一、研究動機與目的
太陽能光電板容易遭颱風吹落而造成危險，本研究掌握社會需求，延續前(104)年自行研究「屋頂型太陽能光電板風阻形狀係數研究」，及工研院綠能所提議，目前國內太陽能光電板支架以鋁支架為主，該材質與型式對於抗風程度，一直以來無相關規範可循，爰本研究以單片太陽能板建置模型，於不同風速與環境條件，量測不同型式支架受風情形，最後分析計算結構應力分配（含基座、直橫料、斜撐、扣件夾具、壓板等），整理提出對策供設計參考應用。
二、研究方法
本研究採單片光電板，考量儀器設備限制，分別以1/10風力、1/5風壓模型，求取風力、風壓係數後，按照應力分配估算支架受力。
本研究重點著重後續支架評估與計算，藉由風力模型、風壓模型、全尺寸等，進行風力、風壓量測，分組規劃如表1及表2所示。
表1試驗條件
表2試驗分組內容表
三、試驗結果
本文僅列出部分結果以供探討，各組詳細圖說請下載報告全文，網址https://ws.moi.gov.tw/001/Upload/OldFile_Abri_Gov/tw/research/show/2612。
(1)單片型光電板風力試驗
由於光電板縮尺模型 1/0在本所風洞內相對較小，在低風速（<10m/s）的風場裡面，所得到的數值都偏小，因此直接將風速相對調高，之後再換算成無因次化，如此並不會受到風速的影響，受力分布圖與試驗結果如圖1及圖2。
圖1單片型光電板風力試驗受力分布示意圖
圖2單片型光電板風力試驗結果
單片型光電板風壓試驗
有關單片型1×1風壓模型量測壓力係數相對最大值結果，整理如下：
正面Cp-m=-0.27～-3.40
反面Cp-m=0.57～-1.42
淨風壓Cpn=-0.37～-3.28
各壓力孔位相對最大值，正值為直接受風壓力，負值為逆壓力。進行支架結構分析時，可以參考本次試驗結果來進行，各測點孔位的相對最大值，僅可供為參考，其原因在於各測點的壓力值並非剛好在同一孔位的上下位置，再加上孔位間受到壓力管線佈設的影響，對於該數值結果，就會有相當大的差異。某些孔位剛好在角落邊，所得風壓甚高（Cp-m＞3），倘若直接採用計算，結果將導致過於保守，而較不合理。
若能將該單片型1×1風壓模型分區，將支架的受壓（拉）力區域，區分成正面A1、A2、A3、A4，反面B1、B2、B3、B4(如圖3)，對於均佈承受風壓，才能算是合理。
經計算Cpn-a=正面平均Cp-u－反面平均Cp-l
因此，
Cpn-a(A1/B1)=-0.31～-0.70
Cpn-a(A2/B2)=-0.06～-0.70
Cpn-a(A3/B3)=-0.51～-0.93
Cpn-a(A3/B3)=-0.43～-0.86
該結果顯示，A3/B3、A4/B4後端（支撐端）的受力高於A1/B1、A2/B2後端（支撐端），與風場受力相符，主因在於後端抬高使受風面積變大，當然受風壓一定較大，亦顯示試驗結果合理。
圖3單片型光電板風壓分布示意圖
實尺寸組裝
為求模型與實尺寸物件間的差異，本研究也選購一組單片型的支系統及模組，實際組立圖說如表3。原本預定置入風洞進行量測，但如何在不破壞物件的條件下進行抗風量測，對於風力量測儀器設備並無法滿足，而若要採用風壓量測儀器設備，對於壓力管線的佈設又無法克服。因此，本研究即先將其組立完成，從中瞭解組立的過程，進而提出相關建議。至於抗風量測，則可列於後續研究再來思考如何進行。
表3試驗計畫與結果-單片型實尺寸
計算與推導
本示範案例採用計算單片型太陽能板支架之結構組成，大致上可分為3個部分，分別為基礎、支撐架及太陽能電池組件。風速條件假設光電板設置5層(H=15m)樓建築物平屋頂上，所處台南安平沿海地區為C地況（α=0.15），經查「建築物耐風設計規範與解說」基本設計風速為37.5m/s，換算高度15m處之實際高度風速為：
- 空氣密度 ( kg/ m3 )=1.165( kg/ m3 ) (當氣溫30℃時)
經參考國內外規範、文獻與研究作法，再由本研究模型試驗後，吾人認為可以建立「太陽能板光電板風力設計對策」（如圖6），對於目前尚無明確規範的太陽能光電板，應可提供給設計使用者的參考。
圖6太陽能板光電板風力設計對策圖
四、研究發現
(1)試驗結果可知光電板的抗風，應以負風壓為主。坊間有單位或廠商以門窗抗風、衝擊試驗等來瞭解光電板模組本身的正向抗壓能力（僅進行單方向試驗），但卻忽略負風壓對光電板模組的影響。
(2)在60m/s（約17級）的條件下，光電板模組若僅靠4個扣件夾具固定，導致光電板模組被風吹走，支架卻還固定在地面或屋頂上。因此，提昇材料強度（如改用強度較高的鋼材）、夾具扣件數量、固定方式的改變（將光電板改以訂製框架與預留結合孔位）、降低周遭風場影響，才能增加抗風的能力，至於要加到何種程度才算足夠，就要依照設計條件來計算，畢竟要遇到超過16、17級風的機率到底有多高，實在難預料。
(3)對於斜屋頂建築物上的光電板抗風設計，建議可直接與斜屋頂的建築物併同考量，惟前提應掌握足以視為可一同變形之結構行為。
五、結論
不論風力或風壓對於支架的影響，恐怕不是單純的進行支架以類似材料拉拔試驗方式來進行，而應該注意對於力量分配至鋁合金材料本身或者扣件位置，甚至後續在管理維護上的作為。本研究所提「太陽能板光電板風力設計對策」可提供設計前、施工中、施工後的參考。
目前國內尚無針對各類型光電板抗風檢測規範，建議未來應採納依據近年本研究所提風阻係數、支架評估方式等，完整建立單片太陽能光電板抗風檢測及評估方法供作設計參考。