超大型弧度曲面型屋顶光伏发电系统施工关键技术研究

闫建国 康顺

摘要：本文通过对科威特国际机场新航站楼项目机场曲面型屋顶光伏发电系统的安装施工，阐述了在异形屋面上安装光伏组件所采取的施工技术和措施，指出该技术解决了曲屋面如何布局光伏面板的难题，具有显著的经济效益与环境效益。

【关键字】曲面型屋面，光伏发电，施工技术

引言：目前，大部分分布式光伏发电系统方案仍停留在典型屋面，如水平面屋顶、弧度很小的拱形屋顶上，而在大型或超大型带弧度的曲面屋顶的光伏发电系统施工安装方案上却很少涉及到。因此，研究大型曲面屋顶光伏发电系统的施工方案具有很大的实用价值。此外，在屋顶装设分布式太阳能发电系统，还能就近解决建筑物部分用电设备的用电问题，并且还可以作为紧急备用电源，在紧急时刻供电。并且分布式光伏发电系统是一种新型的、具有广阔发展前景的发电形式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。有（1）输出功率相对较小;（2）污染小、环保效益突出;（3）在一定程度上缓解局地的用电紧张状况，特别是用电高峰期，（4）可以发电与用电并存;（5）系统相互独立，可自行控制，避免发生大规模停电事故，安全性高;（6）无需专门建配电站，降低或避免附加的输配电成本;（7）调峰性能好，操作简单;（8）参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动等优点。

一、项目概况

科威特国际机场新航站楼位于Farwaniyah 208号公路附近，距离科威特城15.5公里，整个机场占地14万平方米。机场总体高度约39米，共计四层及一个地下部分。本项目我司主要承包机电安装分包工程，主要包括东区电气、东区机械、变电站工程、UPS&CBS、屋顶光伏发电系统、照明及照明控制系统，其中，光伏发电系统安装于机场屋顶，其容量约为20MWp。

二、工艺原理

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、并网柜和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。本项目屋面光伏发电系统通过深化设计，采用定型加工夹具及支架，最终要达到光伏组件的有效光照面积最大，同时又兼顾整体建筑效果，有效的解决了曲屋面装饰安装一体化难题。

三、施工方法

1、 夹具安装

科威特国际机场新航站楼屋面为金属曲面，光伏发电系统要安装在金属屋面上，一般采用夾具固定的方式。由于是不同的金属屋面，屋面波峰往往不同，夹具的安装方式也不同，需要专门设计、专门定做，正常情况下可与屋面设计厂家或屋面材料供应商进行沟通，确定夹具的形式。根据施工图纸找出每个夹具的固定点。一般采取细铁丝放线，首先找出第一行两端夹具固定点，将夹具安装在金属屋面波峰上，然后将细铁丝固定在夹具孔上。沿着拉直的细铁丝、固定间距（一般为间隔固定波峰数量）将夹具安装在波峰上。找出第二行夹具安装位置，依照上述方法将夹具全部固定在金属屋面波峰上。由于屋面波峰原材料大多数为金属，在夹具材料的选择时要注意不可选择能与屋面发生原电池化学反应的材料。

2、支架安装

首先应根据施工图纸，确定好铝型材的切割长度，做好标准样。下料时应夹紧，定位夹紧要平行、准确、稳定，型材底部与定位平台之间严密无间隙。其次，要保证型材表面清洁无异物，保证各类工件表面要清洁，不得被水、油、灰尘等污染。再次，型材表面应光滑，不允许有裂痕等及影响使用的杂质。最后，要及时清除定位台面上的边角废料和碎屑杂物。光伏支架安装， 首先要将支架吊装至金属屋面上，底下应垫好毛毡，放好木板，然后再将光伏支架整齐的摆放在木板上，以免支架划伤屋面。其次，光伏支架一般采用不锈钢螺栓与夹具进行连接，先将铝型材放置在夹具上，然后通过螺栓将支架固定在夹具上。安装光伏支架时，应该注意光伏支架的间距，一般采用钢尺测量距离。最后，光伏支架安装完成后， 检查光伏支架布局是否整齐美观，排列有序。

3、光伏组件安装

本项目屋面为金属屋面， 一般情况下，在金属屋面运输光伏组件，在将组件箱子拆开后，需把每块组件四角用纸护角包好，将单块组件牢固平稳的吊装至金属屋顶，如果金属屋面的承重能力较强，也可将整箱组件吊装至金属屋面，然后再分开放置。两人将组件平稳抬出，摆放至支架，使用单边压块或双边压块来安装，组件与光伏支架（铝型材）的凹槽，使用不锈钢螺栓固定。具体步骤为：将组件间隙调整适当后， 用压块将组件进行固定，这样第一块组件就安装完毕。照此顺 序从下至上将所有电池组件依次安装到支架上，安装最后一个组件的时候，将压块装好，并用不锈钢螺栓紧固，整个安装过程就此结束。光伏组件安装时，应该先安装固定好该行光伏组件两端的组件，然后拉起细线，安装该行光伏组件需要将组件前沿与细线齐平，在安装时，也应拉线，保证光伏组件横竖有序。

4、桥架、导管安装

金属屋面上桥架安装，将桥架固定在铝合金支座上，底部桥架与支座做隔离，沿着屋面波峰到检修口。室内桥架安装先依据施工图设计及桥架规格进行放线定位，确定好支架的固定位置，做好标记，然后依照测量尺寸作桥架支架。室内桥架安装需做防腐处理。桥架直线段连接应采用连接板。用镀锌螺栓紧固，连接处缝隙应严密平齐。从检修口穿管，用于光伏线缆进户。

5、电缆敷设

电缆敷设前作好技术交底，列出详细电缆表，表中要注明每个回路电缆的型号、规格、走向、起始设备名称。电缆敷设前应对电缆的电压等级、型号、规格等进行核实，满足施工图设计要求。绝缘层无扭曲、坏损等现象。并用l 000 V摇表进行绝缘检测，作好施工记录。电缆敷设到位后挂上统 一规格的标识牌，对电缆的编号、走向必须写在标识牌上。屋面光伏专用电缆先沿铝型材走线，用镀锌扎丝固定在铝型材上，所有光伏专用电缆汇集后，穿D80的镀锌钢管从检修口进人室内，进入室内后，电缆沿桥架敷设至组串式逆变器，电缆敷设完后，分回路进行相问、相地、相零绝缘测试，作好施工记录。

6、逆变器、汇流箱安装

设备进场的开箱检查，由建设单位、监理单位、总承包单位 和专业分包单位共同参加，核对清单所列设备的规格、型号、数 量、附件、合格证、产品技术说明书等。应与实物相符，并符合施 工图设计要求，方可填写设备进场检验报告。逆变器、汇流箱采用室内式安装，箱体做防锈、防腐处理，防护等级为IP65及以上;工作环境：一25℃～40℃环境温度;外饰铭牌采用单独 记号处理，方便以后维护。 汇流箱或逆变器根据现场情况，可在屋顶夹层内部采用壁挂式的形式安装在立柱上。

7、交、直流配电柜安装

设备进场的开箱检查，由建设单位、监理单位、总承包单位和专业分包单位共同参加，核对清单所列设备的规格、型号、数量、附件、合格证、产品技术说明书等。应与实物相符，并符合施工图设计要求，方可填写设备进场检验报告。一般情况下，交直流配电柜后侧距离墙壁为1m左右，左侧或右侧距离墙壁为1.2 m左右。基础型钢多采用10号槽钢，设备与槽钢采用M12的镀锌螺栓固定。槽钢与预埋接地镀锌扁钢焊接，接地点一般不得少于两点。交、直流配电柜内设防雷系统，防雷接地与 PE线连接，PE线与配电室内的接地装置连接。按交、直流配电柜系统图设计要求敷设电缆。引入配电柜内的电缆应排列整齐，编号清晰。

四、结束语

本文通过对屋面屋顶光伏施工技术的介绍，采用专用夹具布置曲面波峰、支架和光伏组件，增加了光伏组件的最大有效光照面积，又兼具了工程整体美观性，解决了曲型屋面如何布局光伏面板的难题，经济效益和环境效益显著，为类似工程提供借鉴。

参考文献：

[1]高佩杰 光伏屋顶工程施工技术[期刊论文]-工程质量 2012（02）.

[2]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[期刊论文]-新材料产业 2010（02）

[3]民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范 2010