浙江正泰新能源開(kāi)發(fā)有限公司 周承軍 楊林 羅易

一 引言

目前，在世界各國(guó)的大力扶持和相關(guān)政策的鼓勵(lì)下，光伏產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，光伏組件的成本也大幅降低。2009年，我國(guó)陸續(xù)啟動(dòng)了“金太陽(yáng)”和光電建筑示范項(xiàng)目，使得國(guó)內(nèi)光伏市場(chǎng)迅速啟動(dòng)。

我國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，用電量大，有著大量的建筑屋頂可用于安裝光伏電站，非常適合于“金太陽(yáng)”和光電建筑工程示范項(xiàng)目的應(yīng)用推廣。通過(guò)工業(yè)廠房屋頂和建筑推廣建設(shè)并網(wǎng)光伏電站，不僅能緩解東部地區(qū)缺電的現(xiàn)狀，改善能源結(jié)構(gòu)，還可促進(jìn)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

筆者所在的浙江正泰太陽(yáng)能科技有限公司申報(bào)并安裝了十余項(xiàng)金太陽(yáng)工程和光電建筑示范項(xiàng)目，其中浙江長(zhǎng)興中鋼2MW工程、杭州東站10MW工程等項(xiàng)目都是安裝在廠房的金屬屋面上。現(xiàn)將光伏電站在金屬屋面上的安裝和維護(hù)情況進(jìn)行分析，為今后的推廣應(yīng)用提供參考。

二 金屬屋面的分類

金屬屋面系統(tǒng)又稱高級(jí)金屬屋面系統(tǒng)，是以具有自保性防腐能力、輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久的鈦鋅、銅、鈦、鍍鋁鋅彩板等金屬薄板及鋁合金、不銹鋼薄板作為面材的建筑屋面系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)分類應(yīng)用較廣泛的主要有以下幾種系統(tǒng)。

1 立邊咬合系統(tǒng)

無(wú)論何種建筑形狀，均能完全咬合接縫，整個(gè)屋面無(wú)釘孔，既可使屋面在溫度變化時(shí)自由伸縮，避免溫度應(yīng)力，又杜絕了由系統(tǒng)螺釘固定方式所造成的漏水隱患。立邊咬合屋面示意圖如圖1所示。

圖1 立邊咬合屋面示意圖

2 直立鎖邊系統(tǒng)

基于直立鎖邊咬合設(shè)計(jì)的特殊板形的金屬板塊，在屋面上看不見(jiàn)任何穿孔，這種板塊的咬合過(guò)程無(wú)需人力，完全由機(jī)械自動(dòng)完成，這種設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用于大跨度自支承式密合安裝體系。直立鎖邊屋面示意圖如圖2所示。

圖2 直立鎖邊屋面示意圖

3 壓型板系統(tǒng)

適用于簡(jiǎn)易屋面構(gòu)造，在薄板金屬屋面系統(tǒng)中，是最為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，廣泛用于民用公共建筑及工業(yè)建筑的屋頂。

三 組件安裝布置

1 承重荷載計(jì)算

由于光伏電池板、支架、電纜等相關(guān)組件的安裝，引起屋面荷載增加。光伏相關(guān)組件設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命為25年，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，由光伏相關(guān)組件帶來(lái)的屋面荷載增加計(jì)為恒荷載，通常取值0.2kN/m2。

根據(jù)建筑荷載組合理論對(duì)屋面板、檁條、鋼架等結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，如能通過(guò)驗(yàn)算，即可滿足承重要求。反之，考慮合理的加固措施。

2 組件布置要求

對(duì)有女兒墻的屋面，太陽(yáng)能方陣的最南側(cè)離屋面女兒墻要保持一定距離，以避開(kāi)陰影。同時(shí)，在布置光伏電池板時(shí)還需考慮屋面設(shè)備產(chǎn)生的陰影，對(duì)南北坡、東西坡需考慮接收輻射量的不同，進(jìn)行布置上的分割。在按一定數(shù)量布置光伏組件陣列時(shí)，需考慮留有一定的施工和檢修通道。

四 安裝形式

光伏電池板的安裝通過(guò)與屋面連接的轉(zhuǎn)接件和金屬導(dǎo)軌連接，在安裝好光伏組件后，屋面以上荷載通過(guò)轉(zhuǎn)接件直接作用在金屬屋面板上。根據(jù)屋面板能承受荷載的極限能力，同時(shí)考慮支架的材料用量，通常分為單層導(dǎo)軌和雙層導(dǎo)軌兩種安裝形式。

1 單層導(dǎo)軌

電池板安裝導(dǎo)軌通過(guò)夾具與金屬屋面連接，夾具分布在屋面板下方各個(gè)位置，光伏板荷載和雪荷載直接通過(guò)夾具傳遞到金屬屋面板上。在夾具位于金屬屋面板跨中的位置，屋面板形變最大，超過(guò)一定范圍可能有漏水的風(fēng)險(xiǎn)。但該安裝方式支架用量較少，成本較低。

圖3 單層導(dǎo)軌

2 雙層導(dǎo)軌

雙層導(dǎo)軌的安裝方式，即在電池板和屋面之間安裝有主梁和次梁，夾具可設(shè)計(jì)在屋內(nèi)檁條投影位置，這樣光伏板荷載和雪荷載通過(guò)夾具直接作用在剛度加大的檁條上，此法屋面板受力形變最小，但用材較多，造價(jià)略高。

圖4 雙層導(dǎo)軌安裝

五 支架設(shè)計(jì)

1 夾具選擇

夾具的設(shè)計(jì)需按照金屬屋面板板型剖面精心設(shè)計(jì)，達(dá)到咬合充分、受力穩(wěn)定的要求。通常選擇立邊咬合系統(tǒng)和直立鎖邊系統(tǒng)屋面進(jìn)行安裝，安裝時(shí)無(wú)需另行開(kāi)孔，確保防水的可靠性。安裝好的夾具需抵抗最不利風(fēng)荷載吸力的作用，通常采用做拉拔力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其穩(wěn)定性。

圖5 針對(duì)不同板型的設(shè)計(jì)的夾具

2 導(dǎo)軌選擇

導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)考慮電池板安裝的高效性，還需驗(yàn)算導(dǎo)軌的強(qiáng)度和剛度。精巧的導(dǎo)軌與夾具之間的安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，以及電池板的快速安裝設(shè)計(jì)都能有效提高施工效率。直插式的安裝壓塊和摩擦型的導(dǎo)軌安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)分別如圖3、圖4所示。

圖6 直插式的安裝壓塊

圖7 摩擦型的導(dǎo)軌節(jié)點(diǎn)

六 總結(jié)

在金屬屋面安裝光伏光伏發(fā)電系統(tǒng)，可針對(duì)金屬屋面的形式，采用不同的支架安裝方式，同時(shí)還需精心優(yōu)化各設(shè)計(jì)與施工環(huán)節(jié)，使安裝的光伏支架與組件不影響原建筑的使用功能。

[1]王長(zhǎng)貴, 王斯成. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[2]馮垛生, 張淼, 趙慧, 等. 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)與應(yīng)用[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2009.