光伏发电系统是指采用光伏组件,将太阳能直接转换为电能的发电系统。分布式光伏发电特指在用户场地附近建设【shè】,运【yùn】行【háng】方式以用【yòng】户侧自发【fā】自【zì】用、余电上网,且在【zài】配【pèi】电网系统内平衡调节为特征的光伏发电设施【shī】。主要设【shè】备包括:光伏组【zǔ】件【jiàn】、支架、逆变器、配电柜【guì】、计量【liàng】表及双【shuāng】向电表等。

分布式光伏发电【diàn】是一种新型【xíng】的、具有广阔发展【zhǎn】前景的发电和能源综【zōng】合利用方式【shì】,它倡导因地【dì】制宜、就近发电、就近并网、就【jiù】近转换【huàn】、就近使用【yòng】的原则,充分利用当【dāng】地太阳能资源,减少化石能源消费,不【bú】仅【jǐn】能够【gòu】有【yǒu】效提高同等【děng】规【guī】模光伏电站的发电量,同时还有效解决了电力在升压及长途输运中的损耗问题。

目前,建在建筑【zhù】物之上的【de】光伏发电系统是【shì】一种应用【yòng】广泛的分布式【shì】光伏发电系统,简称BMPV (Building Mounted Photovoltaic),涉及的建筑物【wù】包【bāo】括民用建筑【zhù】、公共建筑【zhù】、工业建筑【zhù】等一【yī】切可以承载光伏发【fā】电系统的建筑物【wù】。

BMPV分为【wéi】BIPV (Building Integrated Photovoltaic)和BAPV (Building Attached Photovoltaic)两种形式。

BIPV,是【shì】与建筑物同【tóng】时【shí】设计、同时施工和安装,并与【yǔ】建筑物形成【chéng】完美结合的光伏发电系统【tǒng】,也称为“构建型”和“建材【cái】型”光【guāng】伏建筑,是【shì】将光伏阵【zhèn】列做为建筑结构的功能部分,包括【kuò】用光伏组件取代传统的屋顶材【cái】料,如:屋【wū】顶板、瓦、石板瓦、金属屋顶、窗户、遮雨棚等。它作为建筑【zhù】物外部结构的一部分,既具备发【fā】电功能,又具有【yǒu】建【jiàn】筑构【gòu】件和建【jiàn】筑材【cái】料【liào】的【de】功能,甚【shèn】至还能提【tí】升【shēng】建筑物的美【měi】感,与建筑物形成完美的统一体。

BAPV,则【zé】是附着在【zài】建筑物上的太阳能光伏发电系统,也【yě】称为“安【ān】装型”光伏建筑。它的主要功能是发【fā】电【diàn】,与建筑物【wù】功能【néng】不发生【shēng】冲突,不破坏【huài】或削弱【ruò】原有建筑物的功【gōng】能。

本文中讨论的分布式发电系统主要是指BAPV系统。

1 BAPV系统屋面防水设防

当前,国【guó】家相关规划明确提出鼓励在中东部地区建设【shè】与建筑【zhù】结合的分【fèn】布式光伏【fú】发电系统。在【zài】国家及地方政府【fǔ】的政策大力支持下,分布式光伏发电系统已经【jīng】成为应用【yòng】越来越广泛【fàn】,占光伏发电系【xì】统的【de】总【zǒng】装机【jī】容量的比【bǐ】例达到57%以上,成为未【wèi】来的重【chóng】要发展方向。

BAPV系统中,光伏组【zǔ】件【jiàn】在屋面【miàn】上的安装方式不仅要考虑日照和【hé】阴影,而且要因屋面形式而【ér】异。在工程上,组件【jiàn】的【de】安【ān】装必须考虑【lǜ】荷重、耐风压【yā】、抗地震、排【pái】水、防【fáng】水以及防【fáng】雷等问题。因为工【gōng】程主要涉及【jí】到光伏支架【jià】与屋【wū】面的结合【hé】,进而涉及屋面防水问【wèn】题,因此设计方案【àn】、工程【chéng】施工质【zhì】量的优劣,不【bú】仅关系到建筑物【wù】的使用【yòng】寿【shòu】命,而且直接影响【xiǎng】到生产活动【dòng】和人【rén】民生活的正常进行。目前【qián】,由于分布式【shì】光伏发电处于市【shì】场导入期【qī】,竞争激【jī】烈,设计【jì】、施工质量良莠不齐,对所在屋面的【de】防水问题更应【yīng】予以重视。

各类屋【wū】面工【gōng】程包括屋面【miàn】结构【gòu】层以上的屋面找平层【céng】、隔气层、防【fáng】水层、保温【wēn】隔热【rè】层、保护层和使用面层,是房【fáng】屋【wū】建筑的一项重【chóng】要【yào】的分部工程。根据建筑物的性能【néng】、重要程度、使用功能及防水【shuǐ】层合理使用年限等要【yào】求,国家【jiā】标【biāo】准【zhǔn】GB 50207-2007《屋面工【gōng】程【chéng】质量验【yàn】收规范》规定将屋面防水划分为四个等级,并【bìng】规定了不【bú】同等级的设【shè】防要求及防水层【céng】厚度。

对于BAPV来说,城【chéng】市中较大【dà】型的【de】公共【gòng】建筑和【hé】别【bié】墅屋面【miàn】属于Ⅱ级设防;一般的工业与民用建筑、普通住宅、一般办【bàn】公楼、学校【xiào】、旅馆等属【shǔ】于【yú】Ⅲ级设防。

2 BAPV常见安装方式及BAPV屋面渗漏原因简析

2.1 BAPV常见安装方式

光伏组件的安装方式【shì】因屋面【miàn】形式而异。大部分是采用分离【lí】式设【shè】计【jì】,灵活性【xìng】较大,以点式连接构件【jiàn】架空在屋面结构之上,在不影响原有【yǒu】屋【wū】面性能【néng】的同【tóng】时,创造较好的【de】通风条件【jiàn】,使【shǐ】太【tài】阳电池板获得最佳的工作【zuò】效【xiào】率,维护也比较方便,特【tè】别【bié】适用于平屋面和坡屋面上。
平【píng】屋【wū】面【miàn】BAPV常见【jiàn】安装方式有:混凝土配重法【fǎ】(含:浇注混凝土基座法【fǎ】和预制混凝土块【kuài】配重【chóng】法)、现浇混凝土连接屋【wū】面法、化学【xué】锚固螺栓固【gù】定法等。
坡屋面BAPV常见安装方式有:连【lián】接屋面【miàn】主【zhǔ】结构【gòu】法、专用夹具固定法、双组【zǔ】分胶【jiāo】粘接法(轻量【liàng】安装法)。

2.2 BAPV屋面渗漏原因简析

BAPV系统施工案例【lì】中,在结构载荷等设【shè】计正确的前【qián】提下,如【rú】果正确、安全、文明施工,那么不【bú】进行屋面钻孔的施【shī】工方法,一般来【lái】说也【yě】不会破坏屋【wū】面防水【shuǐ】层,造成屋【wū】面渗漏【lòu】。这类【lèi】的施工方法【fǎ】有:混凝土【tǔ】配重法【fǎ】、钢构连接法【fǎ】、专【zhuān】用【yòng】夹具固定法、双组份胶粘接【jiē】法等。
造成屋面可能发生渗漏的情况,有如下几种:
1)在【zài】混凝土【tǔ】平屋面【miàn】或别墅混凝土坡屋面上【shàng】安装光【guāng】伏支架时,利用预埋螺栓【shuān】、膨胀【zhàng】螺栓或化学【xué】锚【máo】固螺栓固定【dìng】法安装光伏支架的工程【chéng】;
2)在钢结构坡屋【wū】面上安【ān】装光伏支架时,对于【yú】彩钢板肋板截【jié】面为梯形截面的情【qíng】况,利用自攻螺丝将支架与彩【cǎi】钢瓦【wǎ】屋面牢固固【gù】定的工程;
3)电缆套管或屋面给水管道穿过屋面板;
4)屋面彩钢板锈蚀并出现漏点,或局部区域锈蚀;
5)错误、粗暴的施工方法。
上述几种情况都【dōu】有【yǒu】可能在系统安装过程中破坏原有【yǒu】防水层【céng】或【huò】防水瓦片,使屋【wū】面在光伏【fú】系【xì】统使用寿【shòu】命期内发生渗漏。但在使用条【tiáo】形【xíng】基座且与排水方向垂直布置时,则【zé】有可能阻碍屋【wū】面雨水排放,造成渗【shèn】漏。另外,即使在光伏【fú】系统安【ān】装【zhuāng】过程【chéng】中做【zuò】了屋面防水【shuǐ】处理,但由于施【shī】工质量和自【zì】然环【huán】境【jìng】的原因,如在【zài】气候恶【è】劣地区,经历【lì】年冻融循环【huán】、日晒等,屋面起鼓开裂,加速防水层老化及破损后【hòu】,屋【wū】面亦很【hěn】有可能在后期发生渗漏【lòu】。

3 BAPV屋面防水

屋面防水处理遵循的一般【bān】原则是:宜导不宜【yí】堵,即【jí】保证节点处理在暴【bào】雨积水时能顺【shùn】利的让【ràng】水泻掉而保【bǎo】障屋面不漏。因【yīn】此【cǐ】,在设【shè】计时首先应【yīng】使支【zhī】架基座不【bú】与排水方向垂直布置,不阻【zǔ】碍屋面雨水排放。另外,施【shī】工中在既有屋面【miàn】上采用【yòng】直接放【fàng】置支架基【jī】座【zuò】的方式安装【zhuāng】光伏【fú】系统时,基座不【bú】与原屋面的结【jié】构层【céng】发【fā】生关系【xì】,因【yīn】此为保证结构的【de】安全性,必须保【bǎo】证基座【zuò】放置平稳、整齐,并【bìng】需要【yào】采取措施【shī】进行固定,避免发生倾覆、滑移等现象。由于基座与【yǔ】结构层不发生关【guān】系,设置【zhì】附【fù】加防水层困难,应【yīng】尽量保全原屋面【miàn】的防水层,防止【zhǐ】发生渗漏。

对于必须打孔破坏【huài】原屋面【miàn】的情况,则要做到因【yīn】地【dì】制宜【yí】,根据不同情况做【zuò】不同处理。

3.1 BAPV混凝土平屋面或别墅混凝土坡屋面防水

对于【yú】混凝土平屋面或别墅混【hún】凝土坡屋面【miàn】(上覆瓦片)的新建建【jiàn】筑,通常在设【shè】计【jì】时就应预埋螺【luó】栓,按【àn】照常规做【zuò】法【fǎ】做好屋面防水。
对于混凝土平【píng】屋面【miàn】或别墅混凝土坡【pō】屋面(上覆【fù】瓦片)的既有建【jiàn】筑,应首先确认屋面【miàn】结【jié】构。将光伏【fú】组件基座与结构层连接【jiē】时,基座顶部金属埋件周边是防【fáng】水【shuǐ】薄【báo】弱环节,若处【chù】理不当,雨水容易从埋【mái】件的螺栓【shuān】周围下渗到【dào】达结【jié】构层,对【duì】结构【gòu】层的受力【lì】钢【gāng】筋造成【chéng】腐【fǔ】蚀【shí】,形成安全隐患。因此,设置光伏组件基座时【shí】,应当将防水层应铺设【shè】到基座和金属埋件的上【shàng】部,并在地脚【jiǎo】螺栓周围做密封【fēng】处【chù】理,穿防水【shuǐ】层处用防【fáng】水密封胶【jiāo】填实,隔绝雨水下渗路径【jìng】(图1);此外还应在基座下部增设【shè】一层附加防【fáng】水层,即使【shǐ】基座顶部发生【shēng】渗漏,雨水也不会到【dào】达结构层。

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