赵旭阳
陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710000
摘要:分析了屋顶光伏电站的常规安装方法。提出了光伏电站屋面钢结构柔性防水施工。阐述了锚固装置、钢丝绳、光伏支撑底座等关键部件的设计方案和安装方法，并介绍了质量控制要素。
关键词:柔性防水屋面；光伏模块；光伏电站；光伏系统
1屋顶光伏电站常规安装方法
屋顶光伏电站的建设既要保证屋顶系统的建筑使用功能(抗风、防水、建筑造型)，又要有效实现光伏组件的效率[1]。安装方式主要有铝合金夹具安装和混凝土砌块安装。
柔性防水屋面因其良好的抗渗性和韧性、高抗拉强度、良好的柔韧性、耐磨性和耐腐蚀性而广泛应用于建筑防水工程中，但柔性防水屋面易受外部冲击破坏，难以修复。铝合金夹具安装和混凝土块安装方法不适合这种类型的屋顶。
2基于电缆固定的屋顶太阳能光伏电站施工技术
该技术将屋顶光伏电站传统的单点固定(铝合金夹具和混凝土配重)改为钢索，钢索锚固在屋顶钢结构上，形成可靠的受力路径:太阳能光伏电站荷载→光伏支架→钢索→锚固点→屋顶钢结构，保证光伏电站的安全可靠。
2.1工作程序
屋面表面处理→测量放线→锚固装置安装→电缆安装→光伏支架底座安装→光伏支架斜撑和横撑安装→电缆张拉→光伏组件安装。
2.2主要工艺技术
2.2.1屋顶表面处理
检查屋面防水结构，提前修复损坏；清理屋顶表面的杂物、油渍和积水；为了防止防水结构在施工过程中受损，根据施工方案，采用纸板、海绵垫等材料进行铺装。
2.2.2测量放线
测量放线主要确定光伏支撑底座的中心线和钢索的中心线。根据图纸，用RTK-GPS仪器确定每个方支架底座的起点和钢索的中心线。根据两点成一条线的原则，在屋顶表面标出中心线。
2.2.3锚固装置的安装
锚固装置的作用是为钢索提供一个受力支点，同时锚固装置可以利用螺钉和螺栓对钢索进行张拉，将钢索的应力传递给屋顶钢结构。
施工方法是根据锚固装置的位置在屋顶燃气建筑钢结构两侧钻孔，安装双头螺钉，每个双头螺钉伸出燃气建筑两侧一定长度，用螺母将螺钉固定在钢结构燃气建筑上，形成稳定的应力锚固点。螺杆上安装有一端与钢丝绳连接的丁字接头，通过螺母调节丁字接头，达到张紧钢丝绳的目的。
(1)钻孔:根据钢丝绳中心线的位置，切断气塔两侧的柔性防水保温材料，露出气塔槽钢，尺寸约为200mm×150mm。根据中心线位置，用手在燃气建筑的槽钢上钻一个直径为12毫米的圆孔，清除铁屑和杂物，螺孔中心线与钢丝绳定位中心线的偏差≤2毫米。
(2)双头螺钉安装:双头螺钉由工厂定制，直径10mm，Q235B材质，长气楼宽+1000mm。螺钉两端的螺纹长度不小于400毫米。
双头螺钉穿入固定孔，螺钉两端从燃气楼两侧伸出500mm。拧紧螺母，将螺栓固定在造气孔中。
(3)丁字接头:丁字接头由工厂定制，材料制成Q235B.丁字接头的前端设有螺孔，尾端设有钢丝绳固定孔。将钢丝绳安装在T型接头尾部的固定孔上，然后将T型接头安装在双头螺钉上。
2.2.4电缆选择和安装
钢丝绳是光伏电站稳定的基础，在光伏电站25年的设计寿命中，钢丝绳长期承受疲劳载荷，暴露在风、雨、湿度和污染空气中，既有“应力腐蚀”、“疲劳腐蚀”又有“金属腐蚀”，使钢丝绳容易发生腐蚀失效。借鉴斜拉桥在桥梁中的应用经验，采用电缆线体热浸镀锌保护，包裹热挤压高密度聚乙烯结构，通过内外保护，提高了电缆的耐腐蚀性，延长了电缆的使用寿命[3]。
钢丝绳两端设有绳扣，绳扣内设有钢垫圈保护环。钢索和扣是工厂定制生产的，加工前必须准确测量每根钢索的长度，以确保能在现场使用。
2.2.5光伏支架底座的安装
光伏支架的底座由定制的铝合金型材制成。基础型材厚度3mm，局部厚度4mm，采用6061-T6铝合金型材。该材料强度高，拉伸强度为200牛顿/平方毫米，剪切强度为115牛顿/平方毫米，弹性模量高27000牛顿/平方毫米，密度2700千克/立方米[4]。
为了防止铝轴承由于热膨胀和收缩变形而损坏防水结构，底部座椅底面粘贴10mm厚、150mm宽的隔热减震单面胶(EVA泡棉带)，保证单面胶粘贴顺畅，无褶皱、脱落。光伏支撑底座的中心线应严格按照测量中心线位置安装。
使用支架凹槽中预留的不锈钢螺栓，通过U形夹将钢丝绳固定在光伏支架底座上。
2.2.6光伏支架水平支撑和斜支撑的安装
根据图纸和光伏组件的实际尺寸，在底座上标记水平支撑和对角支撑的中心点。横撑和斜撑的底部分别设有两个M8螺栓孔，横撑和斜撑用凹槽内预留的螺栓固定在支架底座上。水平撑和斜撑位置的允许偏差不得超过1毫米，支架安装完成后，用测斜仪和磁性液位计进行抽查，并做好记录。
2.2.7电缆张力
拧紧锚固装置的螺母，通过推动T型接头产生的位移，将钢索拧紧至设计拉力。
2.2.8光伏模块安装
光伏支架的斜撑和横撑顶部设有M6螺栓孔，光伏组件通过压块固定在光伏支架上，并用M6不锈钢螺栓固定，螺栓固定的扭矩值应符合设计文件的要求。光伏组件的搬运应由两人进行，搬运和安装过程中，坚硬或锋利的物体不得撞击光伏组件的玻璃表面和背板。光伏组件安装倾角允许偏差为1°，相邻组件光伏边缘高度差≤2mm，同组组件光伏边缘高度差≤5mm，同组组件上下边框应平直美观。
3质量管理
3.1确定质量控制点
工程质量控制要点如下:①施工材料检验接收；②钢索和双头螺钉的选择和计算；③光伏支架安装精度的控制；④锚固装置安装质量；⑤钢丝绳的张拉拉力控制；⑥光伏组件安装质量等。
3.2负荷计算
钢索和双头螺钉的选型和拉力计算基于GB50009《建筑结构荷载规范》、GB50017《钢结构设计规范》和该地区50年一遇的自然灾害，以及“李政结构设计工具箱软件”(6。5PB3)进行计算和检查，确保设计参数能够满足光伏组件各种应力指标的要求。
3.3材料和设备的验收
材料和设备只有在验收合格后才能使用。验收主要内容:①包装密封；(2)规格符合设计要求，备件齐全；(3)技术文件和保证资料齐全；④外观检查完好[5]。
3.4施工过程质量控制
(1)光伏支架安装过程中，严禁用力敲击、气割和铰削，并采取有效措施防止损坏防腐结构。支架安装精度允许偏差:支架倾角偏差不大于1°，支架中心线偏差不大于2mm。
(2)燃气建筑钢结构钻孔必须按测量放线位置施工，固定孔同心度与钢丝绳中心线一致。锚固装置安装完毕后，应用防腐油进行保护。
(3)计算钢丝绳张拉拉力时，应充分考虑光伏电站的负荷和燃气建筑钢结构的承载力。拧紧钢丝绳时，严格控制钢丝绳的张力，每座燃气楼必须同步操作同一根钢丝绳，防止受力不均造成燃气楼变形。
(4)光伏电站的接地利用原建筑的防雷接地系统，通过镀锌扁铁将光伏方阵的接地位置与现有防雷接地网相连，以保证光伏系统的所有金属支架、金属框架、电气设备外壳、电缆铠装外保护层可靠接地，总接地电阻不大于4ω。
(5)操作人员通过临时通道，尽量减少对防水结构的影响。小心搬运材料和设备。屋面材料的临时堆放点设在主梁上部，操作人员应合理分散，严禁集中作业，以防损坏屋面结构。
(6)加强材料管理，双头螺钉及配套紧固件存放在室内干燥的专用木箱内，螺纹部位涂防锈油脂保护；铝合金材料和镀锌材料分开堆放，底部有20mm枕木，顶部有防雨措施。
(7)施工完成后，及时清理屋顶上的剩余材料和杂物，防止屋顶因堵塞落水管而积水。
4结束语
基于钢索固定的屋顶太阳能光伏电站施工技术，因其工艺简单、运行周期短、施工成本低、不破坏屋顶防水结构，特别适用于钢结构柔性防水屋顶光伏电站的施工。该施工技术已在多个工程中推广使用，良好的结构性能和简单的安装方法赢得了各方的一致好评。
参考文献:
［1］周观根，何鹏飞，何挺，等．太阳能光伏组件与金属屋面系统连接设计及工程应用［J］．施工技术，2014，43(14):194－196．
［2］杨红玉，吉临凤．PVC防水卷材在建筑上的应用［J］．塑料科技，2016，44(6):53－56．
［3］叶觉明，钟建驰．大桥斜拉索腐蚀防护技术的应用和探讨［J］．腐蚀与防护，2003，24(5):221－223．
［4］GB50429—2007，铝合金结构设计规范［S］．北京:中国计划出版社，2008．