浅谈家庭屋顶分布式光伏设计与施工

　　民用光伏发电系统是分布式发电系统的重要组成部分，随着国内分布式政策的不断完善与落实，光伏发电已经走入了普通百姓的生活，由于全国各地居民的屋顶条件情况不尽相同，因此各个项目都需要因地制宜，进行定制化的设计和施工，笔者曾有幸参与到实际工程案例，对小型民用系统的建设有了进一步的了解。本文以瓦面屋顶和混凝土屋顶为例，主要介绍其设计和施工部分，供民用系统从业者或对家庭分布式发电感兴趣的人士参考。

　　1、民用分布式发电系统的设计

　　民用分布式项目的设计需要在前期工作中完成屋顶勘测和相关信息的收集，并给业主提供初步的设计方案或屋顶发电效果图，效果图的作用一方面可以从侧门说明专业设计能力，另一方面可以非常直观地为业主展示组件的布置形式和实时阴影情况，如图1和图2为混凝土屋顶支架安装和组件敷设效果图，图3为笔者基于CAD图纸而绘制的南京地区别墅分布式发电系统的组件布置效果图，然而大多数别墅屋顶的业主可能没有屋顶平面和立面图纸，这种情况下我们只需把握屋顶的整体尺寸，细节的部分化繁为简。对于民用系统设计人士，本人还是强烈推荐使用SketchUp，因为在效果图制作和阴影分析上较为出色。

　　图1 支架SketchUp效果图

　　图2 混凝土屋顶支架安装和组件铺设SketchUp效果图

　　图3 别墅分布式发电系统组件布置SketchUp效果图

　　项目施工前的重要工作是深化设计，如方阵具体布置方案、支架安装方案、组件和逆变器选型、接线和电缆敷设方案、逆变器和交流配电箱的安装位置、防雷接地等，其中方阵布置和支架的安装方案属于重点内容，对于民用系统，支架的安装设计灵活性很大。

　　别墅屋顶一般为瓦面和混凝土两种形式，支架和屋面的固定有打孔和负重压块等方法，对于打孔因为破坏了原有屋面的结构，就要涉及到屋面的防水工程。

　　如图4所示为混凝土屋顶膨胀螺栓与屋面的固定方法和屋面防水措施，孔的直径需要和膨胀螺栓的直径匹配，太小和太大都不合适，孔的深度需要根据屋面的结构来定，膨胀螺栓的深度不允许超出现浇层，一般最大深度为现浇层的一半左右，并以此作为选择膨胀螺栓长度的依据。

　　图4所示的屋面防水使用了三重防水措施，即孔内采用组件封装所使用的黑色硅胶或者995结构胶灌注，屋面和角铝之间使用防水胶垫，同时螺栓安装位用防水胶密封。对于瓦面屋顶，若瓦下是水泥混凝土层，采用膨胀螺栓固定挂钩，也可以采用该防水方法。

　　图4 混凝土屋面上膨胀螺栓与屋面的固定方法和屋面防水措施

　　支架的设计需要了解常用的导轨型号和配件，如图5为混凝土屋面所采用的比较常见的支架架构（方阵由2*4片组件组成），由横梁、竖梁、方管、角铝、L支脚、T型螺栓和内六角螺栓、内扣连接件、压块等配件组成，深化设计需要确定各个配件型号、尺寸和数量。

　　内扣连接件用于连接方管和竖梁，并且可调节角度。竖梁和横梁之间的固定采用L支脚加上M8的T型螺栓，方管和屋面的固定采用膨胀螺栓和L支脚，角铝的作用用于斜支撑加强固定。

　　图5 混凝土屋顶支架方案