利用極值推 估方法並配合國內耐風設計規範中對於設計風速的基本假設，計算各不同配置 情形下的太陽光電板版面極端風力係數推估值。實驗進行係採用多片排列之光 電板陣列於風洞中進行實驗，採地況 C 之大氣邊界層流場條件，參考風速為屋 頂高度之風速，建築物採平屋頂方式考慮，量測風壓資料以前三排光電板為主。

光電板陣列排列方式變化包括光電板排與排之間的間距變化、光電板陣列前緣 與建築物屋頂前緣退縮距離、屋頂是否安裝女兒牆及陣列與女兒牆距離、風向 作用等條件。推估得各不同配置情形下的太陽光電板版面極端風力係數值如表 4-6 所示，各版面的極端風力係數值分別計算其正風壓與負風壓兩種荷載，由 時序列資料中計算各個風攻角的計算值再挑選最嚴重的數值作為該配置條件下 的極端風力係數。

由表 4-6 中可見，正風壓的作用並不強烈，主要關鍵性的風荷載以負風壓 作用為主，第一片光電板所受的極端風力係數最強烈，隨後的各片光電板其極 端設計風力係數均遞減非常明顯。比較不同板間距的配置下，隨光電板排與排 間距的增加，其極端風力亦漸趨增高。光電板陣列手排距離建築物屋頂邊緣有 所退縮時，其所受之極端風荷載亦隨之下降。有女兒牆存在時，對於風荷載的 減輕有很大的影響，光電板陣列如距離女兒牆較近，則所受極端風力作用下降 一半以上，有保護光電板受風作用的效果，但安裝位置如距離女兒牆越遠，則 保護的作用遞減。

由於光電板所受正負極端風力係數差異甚大，很一致的是負風壓作用較強 烈，考量設計時保守的評估風荷載及簡化設計係數的查閱，因此建議採用第一 排光電板所受極端負風力係數作為代表性係數，應為較安全保守的。圖 4-24 所 示為將前三片光電板在各種不同光電板陣列配置方式下所推估得之極端風力係 數繪製比較，顯示負風力係數均未有超過 1.5 的情形。

表 4-6 各不同配置情形下的太陽光電板版面極端風力係數推估值

表 4-6 數據來自 104 年計畫成果，實驗模型之光電板採用仰角 30 度進行設 計，而實際應用時光電板角度有所差異變化，如前節中所討論利用 CFD 模擬光 電板所受風力的狀況，比較不同仰角對於受風力的變化趨勢，可供一併考慮。

我國建築物耐風設計規範中並未針對類似光電板所受風荷載作建議，但規 範解說中有針對開放式建築物之單斜式屋頂的風力係數作建議，如表 2-1 所示，

兩者在幾何外型上有所類似，而光電板的低端常見的架設方式為固定於地面或 整體支架加高可通氣流。以本研究實驗模型幾何條件為例，仰角 30 度，且 G 取用 1.88，則 G*Cf = 1.88*1.0 = 1.88，相對於實驗值第一排光電板之 GCf 尚屬 保守。應用我國耐風設計規範建議之開放式建築物之單斜式屋頂的風力係數時，

版面的深寬比應注意核算。實驗中採用的光電板模型依表中 L/B 計算，其值低 於 1/5，因此較為保守，但由表中顯示在接近正方形或短矩形的版面，其風力 係數值較高，因此對於較少數量組合成之光電板單元其 L/B 值較高，應注意核 算。