屋顶光伏系统设备电气安全保护技术要求适用范围

家用分布式光伏系统多以建筑屋顶为载体，装机规模以3-5kw最为常见，投资在2-4万元之间。本文将以最为常见的坡屋顶、平屋顶以及彩钢瓦屋顶为主要的光伏系统建设载体，从设计勘测角度来介绍安装结构形式及材料选取等方面的内容。通过标准化的设计、合理的结构选型、就近取材以达到节省成本，增加收益的目的。

一、判断屋顶类型和屋顶条件

识别屋顶：对屋顶首先要有很直观的判断，就是识别屋顶类型，是平屋顶还是坡屋顶，或者是金属屋面，还有屋顶的构成，是混凝土、瓷砖、陶瓦或者是整材外露。

判断屋顶建设条件

1.利用面积：首先判断屋顶有多少可利用面积，因为可利用面积直接决定了光伏系统的装机容量。其次屋顶的朝向，屋顶最好是朝南，因为我们在北半球，朝南的时候发电量是最高的，接受太阳辐射最理想。也可以向东或者向西稍微偏一点，一般在几度之内或者是10度左右，可以控制在发电量损失在1%以内也可以接受。

2.遮挡：遮挡对太阳能发电系统影响非常关键，遮挡包括建筑物的遮挡，还有建筑物周围有没有高大的树木对采光造成影响

3.防水：判断屋顶的防水条件是看屋顶有没有非常良好的防水层，如果建筑物没有很好的防水系统，生命周期之内可能会满足不了屋顶的使用功能。

4.版型、防腐是对屋面的基本要求：对金属屋面的类型能不能安装要首先进行判断，防腐是要注意金属屋面的防腐漆防腐效果。

5.承重，光伏系统要建在屋顶上，如果屋顶的承载能力满足不了光伏建设的话，这个项目就是不成立。

光伏系统自身的安全和建筑安全，里面包括了防火、防雷和检修通道，要做到所有的接触点要有效的防护。防雷要和建筑防雷形成一体，检修通道是为了维修的时候安全，必须要预留好。

二、坡屋顶光伏系统安装电池板有技巧

1.坡屋顶上的屋面瓦作为屋顶的装饰材料，电池板是挂在屋面上。它是怎么挂的呢？

结构选型的时候，对于安装方式有两个特点：1.光伏组件主要采用顺坡架空安装方式。光伏阵列相对于屋顶平行铺设，支架采用钢制预埋件点阵式固定横梁；

2.顺坡支架安装的光伏组件与屋面之间的垂直距离满足安装和通风散热间隙的要求(架空距离一般为150~200mm)。

支架安装方式要注意挂瓦条和顺水条连接到固定瓦上。第二是卧瓦形式，因为陶瓦下面是通过混凝土粘贴在瓦片上，没有顺水条，只能通过混凝土。油毡瓦的屋顶作为一种新材料，逐渐被更多的应用，因为油毡瓦重新取下来再恢复，控制不好就会漏水。所以，采用的方式是连接固定点的地方可以加大连接位置，油毡瓦有一定厚度，这样就形成了一定的空间，固定前和固定后要用密封胶把它填充好，避免会出现漏水的隐患。

三、平屋顶光伏系统防水层至关重要

平屋顶的结构选型可根据屋顶完成面的实际做法，选择相应的支架系统。支架系统一般由立柱、基础、斜梁与横梁四部分构成。电池组件通过紧固件与横梁实现连接。(重量：0.35~0.50kN/㎡)

安装倾角：以当地年发电总量最大值所对应的倾角作为支架的安装倾角(理论计算值);

常见房屋结构形式：现浇混凝土框架及楼板、钢结构+现浇混凝土楼板、砖混结构+预制楼板;

常见屋顶完成面：防水卷材、水泥砂浆保护层、瓷砖。

上图是现浇混凝土框架加泥砂浆保护层。这个方案是与建筑结构整体规划，可以同步规划，同步设计和同步施工。这是比较好的安装方式，因为它在项目完成之后的用电量预测可以非常有针对性的确定装机规模，达到投入产生的最优结果。

上图防水卷材已经外露了，但防水卷材上面已经用了光伏支架的安装基础。它和第一个的区别，刚才那个方案防水卷才已经被混凝土保护了，使用年限很长，防水效果也很理想。这个方案是卷材外露了，有可能以后出现防水破坏或者是防水寿命满足不了的时候，可以把防水层换掉。因为已经预留了基础，和屋顶是一体的防水，不涉及到光伏板的拆除，直接各放各的就行了。

这个方案是这是第三类，刚才的是属于浇筑混凝土形式。在现有的建筑立，这是非常容易见到的。常规屋顶的上面有防水，也有保护层，但开始建造的时候没有考虑安装光伏系统。第一种是外表面是混凝土的保护层，下面是贴的是屋顶的瓷砖。这两种安装方式是配重基础加支架，这种安装方式要找其他地方重新计算载荷，实现起来也比较简单。

上图是在防水卷材上直接安装配种块的安装方式，如果以后防水层破坏了，需要重新更换防水层的时候，光伏支架系统同样会受到牵连。第二张图和第一张图很类似，只是安装方式不太一样，也是直接放到防水卷材上。第三和第四张图表面上看上去是由混凝土保护好了，但室内看已经漏水很严重了。

平屋顶的安装方式支架是U型钢材，是很薄的薄壁型材或者是铝合金型材。这两种选材，钢型材成本较低，强度高，结构稳定，自重大，铝合金型材成本高，轻。两种造价相比，钢型材比铝型材低0.2元/瓦左右。

四、彩钢屋顶光伏系统钢板类型影响设计

彩钢瓦一般是家庭工厂或者是大型工业厂房使用。它的安装方式和坡屋顶的区别就在于支座的安装方式不一样。彩钢屋顶是彩钢版上面有个夹具，夹在上面做支撑。它的作用是安装角度是顺着屋顶坡度安装，如果在屋顶的结构承载力可以满足的情况下，可以把倾角翘起来，加大安装角度。常见的屋面板系统立边咬合、直立锁边系统、压型钢板系统（单板或夹芯）。

上图是夹在卷边棱形上，可以直接铺钢板。

上图中第一种是和第二种是压型钢板是经常可以用到的，直接夹在棱形上就可以了。第二种是属于直立锁边，它用在公共建筑比较多，比如说火车站、民用机场，因为它的使用年限比较长。第三种和前两种相比，它没有夹具的地方，但只能通过打钉，但是打钉的安装容易漏水，即便把紧固螺钉和金属板密封得再好。建议用在一些特殊的地方，比如说车棚，就是对防水要求没有特别高的地方，在这上面可以安装孔覆板。

第四种是不建议的选用的屋顶形式，因为这种只靠紧固螺钉安装的板，对屋面板造成的荷载很大，很容易把它破坏掉，并且漏水这个问题也是解决不了的难题。