超大型弧度曲面型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)施工關(guān)鍵技術(shù)研究

閆建國 康順

摘要：本文通過對科威特國際機場新航站樓項目機場曲面型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝施工，闡述了在異形屋面上安裝光伏組件所采取的施工技術(shù)和措施，指出該技術(shù)解決了曲屋面如何布局光伏面板的難題，具有顯著的經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

【關(guān)鍵字】曲面型屋面，光伏發(fā)電，施工技術(shù)

引言：目前，大部分分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)方案仍停留在典型屋面，如水平面屋頂、弧度很小的拱形屋頂上，而在大型或超大型帶弧度的曲面屋頂?shù)墓夥l(fā)電系統(tǒng)施工安裝方案上卻很少涉及到。因此，研究大型曲面屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)的施工方案具有很大的實用價值。此外，在屋頂裝設(shè)分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，還能就近解決建筑物部分用電設(shè)備的用電問題，并且還可以作為緊急備用電源，在緊急時刻供電。并且分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電形式，它倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則，有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題。有（1）輸出功率相對較小;（2）污染小、環(huán)保效益突出;（3）在一定程度上緩解局地的用電緊張狀況，特別是用電高峰期，（4）可以發(fā)電與用電并存;（5）系統(tǒng)相互獨立，可自行控制，避免發(fā)生大規(guī)模停電事故，安全性高;（6）無需專門建配電站，降低或避免附加的輸配電成本;（7）調(diào)峰性能好，操作簡單;（8）參與運行的系統(tǒng)少，啟?？焖?，便于實現(xiàn)全自動等優(yōu)點。

一、項目概況

科威特國際機場新航站樓位于Farwaniyah 208號公路附近，距離科威特城15.5公里，整個機場占地14萬平方米。機場總體高度約39米，共計四層及一個地下部分。本項目我司主要承包機電安裝分包工程，主要包括東區(qū)電氣、東區(qū)機械、變電站工程、UPS&CBS、屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)、照明及照明控制系統(tǒng)，其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝于機場屋頂，其容量約為20MWp。

二、工藝原理

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽能電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、并網(wǎng)柜和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護(hù)簡便。本項目屋面光伏發(fā)電系統(tǒng)通過深化設(shè)計，采用定型加工夾具及支架，最終要達(dá)到光伏組件的有效光照面積最大，同時又兼顧整體建筑效果，有效的解決了曲屋面裝飾安裝一體化難題。

三、施工方法

1、 夾具安裝

科威特國際機場新航站樓屋面為金屬曲面，光伏發(fā)電系統(tǒng)要安裝在金屬屋面上，一般采用夾具固定的方式。由于是不同的金屬屋面，屋面波峰往往不同，夾具的安裝方式也不同，需要專門設(shè)計、專門定做，正常情況下可與屋面設(shè)計廠家或屋面材料供應(yīng)商進(jìn)行溝通，確定夾具的形式。根據(jù)施工圖紙找出每個夾具的固定點。一般采取細(xì)鐵絲放線，首先找出第一行兩端夾具固定點，將夾具安裝在金屬屋面波峰上，然后將細(xì)鐵絲固定在夾具孔上。沿著拉直的細(xì)鐵絲、固定間距（一般為間隔固定波峰數(shù)量）將夾具安裝在波峰上。找出第二行夾具安裝位置，依照上述方法將夾具全部固定在金屬屋面波峰上。由于屋面波峰原材料大多數(shù)為金屬，在夾具材料的選擇時要注意不可選擇能與屋面發(fā)生原電池化學(xué)反應(yīng)的材料。

2、支架安裝

首先應(yīng)根據(jù)施工圖紙，確定好鋁型材的切割長度，做好標(biāo)準(zhǔn)樣。下料時應(yīng)夾緊，定位夾緊要平行、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，型材底部與定位平臺之間嚴(yán)密無間隙。其次，要保證型材表面清潔無異物，保證各類工件表面要清潔，不得被水、油、灰塵等污染。再次，型材表面應(yīng)光滑，不允許有裂痕等及影響使用的雜質(zhì)。最后，要及時清除定位臺面上的邊角廢料和碎屑雜物。光伏支架安裝， 首先要將支架吊裝至金屬屋面上，底下應(yīng)墊好毛氈，放好木板，然后再將光伏支架整齊的擺放在木板上，以免支架劃傷屋面。其次，光伏支架一般采用不銹鋼螺栓與夾具進(jìn)行連接，先將鋁型材放置在夾具上，然后通過螺栓將支架固定在夾具上。安裝光伏支架時，應(yīng)該注意光伏支架的間距，一般采用鋼尺測量距離。最后，光伏支架安裝完成后， 檢查光伏支架布局是否整齊美觀，排列有序。

3、光伏組件安裝

本項目屋面為金屬屋面， 一般情況下，在金屬屋面運輸光伏組件，在將組件箱子拆開后，需把每塊組件四角用紙護(hù)角包好，將單塊組件牢固平穩(wěn)的吊裝至金屬屋頂，如果金屬屋面的承重能力較強，也可將整箱組件吊裝至金屬屋面，然后再分開放置。兩人將組件平穩(wěn)抬出，擺放至支架，使用單邊壓塊或雙邊壓塊來安裝，組件與光伏支架（鋁型材）的凹槽，使用不銹鋼螺栓固定。具體步驟為：將組件間隙調(diào)整適當(dāng)后， 用壓塊將組件進(jìn)行固定，這樣第一塊組件就安裝完畢。照此順 序從下至上將所有電池組件依次安裝到支架上，安裝最后一個組件的時候，將壓塊裝好，并用不銹鋼螺栓緊固，整個安裝過程就此結(jié)束。光伏組件安裝時，應(yīng)該先安裝固定好該行光伏組件兩端的組件，然后拉起細(xì)線，安裝該行光伏組件需要將組件前沿與細(xì)線齊平，在安裝時，也應(yīng)拉線，保證光伏組件橫豎有序。

4、橋架、導(dǎo)管安裝

金屬屋面上橋架安裝，將橋架固定在鋁合金支座上，底部橋架與支座做隔離，沿著屋面波峰到檢修口。室內(nèi)橋架安裝先依據(jù)施工圖設(shè)計及橋架規(guī)格進(jìn)行放線定位，確定好支架的固定位置，做好標(biāo)記，然后依照測量尺寸作橋架支架。室內(nèi)橋架安裝需做防腐處理。橋架直線段連接應(yīng)采用連接板。用鍍鋅螺栓緊固，連接處縫隙應(yīng)嚴(yán)密平齊。從檢修口穿管，用于光伏線纜進(jìn)戶。

5、電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)前作好技術(shù)交底，列出詳細(xì)電纜表，表中要注明每個回路電纜的型號、規(guī)格、走向、起始設(shè)備名稱。電纜敷設(shè)前應(yīng)對電纜的電壓等級、型號、規(guī)格等進(jìn)行核實，滿足施工圖設(shè)計要求。絕緣層無扭曲、壞損等現(xiàn)象。并用l 000 V搖表進(jìn)行絕緣檢測，作好施工記錄。電纜敷設(shè)到位后掛上統(tǒng) 一規(guī)格的標(biāo)識牌，對電纜的編號、走向必須寫在標(biāo)識牌上。屋面光伏專用電纜先沿鋁型材走線，用鍍鋅扎絲固定在鋁型材上，所有光伏專用電纜匯集后，穿D80的鍍鋅鋼管從檢修口進(jìn)人室內(nèi)，進(jìn)入室內(nèi)后，電纜沿橋架敷設(shè)至組串式逆變器，電纜敷設(shè)完后，分回路進(jìn)行相問、相地、相零絕緣測試，作好施工記錄。

6、逆變器、匯流箱安裝

設(shè)備進(jìn)場的開箱檢查，由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、總承包單位 和專業(yè)分包單位共同參加，核對清單所列設(shè)備的規(guī)格、型號、數(shù) 量、附件、合格證、產(chǎn)品技術(shù)說明書等。應(yīng)與實物相符，并符合施 工圖設(shè)計要求，方可填寫設(shè)備進(jìn)場檢驗報告。逆變器、匯流箱采用室內(nèi)式安裝，箱體做防銹、防腐處理，防護(hù)等級為IP65及以上;工作環(huán)境：一25℃～40℃環(huán)境溫度;外飾銘牌采用單獨 記號處理，方便以后維護(hù)。 匯流箱或逆變器根據(jù)現(xiàn)場情況，可在屋頂夾層內(nèi)部采用壁掛式的形式安裝在立柱上。

7、交、直流配電柜安裝

設(shè)備進(jìn)場的開箱檢查，由建設(shè)單位、監(jiān)理單位、總承包單位和專業(yè)分包單位共同參加，核對清單所列設(shè)備的規(guī)格、型號、數(shù)量、附件、合格證、產(chǎn)品技術(shù)說明書等。應(yīng)與實物相符，并符合施工圖設(shè)計要求，方可填寫設(shè)備進(jìn)場檢驗報告。一般情況下，交直流配電柜后側(cè)距離墻壁為1m左右，左側(cè)或右側(cè)距離墻壁為1.2 m左右?；A(chǔ)型鋼多采用10號槽鋼，設(shè)備與槽鋼采用M12的鍍鋅螺栓固定。槽鋼與預(yù)埋接地鍍鋅扁鋼焊接，接地點一般不得少于兩點。交、直流配電柜內(nèi)設(shè)防雷系統(tǒng)，防雷接地與 PE線連接，PE線與配電室內(nèi)的接地裝置連接。按交、直流配電柜系統(tǒng)圖設(shè)計要求敷設(shè)電纜。引入配電柜內(nèi)的電纜應(yīng)排列整齊，編號清晰。

四、結(jié)束語

本文通過對屋面屋頂光伏施工技術(shù)的介紹，采用專用夾具布置曲面波峰、支架和光伏組件，增加了光伏組件的最大有效光照面積，又兼具了工程整體美觀性，解決了曲型屋面如何布局光伏面板的難題，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著，為類似工程提供借鑒。

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