浅谈金属屋面光伏发电系统的安装

浙江正泰新能源开发有限公司 周承军 杨林 罗易

一 引言

目前，在世界各国的大力扶持和相关政策的鼓励下，光伏产业得到迅猛发展，光伏组件的成本也大幅降低。2009年，我国陆续启动了“金太阳”和光电建筑示范项目，使得国内光伏市场迅速启动。

我国东部地区经济发达，用电量大，有着大量的建筑屋顶可用于安装光伏电站，非常适合于“金太阳”和光电建筑工程示范项目的应用推广。通过工业厂房屋顶和建筑推广建设并网光伏电站，不仅能缓解东部地区缺电的现状，改善能源结构，还可促进当地产业的升级。

笔者所在的浙江正泰太阳能科技有限公司申报并安装了十余项金太阳工程和光电建筑示范项目，其中浙江长兴中钢2MW工程、杭州东站10MW工程等项目都是安装在厂房的金属屋面上。现将光伏电站在金属屋面上的安装和维护情况进行分析，为今后的推广应用提供参考。

二 金属屋面的分类

金属屋面系统又称高级金属屋面系统，是以具有自保性防腐能力、轻质、高强、耐久的钛锌、铜、钛、镀铝锌彩板等金属薄板及铝合金、不锈钢薄板作为面材的建筑屋面系统。根据系统分类应用较广泛的主要有以下几种系统。

1 立边咬合系统

无论何种建筑形状，均能完全咬合接缝，整个屋面无钉孔，既可使屋面在温度变化时自由伸缩，避免温度应力，又杜绝了由系统螺钉固定方式所造成的漏水隐患。立边咬合屋面示意图如图1所示。

图1 立边咬合屋面示意图

2 直立锁边系统

基于直立锁边咬合设计的特殊板形的金属板块，在屋面上看不见任何穿孔，这种板块的咬合过程无需人力，完全由机械自动完成，这种设计广泛应用于大跨度自支承式密合安装体系。直立锁边屋面示意图如图2所示。

图2 直立锁边屋面示意图

3 压型板系统

适用于简易屋面构造，在薄板金属屋面系统中，是最为经济的系统，广泛用于民用公共建筑及工业建筑的屋顶。

三 组件安装布置

1 承重荷载计算

由于光伏电池板、支架、电缆等相关组件的安装，引起屋面荷载增加。光伏相关组件设计运行寿命为25年，根据《建筑结构荷载规范》，由光伏相关组件带来的屋面荷载增加计为恒荷载，通常取值0.2kN/m2。

根据建筑荷载组合理论对屋面板、檩条、钢架等结构件的强度、刚度、稳定性进行验算，如能通过验算，即可满足承重要求。反之，考虑合理的加固措施。

2 组件布置要求

对有女儿墙的屋面，太阳能方阵的最南侧离屋面女儿墙要保持一定距离，以避开阴影。同时，在布置光伏电池板时还需考虑屋面设备产生的阴影，对南北坡、东西坡需考虑接收辐射量的不同，进行布置上的分割。在按一定数量布置光伏组件阵列时，需考虑留有一定的施工和检修通道。

四 安装形式

光伏电池板的安装通过与屋面连接的转接件和金属导轨连接，在安装好光伏组件后，屋面以上荷载通过转接件直接作用在金属屋面板上。根据屋面板能承受荷载的极限能力，同时考虑支架的材料用量，通常分为单层导轨和双层导轨两种安装形式。

1 单层导轨

电池板安装导轨通过夹具与金属屋面连接，夹具分布在屋面板下方各个位置，光伏板荷载和雪荷载直接通过夹具传递到金属屋面板上。在夹具位于金属屋面板跨中的位置，屋面板形变最大，超过一定范围可能有漏水的风险。但该安装方式支架用量较少，成本较低。

图3 单层导轨

2 双层导轨

双层导轨的安装方式，即在电池板和屋面之间安装有主梁和次梁，夹具可设计在屋内檩条投影位置，这样光伏板荷载和雪荷载通过夹具直接作用在刚度加大的檩条上，此法屋面板受力形变最小，但用材较多，造价略高。

图4 双层导轨安装

五 支架设计

1 夹具选择

夹具的设计需按照金属屋面板板型剖面精心设计，达到咬合充分、受力稳定的要求。通常选择立边咬合系统和直立锁边系统屋面进行安装，安装时无需另行开孔，确保防水的可靠性。安装好的夹具需抵抗最不利风荷载吸力的作用，通常采用做拉拔力实验验证其稳定性。

图5 针对不同板型的设计的夹具

2 导轨选择

导轨的设计考虑电池板安装的高效性，还需验算导轨的强度和刚度。精巧的导轨与夹具之间的安装节点设计，以及电池板的快速安装设计都能有效提高施工效率。直插式的安装压块和摩擦型的导轨安装节点设计分别如图3、图4所示。

图6 直插式的安装压块

图7 摩擦型的导轨节点

六 总结

在金属屋面安装光伏光伏发电系统，可针对金属屋面的形式，采用不同的支架安装方式，同时还需精心优化各设计与施工环节，使安装的光伏支架与组件不影响原建筑的使用功能。

[1]王长贵, 王斯成. 太阳能光伏发电实用技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005.

[2]冯垛生, 张淼, 赵慧, 等. 太阳能发电技术与应用[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2009.