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利用建筑物的平屋面，安裝太陽能電池板，光伏發電系統正在逐步成為建筑物供電系統的重要組成。甘肅海外工程總公司負責設計施工總承包的安哥拉羅安達市海濱別墅項目，在建筑物屋頂平屋面設計安裝了一套太陽能光伏發電系統，為別墅弱電系統提供電源。 1特點 有效地利用了建筑物的平屋面，安裝太陽能電池板，該技術具有安裝快速、施工機具簡單、儀器儀表配置少等優點。 2適用范圍 適用于公共、民用建筑屋頂、陽臺等平臺，與建筑物相結合，滿足安裝、清潔、維護和局部更換的要求。 3工藝原理 系統采用離網太陽能光伏發電系統供電、柴油發電機組、市電備用方式。其工作原理是利用光伏電池板為發電部件，將太陽輻射能源轉換成電能。太陽能組件在太陽光照下，電池吸收光能，電池兩端產生電動勢，將光能轉換成電能?？刂破髟賹λl的電能進行調節和控制，一方面，把調整后的能量送往直流負載或交流負載，另一方面，把多余的能量送往蓄電池儲存，同時控制蓄電池充滿后不被過充。當所發的電能不能滿足負載時，控制器又把蓄電池的電能送往負載。蓄電池所儲存的電能接近放完時，為保護蓄電池，控制器控制蓄電池不被過放電。逆變器負責將直流電轉換成交流電，供交流負載使用。正常情況下，系統采用光伏發電系統供電，遇長時間陰雨天氣，蓄電池不足以支持設備運行，系統切換為柴油發電機組供電和蓄電池充電，特別情況當柴油發電機組出現故障時，切換為市電為系統供電和蓄電池充電，以保障設備正常運行。光伏發電系統框圖如圖1所示。 4工藝流程及操作要點（見圖2） 4.1安裝場地現場查勘 海濱別墅園區都為多層建筑，建筑物間距布置合理，每棟建筑均獲得了良好的采光。 4.2氣象資料搜集 當地位于熱帶地區，地勢較高，日照特別充足，是一個光照條件十分好的城市。 4.3日照結果分析 根據太陽能平均輻射指標為5.35kWh/m2/d，在海濱別墅項目中設計安裝了光伏發電系統。為弱電系統及弱電機房照明供電。 4.4太陽能電池陣列的發電量計算 太陽能光伏發電系統設計功率計算方法：為了使太陽能發電系統能為負荷提供足夠的電源，要根據用電器的功率，合理選擇部件，由弱電設備功率表算出弱電設備功率約1800W，考慮開關電源效率及損耗，總負載為2100W。本工程負載電壓為220V，功率為2100W，每天工作24h，最長連續陰雨天為1.4d，兩個最長連續陰雨天之間的最短間隔天數為2d，選用太陽能電池采用組件標準功率為175W，工作電壓35V，工作電流5A，蓄電池采用鉛酸免維護蓄電池，浮充電壓為2V。其水平面的年平均日輻射量為5350（Wh/m2），可計算出太陽能電池方陣功率及蓄電池容量。經計算該工程需太陽能電池方陣功率為9450W，蓄電池容量為500Ah。系統一共配置太陽能電池板54塊，設計7個太陽能方陣安裝于設備用房屋頂。 4.5選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角 為了有效地利用太陽能，如何選取太陽電池方陣的方位角與傾斜角非常重要。1）方位角太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正北方向的夾角（南半球）。方陣朝向正北（即方陣垂直面與正北的夾角為0°）時，太陽電池發電量是最大的。要將方位角調整到在一天中負荷的峰值時刻與發電峰值時刻一致時，則方位角＝（一天中負荷的峰值時刻（24小時制）－12）×15＋（經度－116）＝（19－12）×15＋（11－116）≈02）傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，此夾角是方陣一年中發電量為最大時的最佳傾斜角度。一年中的最佳傾斜角與當地的地理緯度有關。和方位角一樣，在設計中也要考慮到屋頂的傾斜角及積雪滑落的傾斜角（斜率大于50%～60%）等方面的限制條件。安哥拉首都羅安達位于非洲西海岸，南緯5～18度，東經11～24度，地處熱帶地區，利用地區緯度選擇方陣傾角。一年中的最佳傾斜角可以參考當地緯度選擇太陽沒能方陣的最佳傾斜角為10°（屋頂太陽能效果圖見圖3）。 4.6設備選擇 由總負載為2100W計算得出蓄電池容量500AH，采用220V系統，太陽能方陣六路，每路最大電流5A。保證蓄電池充滿電負載完全由蓄電池供電能供約31h，即能連續工作一個陰雨天。主要設備配置有：太陽能電池、控制器、蓄電池、逆變器。主要技術參數如表1所示。 4.7支架荷載計算 按規范要求對作用于組件同一方向上的各種荷載應作最不利組合。查資料可知：8級風的的風速為：17.2－20.7m/s對應的基本風壓為：wp=V*V/1600（V為風速）V取最大值為：20.7m/swp=V*V/1600=0.2678kN/m2由于支架系統基座水泥墩與承重梁連為一體，且水泥墩和系統支架自重已達1.87kN/m2，總重量已遠遠大于水平風壓，因此該太陽能發電系統重量可滿足抗風及抗拔力要求。 4.8基座施工 1）按照太陽能基座的尺寸要求進行軸線定位放線；2）設置200mm×200mm的鋼筋混凝土基礎連梁（見圖4），連梁設4根Φ16豎向拉筋通長配置，與相應位置女兒墻上預埋的鋼筋綁扎連接，箍筋φ6@200；綁扎鋼筋前，將基礎連梁位置處的屋面保護層混凝土進行鑿毛處理，目的是為了保證二次澆筑的連梁混凝土和屋面保護層混凝土粘接牢固，但須注意避免破壞屋面防水層。兩個方陣基礎間隔2200mm，保證各個方陣光照充足。方陣到女兒墻邊456mm，便于維護清潔組件。3）由于在屋面的面層上進行基礎連梁的施工，必須考慮屋面的坡向和排水問題，施工時在連梁底部每隔1m留置排水洞（見圖5）。具體做法是將100mm的PVC管材截成與基礎梁同寬的筒體后，然后沿中心線方向一分為二，將這樣類似拱形的片材按照每隔1m的要求放在梁底；澆筑完混凝土拆模后就會看到拱形的排水洞。檢查每一個排水洞是否暢通，如有垃圾等必須清理干凈，保證屋面有雨水時流淌通暢。4）在澆筑混凝土前應對其平面位置、外形尺寸進行復核，澆筑過程中注意控制其表面標高和平整度，驗收標準如下：軸線位置偏差≤8mm；外形尺寸偏差≤±20mm；相鄰兩道梁上表面標高偏差控制在0～+10mm；平面水平度每米偏差≤5mm，全長偏差≤10mm。5）基礎連梁拆模后，要及時進行養護，保證混凝土的強度達到C25級。待太陽能支座安裝固定完畢后，對基礎連梁進行抹灰飾面，將太陽能支座及其鐵件等包裹在抹灰層內，不使其外露，做到整潔、美觀，符合抹灰工程的施工質量要求。#p#分頁標題#e# 4.9太陽能電池板支架制作安裝（螺栓連接） 4.9.1支架的制作 系統設計為兩種太陽能方陣，一種為2排4列共8塊組件，另一種為2排3列共6塊組件。一共配置太陽能電池板54塊，設計7個太陽能方陣安裝于設備用房屋頂，見屋頂布置。整體支架按照下列分解圖紙選材、加工、制作和布置（見圖6～圖8）。 4.9.2太陽能電池板、支架安裝 安裝前提前進行支架加工、制作，支架可調整，支架和組件易更換，在屋頂基礎連梁上只進行裝配作業。 1）按照圖紙尺寸，支架最底層采用熱鍍鋅槽鋼和膨脹螺栓與鋼筋混泥土梁連接，將加工好的槽鋼用膨脹螺栓固定在基礎連梁上。槽鋼應沿水平方向側立著安裝，與混凝土基礎固定。安裝槽鋼時，應用水平尺找平、找正。槽鋼安裝的水平度，每米長時應小于1mm，全長時應小于5mm，槽鋼的對角線誤差不大于±10mm。檢驗槽鋼。 2）中間用角鋼搭建10°傾角的支架，加工好的角鋼支架按照圖紙連接固定在槽鋼上。根據圖紙把角鋼底梁上螺孔對準槽鋼上螺孔，并擰上螺母。再根據圖紙安裝角鋼支柱，安裝支柱時應注意將支柱表面放在電池板的外側，并把螺絲擰至六分緊。將前、后支柱放置于底橫梁上，連接底橫梁，并用水平儀將底橫梁調平調直，并將底橫梁與支柱固定。調平后，再把所有螺絲緊固，緊固螺絲時應先把所有螺絲擰至八分緊后，中間用角鋼搭建10°傾角的支架，再次對支架進行校正。合格后再逐個緊固螺絲。整個支架安裝后，應對支架底與混凝土接觸面進行水泥漿填灌，使其緊密結合。 3）上層每隔400～500mm橫向采用YL－XC－40－1型鋁合金龍骨，配合鋁合金扣件將太陽能組件固定在整個支架上。①固定電池板鋁合金龍骨安裝a.檢查鋁合金龍骨的完好性。b.根據圖紙安裝固定電池板鋁合金龍骨。為了保證支架的可調余量，不得將連接螺栓緊固。②電池板安裝面的粗調a.調整首末兩根電池板壓塊（幾字件）的位置并將其緊固。b.將放線繩系于首末兩根電池板壓塊（幾字件）的上下兩端，并將其繃緊。c.以放線繩為基準分別調整其余電池板壓塊（幾字件），使其在一個平面內。d.預緊固所有螺栓。③電池板進場前進行檢驗。④太陽能電池板安裝a.電池板安裝過程中，應輕搬輕放，不得有強烈的沖擊和振動。采用縱置型安裝，鋁邊框安裝固定太陽能電池板。b.電池板的安裝應自下而上，逐塊安裝，螺桿的安裝方向為自內向外，并緊固電池板螺栓。避免破壞表面的保護玻璃；電池板的聯接螺栓應有彈簧墊圈和平墊圈，緊固后應將螺栓露出部分及螺母涂刷油漆，做防松處理。并且在各項安裝結束后進行補漆；電池板安裝橫平豎直，同方陣內的電池板間距保持一致；注意電池板的接線盒的方向。⑤電池板調平a.將兩根放線繩分別系于電池板方陣的上下兩端，并將其繃緊。b.以放線繩為基準分別調整其余電池板，使其在一個平面內。c.緊固所有螺栓。太陽能電池組件、支架安裝在基礎連梁上的圖片（見圖9）。 4.10管線安裝 由于太陽能系統安裝時，屋頂已經澆筑完畢，整個系統的管線緊貼太陽能支架和墻體安裝。保護管采用阻燃PVC管，電纜為BVR型整套太陽能系統電壓設計為220V，太陽能電池板采用9串6并設計，一共54塊。每9塊太陽能電池板正負相連，串聯為一組，接入光伏陣列防雷匯流箱（PV1+，PV1－）...（PV6+，PV6－）。9塊太陽能電池板串聯電壓高達300V以上，在施工中，每個串列留一塊太陽能電池板不接入串列，防止操作不當，危害人身安全及損壞設備。等到串列全部接入光伏整列防雷匯流箱后再接入最后留下的電池板。光伏陣列防雷匯流箱輸出端（S1+，S1－）..（.S3+，S3－）通過4mm2線纜與室內太陽能充放電控制器輸入端（S1+，S1－）..（.S3+，S3－）連接。其他線纜按照圖紙進行布線，在布線過程中，保證所有控制開關處于斷開狀態。使用萬用表及搖表等設備檢查線路及絕緣是否正常。 4.11設備安裝調式和維護 1）太陽能方陣開路電壓的測試用萬用表測試光伏陣列防雷匯流箱（PV1+，PV1－）...（PV6+，PV6－）6組端子的電壓，每組太陽能電池板的最高開路電壓為396V，合理選擇萬用表的檔位。實際電壓會因為日照強度不同而有所區別。三組電壓測試正常后閉合三組空氣開關。2）控制器通電測試用萬用表測量墻面控制箱里的控制器電池空氣開關上端（連接蓄電池）電壓。電壓等于110個單體蓄電池的總電壓表示正常。閉合控制器電池空氣開關，太陽能充放電控制器自檢開機，檢查控制器各項參數是否正常。用萬用表測試太陽能充放電控制器（S1+，S1－）...（S3+，S3－）3組端子的電壓，每組太陽能電池板的最高開路電壓為396V，合理選擇萬用表的檔位。實際電壓會因為日照強度不同而有所區別。電壓測試合格后，閉合太陽能控制器太陽能輸入端3組空氣開關，太陽能電池板開始給蓄電池充電，檢查各項充電參數是否正常。3）逆變器通電測試閉合控制箱內的逆變直流空氣開關，逆變器自檢開機，檢查逆變器各項參數是否正常，用萬用表測試逆變器輸出是否合格（220V±10%）。用萬用表測量墻面控制箱里的逆變器旁路空氣開關上端（連接市電或發電機）電壓，旁路電壓正常（220V±10%），閉合逆變器旁路空氣開關，對逆變器進行逆變電壓與旁路電壓的切換測試。4）負載送電逆變器測試合格后，閉合控制箱內的逆變器輸出空氣開關，給負載送電。負載通電工作正常，系統調試完畢，進行48小時的系統試運行。無故障后，可以無人值守，交付使用。5）系統總體維護編制系統使用維護手冊，指導系統設備維護。 4.12防雷與接地 1）系統的防雷防雷分為對直擊雷的防護和對感應雷的防護。直擊雷的防護：太陽能方陣防雷太陽能方陣按照第三類防雷建筑物進行防雷，在屋頂女兒墻設避雷帶，采用Φ10鍍鋅圓鋼在屋面敷設不大于20m×20m或24m×16m的網格防直擊雷（當太陽能電池板安裝在獨立建筑屋頂，高出避雷帶時加裝避雷針）。感應雷的防護：直流側的防雷設置光伏陣列防雷匯流箱。交流側的防雷交流側的防雷主要加于交流側的配電箱內。2）保護接地將太陽能電池組件與支撐結構接地，鋁邊框太陽能組件采取每路組件邊框相連接進行接地；對于逆變、配電設備，做到機殼完全可靠接地，并且保證接地線不小于4mm2。利用建筑物基礎主筋連接作為接地體，接地電阻值不大于1歐姆。設置防雷接地測試口，由建筑物接地極引出預留的40mm×4mm鍍鋅扁鋼，當實測接地電阻值滿足不了時增設人工接地極。#p#分頁標題#e# 5質量控制 5.1選擇國內有資質的專業公司生產的太陽能設備及其配件。產品有出廠合格證和廠家提供技術文件及使用說明書。 5.2依據規范、標準和廠家的技術要求，對太陽能電池組件進行檢查和測試。完工后填寫太陽能發電系統分項工程檢驗質量驗收報告。5.2.1外觀檢查5.2.2依據規范進行電性能測試a.絕緣性能符合國家規范規定（GB/T9535－1998）b.組件額定電壓下的額定輸出功率符合國家規范規定（GB/T6495.3－1996）5.2.3環境試驗要求符合（GB/T19064－2003） 5.3光伏發電系統設計、制造、安裝、測試參照以下國家標準：a.GB/T20046－2006/IEC61727：2004光伏（PV）系統電網接口特性b.GB/Z19964－2005光伏發電站接入電力系統技術規定。c.GB/T191－2008包裝存儲圖示標志。d.GB/T19939－2005光伏系統并網技術要求。e.GB4208－2008/IEC60529：2001外殼防護等級（IP代碼）f.GB/T14549－1993電能質量公用電網諧波g.GB/T9535－1998/IEC1215：1933地面用晶體硅光伏組件設計鑒定和定型h.GB/T4797.1－2005電工電子產品自然環境條件溫度和濕度i.GB/T19064－2003家用太陽能光伏電源系統技術條件和試驗方法 5.4質量保證措施 5.4.1質量保證體系 建立完善的質量保證體系，依據公司的質量方針制定本工程的質量目標。 6安全措施 遵循“安全第一，預防為主”的指導方針，成立了安全生產領導小組，編制安全應急預案，建立了安全保證體系和安全施工技術措施。7環保措施按照公司ISO14001環境體系的要求，制定環保措施，保護建設工地的生態環境。 8效益分析 8.1經濟效益計算分析 小區弱電設備功率2100W，按規定計算得出年能耗估算比較表（見表2）。安哥拉公共用電價格為5.28元/kWh；弱電供電設備（柴油發電機組）按當地市場價4.5萬元；供電設備系統運行和維護費97130元（不考慮價格變化）。太陽能光伏發電系統的主要設備單晶硅電池方陣的使用壽命，按照平均20年計算，系統總造價如表3所示。以20年為一個周期進行比較?？傻贸霾煌蹼娤到y負荷供應方式的經濟效益比（見表4）。由上表的計算結果可知：方式1比方式2在20年內可節省成168萬元?？梢?，住宅小區中的弱電設備運用了太陽能光伏公共照明技術后，將會產生巨大的經濟效益和社會效益。 9結論 本工程有效地利用了建筑物的平屋面，安裝太陽能電池板；在施工方面，采用混凝土基礎連梁等技術。采用離網太陽能光伏發電系統供電、柴油發電機組、市電備用方式，系統地解決了建筑物連續供電的問題。已形成了適用于屋頂的集設計、裝配、施工和維護于一體光伏發電系統施工技術。
