浅析既有建筑太阳能光伏发电系统工程质量

冀东晟　郝晓君　张蓓蓓

摘要：太阳能光伏发电工程适用环境广、安装便利，近年来在国家的大力支持和推动下得到了长足发展。光伏工程施工的质量影响到既有建筑主体结构的安全性，如何提高工程质量是保证光伏工程能否安全使用的关键环节。文章根据参加太阳能光伏发电的工作实践，就既有建筑太阳能光伏发电系统工程质量的影响因素进行了分析。

关键词：太阳能；光伏发电系统；既有建筑；工程质量；建筑主体结构 文献标识码：A

中图分类号：TM615 文章编号：1009-2374（2015）17-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.047

在国家政策的支持下，太阳能光伏发电这种节能、环保的产业得到了蓬勃发展，并且开始向民用建筑领域渗透。目前制约太阳能光伏发电系统在民用建筑上大力推广的重要瓶颈之一就是市场混乱，施工质量不稳定，存在较多影响结构和使用安全的隐患。下面就既有建筑太阳能光伏系统增设或改造过程中出现的主要质量问题作简单阐述。

1 设计方面存在的主要问题

设计过程是对国家规范、标准意志的传递，在设计阶段引入的安全隐患是无法在后续的施工过程中修正的。目前既有建筑太阳能光伏改造工程在设计方面主要存在设计市场行为不规范；设计深度不足；缺少与既有建筑的一体化设计，无结构安全的预算；忽视系统寿命设计四个方面的问题。

1.1 设计市场行为不规范

近年来，我国民用建筑太阳能光伏发电系统工程得到了飞速的发展，随之而来对民用建筑太阳能光伏发电系统设计的需求不断增加，但是具有资质的设计人员和单位数量严重不足。造成很多光伏工程的建设单位违反管理规定选用无资质的设计人员和单位对项目进行设计。甚至为了经济利益选择不具备设计资质的施工单位自行设计施工的情况。这些设计市场的不规范行为必然会给光伏工程埋下严重的安全隐患。

1.2 设计深度不足

在民用建筑太阳能光伏发电系统设计人员综合素质参差不齐，最终图纸上缺少节点大样图和施工详图的情况比比皆是。例如：在防雷接地保护方面，只是粗略地提出要符合《建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）》的要求，但是对于接地节点和系统的具体设置方式和节点没有深化设计，现场施工人员随意施工，太阳能光伏系统的防雷性能很难保证。

1.3 缺少与既有建筑的一体化设计，无结构安全的验算

在既有建筑上增设或改造的太阳能光伏系统的重量会增加建筑荷载，同时安装过程也会对建筑结构、建筑功能及热工性能产生影响。结构工程师在进行设计时，应先调取原建筑主体的设计参数和资料，进行建筑结构安全、建筑电气安全等方面的复核和验算。但是大多数设计单位不进行现场考察，只是根据建设单位提供的数据闭门造车，致使设计图纸缺少和既有建筑的一体化设计，光伏构件与既有建筑锚固的可靠性、既有建筑的承载能力等涉及结构安全的方面均缺少必要的验算，使太阳能光伏系统的安全性和耐久性都不能保证。

1.4 忽视系统寿命设计

设计时常常忽视既有建筑主体的剩余使用年限，在原材料材质和施工工艺的选取上只单方面考虑光伏系统的建设成本，选用的材料材质都是规范要求的下限值，致使光伏系统的使用年限小于建筑主体结构剩余使用年限。在光伏系统使用周期到期后，拆除或加固时造成对原建筑主体的破坏。

2 施工方面存在的主要问题

在施工项目的开展中，由于市场运行规则的不完善和少数企业为追求高额利润不择手段，在施工中偷工减料、管理混乱，致使既有建筑太阳能光伏发电工程施工质量差，给国家和人民财产带来巨大损失。因此，严把施工质量关的任务迫在眉睫。

2.1 光伏发电系统与主体结构锚固连接不按照设计要求施工

施工单位在既有建筑屋面增设太阳能光伏系统时，通常会在不采用任何锚固连接措施的情况下直接将太阳能光伏系统搁置于屋面防水层上（如图1）。

在大风来临时，由于光伏架体没有与既有建筑主体连接，完全靠系统重量抵抗方阵面板在负风压的作用下产生的倾覆力，系统很容易被吹落破坏。近年来由于太阳能光伏系统与主体连接不可靠造成的坠落伤人事故时有发生。光伏系统与主体的连接和锚固必须牢固可靠，连接件与主体结构锚固的承载力应大于连接本身的承载力，任何情况下不允许发生锚固破坏，应有可靠的防松、防脱、防滑措施。需进行结构稳定性、抗滑移和抗倾覆验算确定连接件的承载力，防止偶然因素产生突然破坏。对于抗震设防的地区还应考虑地震作用，地震的动力作用对连接节点会产生较大影响，使连接处发生破坏，甚至使光伏系统脱落，所以除计算地震作用外，还必须加强构造措施。

2.2 架体安装存在的问题

2.2.1 偷工减料降低材料等级。金属支架、连接件等材料具有抵抗固定荷载及外部荷载对建筑物及系统破坏的要求，应采用耐久性好的材料。在施工过程中，部分施工企业利令智昏，盲目降低材料等级，例如降低金属支架、连接件的等级，在风荷载、雪荷载，温度应力的长期作用下，支架及支撑材料由于刚度不足极易发生疲劳破坏造成倾覆、垮塌坠落。

2.2.2 忽视连接部位的防腐处理。金属支架和支撑件是光伏系统的主要受力构件，焊接是主要的连接方式。大部分工人施焊后大多不清渣也不再进行防腐处理。由于可能存在“缝隙”，焊药、杂质、环境腐蚀因素（水、盐分等）更易侵入，腐蚀会很快发生和发展，最终在焊接部位形成架体破坏（如图2）。

在钢结构支架焊接完毕后，必须按照要求进行防腐处理。

2.3 破坏屋面防水层造成主体结构渗漏

太阳能光伏组件在既有建筑屋面主体连接一般采用预埋或后锚固处理来保证连接可靠。以上两种施工模式都必然会对既有建筑屋面的原有防水层造成破坏。如果后续的施工处理不认真必然会造成既有建筑漏水的情况。施工单位常见的问题主要集中在两个方面：（1）光伏组件基座与结构层相连时，防水层未包到基座和金属埋件的上部，没有形成较高的泛水；（2）地脚螺栓周围缝隙未作密封处理，造成主体结构渗水。

为避免雨水从开口处渗入防水层下部，应做好收头处理，例如支架基座部位应做附加防水层，附加层宜空铺，空铺宽度不应小于200mm。

2.4 擅自取消保护人身安全的防护措施

一般情况下，建筑的设计寿命是光伏系统运行系统寿命的2～3倍，光伏面板等组件的保养和更换是必不可少的，所以设置维修通道和围栏也是必不可少的。施工单位擅自取消安全防护措施，对后续维护造成极大的安全隐患的情况屡见不鲜。

2.5 防雷接地不可靠

经过统计，高空坠落和受雷击是太阳能光伏系统在后期使用过程中最常见的两种危害。太阳能光伏发电系统金属构件较多，且安装位置普遍高于楼顶避雷针及避雷带的高度，如无有效的防雷措施，很容易成为雷击的目标。轻则设备爆炸烧毁，重则直接电击伤人。但是很多施工企业不以为然，不按照设计和规范要求设置防雷接地系统。

3 结语

从上述的内容我们可以看出，为了保证既有建筑太阳能光伏发电系统的施工质量应该做到以下两个方面：一方面要加强民用建筑光伏系统设计的监督审查，以确保在既有建筑进行太阳能光伏发电工程改造的工程设计，做到统一规划、同步设计、同步施工、同步验收；另一方面就是加强施工管理，确保在施工过程中能严格地按照国家标准、规范和设计文件的要求进行施工。

参考文献

[1] 太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程（J 11496-2009）[S].

[2] 罗多，尹平.青岛火车站BIPV并网光伏发电系统设计与应用[J].新材料产业，2010，（2）.

[3] 曾雁，仲继寿，张磊.解读《民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范》中的强制性条文[J].新材料产业，2010，（2）.

[4] 建筑太阳能光伏系统设计与安装（10J908-5）[S].

[5] 民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范（JGJ 203-2010）[S].

作者简介：冀东晟（1982-），男（蒙古族），山西人，内蒙古乌兰察布市建设工程质量监督检测站工程师，研究方向：民用建筑监督管理。

（责任编辑：秦逊玉）