第五章 結論與建議
第一節 結論
太陽能光電系統為求得最大發電效率，常見將太陽能光電板以陣列方式安裝 並置於無遮蔽物之處。然而此安裝方式與地點，易使太陽能光電易受強風侵襲而 被破壞。本研究透過風洞實驗及數值模擬方法，探討單片太陽光電板及陣列式太 陽能光電板安裝於建築平屋頂上之受風荷載現象，初步研究成果如下：
1. 研究單片太陽能光電板(L/W=1.65)空氣動力特性。由結果可發現，當風流經太 陽能光電板時，會於其上表面前緣處(x/c=0.5)產生一負壓廻流區，並且受角渦 流影響，於邊緣區域產生較大負壓，而下表面因為直接迎風面，故承受正壓 力。此上下表面的壓差結果，造成太陽能光電板的不均勻受力，易使太陽能 光電板產生掀翻之破壞。
2. 研究單片太陽能光電板(L/W=1.65)於不同風向角(β)情況下，上、下表面之壓力 分布情況。由結果可發現到，當 0°≦β <90°時，太陽能光電板上表面主要承 受負壓力，下表面則承受正壓力；而當 90°<β≦180°，太陽能光電板上表面 轉為承受正壓力；下表面承受負壓。此外，隨著β 的增加，太陽能光電板上、
下表面之壓力分布，亦隨之偏移。另由觀察可發現，當 15°≦β≦75°時，太陽 能光電板上表面於角落迎風向沿太陽能光電板兩邊具有強烈負壓，此為圓錐 渦流(conical vortex)生成所致。壓力分布同樣隨著β增加而偏移。然值得注意 的是當 105°≦β≦165°時，下表面角落迎風向產生明顯負壓區。其原因為當風 流經之處時，下表面與地面間形成空穴區，氣流於此處產生捲動形成負壓。
整體而言，太陽能光電板在不同風向角情況下，仍是處於不均勻受力。
3. 透過風洞實驗進行陣列式太陽光電板於建築平屋頂上的擾動壓力分析，統計 由結果得知，第一排(Panel 1)太陽能光電板在β=30o~60o時 CL極值區間遠大 於其他風向角，顯示板面壓力在此區間風向角受風後壓力擾動變化較大，隨 著β增加 CL極值逐漸縮小且接近平均值。第二排(Panel 2)結果顯示β=0o~15o 在 CL上限值與平均值區間大於 CL下限值，顯示在此兩風向角量測得時序列 壓力非常態分佈，隨著β增加 CL上、下限值逐漸與平均值接近。第三排(Panel 3)與第五排(Panel 5)兩結果顯示其 CL 和上、下限分佈接近。值得注意的是 第四排與第六排在β=120o~180o結果顯示，當β增加 CL上、下限值區間亦隨
著擴大，由上板面 Cp’結果得知此兩排隨著β增加接近 180o時，受到屋頂上方 迴流區與角渦流影響，造成上板面壓力擾動程度增大。
4. 透過上下表面壓力積分方法計算太陽能光電板升力係數(CL)。由結果可發現太 陽能光電板最大升力發生風向角為 0°~30°區間。
5. 透過數值模擬方法探討陣列式太陽能板於建築物的風荷載現象。由結果可發 現，於迎風面情況下，太陽能光電板第一排受到風載最大。而因遮蔽因素，第 二排後受風荷載逐漸減小。
6. 模擬不同風向角(β)的情況下，陣列式太陽能光電板之淨壓力分布。由結果可 發現到，當 0°≦β<90°時，太陽能光電板以承受負淨壓力為主；當 90°<β≦180
°，太陽能光電板以承受正淨壓力為主。而隨著β增加，太陽能光電板之淨壓 力分布亦隨之偏移。此外，透過觀察可發現，當 15°≦β≦60°時，太陽能光電 板角落迎風向沿兩邊具有強烈負壓，此為圓錐渦流(conical vortices)生成所致。
整體而言，太陽能光電板在不同風向角情況下，仍是處於不均勻受力。
7. 透過數值模擬方法探討針對建築屋頂有/無加設女兒牆對陣列式太陽能光電之 淨壓力分佈進行探討。由結果發現，針對棚架式裝設的陣列式太陽光電板，
當裝設高度為 3 公尺時，有無女兒牆對於陣列式太陽光電板的淨風壓影響不 大。
8. 透過上下表面壓力積分方式計算陣列式太陽能光電板升力係數(CL)。由結果可 發現最大升力發生於陣列式太陽能光電板第一排且於風向角為 0°~45°區間。
9. 本研究綜整風洞實驗及數值模擬方法之結果，整理如下表 5-1~5-3 之風力係數 建議值，可提供國內相關太陽光電產業做為參考。此表格與「建築物耐風設 計規範及解說」中的表 2.12，煙囪、水塔等之力力係數 Cf有所差異。主因在 於「建築物耐風設計規範及解說」中的表 2.12 係假設風力作用方向與風向平 行，且該幾何外形與太陽光電板之外形亦不一致。
第五章 結論與建議
表 5-1 長寬比為 1/3 情況下，陣列式太陽光電板建議風力係數值
表 5-2 長寬比為 1 情況下，陣列式太陽光電板建議風力係數值
表 5-3 長寬比為 3 情況下，陣列式太陽光電板建議風力係數值
第二節 建議
建議一：
建立太陽能光電板耐風壓設計參考建議值：立即可行建議 主辦機關：內政部營建署
協辦機關：內政部建築研究所、社團法人中華民國風工程學會
由目前的相關規範，太陽能光電設施建置於屋頂上可視為屋頂突出物。
第五章 結論與建議 然而目前僅「建築物耐風設計規範及解說」有針對煙囪及水塔提供風力係數。
由於目前政府機關政策在太陽能光電設施的建置與推廣，仍以建築屋頂主要 對象。因此建議彙整本研究及相關國內外研究成果，提供太陽能光電板耐風 壓設計建議值。
建議二：
建置太陽能光電板不均勻荷載測試及規範：立即可行建議 主辦機關：經濟部能源局
協辦機關：內政部建築研究所、工業技術研究院-量測中心
由本研究結果可得知，單片太陽能光電板於受風的情況下，其上下板面 受力為不均勻負載現象。因此建議針對國內氣候條件，對於太陽能光電板產 品應於前端訂定及建置不均勻負載試驗及規範，可促使國內廠商研發或生產 可耐強風太陽能光電產品。其中太陽能光電板受風負載的不均勻受力可參考 本研究成果。
建議三：
建立太陽能光電板耐風壓設計資料庫：中長期建議 主辦機關：內政部建築研究所
協辦機關：社團法人中華民國風工程學會
由於國內建築物幾何繁多，且各太陽光電廠商針對陣列式太陽光電板的 排列及架設多有變化。由本研究成果已驗證數值模擬方法為一可靠方法，可 用初步評估陣列太陽光電板架設於建築物上的風荷載特性。建議後續可透過 數值模擬之並搭配風洞實驗，持續探討在不同幾何建築及陣列式太陽光電板 的排列方式進行風壓探討，藉以建立太陽光電板耐風壓設計資料庫。