淺析既有建筑太陽能光伏發電系統工程質量

冀東晟　郝曉君　張蓓蓓

摘要：太陽能光伏發電工程適用環境廣、安裝便利，近年來在國家的大力支持和推動下得到了長足發展。光伏工程施工的質量影響到既有建筑主體結構的安全性，如何提高工程質量是保證光伏工程能否安全使用的關鍵環節。文章根據參加太陽能光伏發電的工作實踐，就既有建筑太陽能光伏發電系統工程質量的影響因素進行了分析。

關鍵詞：太陽能；光伏發電系統；既有建筑；工程質量；建筑主體結構 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2015）17-0093-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.047

在國家政策的支持下，太陽能光伏發電這種節能、環保的產業得到了蓬勃發展，并且開始向民用建筑領域滲透。目前制約太陽能光伏發電系統在民用建筑上大力推廣的重要瓶頸之一就是市場混亂，施工質量不穩定，存在較多影響結構和使用安全的隱患。下面就既有建筑太陽能光伏系統增設或改造過程中出現的主要質量問題作簡單闡述。

1 設計方面存在的主要問題

設計過程是對國家規范、標準意志的傳遞，在設計階段引入的安全隱患是無法在后續的施工過程中修正的。目前既有建筑太陽能光伏改造工程在設計方面主要存在設計市場行為不規范；設計深度不足；缺少與既有建筑的一體化設計，無結構安全的預算；忽視系統壽命設計四個方面的問題。

1.1 設計市場行為不規范

近年來，我國民用建筑太陽能光伏發電系統工程得到了飛速的發展，隨之而來對民用建筑太陽能光伏發電系統設計的需求不斷增加，但是具有資質的設計人員和單位數量嚴重不足。造成很多光伏工程的建設單位違反管理規定選用無資質的設計人員和單位對項目進行設計。甚至為了經濟利益選擇不具備設計資質的施工單位自行設計施工的情況。這些設計市場的不規范行為必然會給光伏工程埋下嚴重的安全隱患。

1.2 設計深度不足

在民用建筑太陽能光伏發電系統設計人員綜合素質參差不齊，最終圖紙上缺少節點大樣圖和施工詳圖的情況比比皆是。例如：在防雷接地保護方面，只是粗略地提出要符合《建筑物防雷設計規范（GB 50057-2010）》的要求，但是對于接地節點和系統的具體設置方式和節點沒有深化設計，現場施工人員隨意施工，太陽能光伏系統的防雷性能很難保證。

1.3 缺少與既有建筑的一體化設計，無結構安全的驗算

在既有建筑上增設或改造的太陽能光伏系統的重量會增加建筑荷載，同時安裝過程也會對建筑結構、建筑功能及熱工性能產生影響。結構工程師在進行設計時，應先調取原建筑主體的設計參數和資料，進行建筑結構安全、建筑電氣安全等方面的復核和驗算。但是大多數設計單位不進行現場考察，只是根據建設單位提供的數據閉門造車，致使設計圖紙缺少和既有建筑的一體化設計，光伏構件與既有建筑錨固的可靠性、既有建筑的承載能力等涉及結構安全的方面均缺少必要的驗算，使太陽能光伏系統的安全性和耐久性都不能保證。

1.4 忽視系統壽命設計

設計時常常忽視既有建筑主體的剩余使用年限，在原材料材質和施工工藝的選取上只單方面考慮光伏系統的建設成本，選用的材料材質都是規范要求的下限值，致使光伏系統的使用年限小于建筑主體結構剩余使用年限。在光伏系統使用周期到期后，拆除或加固時造成對原建筑主體的破壞。

2 施工方面存在的主要問題

在施工項目的開展中，由于市場運行規則的不完善和少數企業為追求高額利潤不擇手段，在施工中偷工減料、管理混亂，致使既有建筑太陽能光伏發電工程施工質量差，給國家和人民財產帶來巨大損失。因此，嚴把施工質量關的任務迫在眉睫。

2.1 光伏發電系統與主體結構錨固連接不按照設計要求施工

施工單位在既有建筑屋面增設太陽能光伏系統時，通常會在不采用任何錨固連接措施的情況下直接將太陽能光伏系統擱置于屋面防水層上（如圖1）。

在大風來臨時，由于光伏架體沒有與既有建筑主體連接，完全靠系統重量抵抗方陣面板在負風壓的作用下產生的傾覆力，系統很容易被吹落破壞。近年來由于太陽能光伏系統與主體連接不可靠造成的墜落傷人事故時有發生。光伏系統與主體的連接和錨固必須牢固可靠，連接件與主體結構錨固的承載力應大于連接本身的承載力，任何情況下不允許發生錨固破壞，應有可靠的防松、防脫、防滑措施。需進行結構穩定性、抗滑移和抗傾覆驗算確定連接件的承載力，防止偶然因素產生突然破壞。對于抗震設防的地區還應考慮地震作用，地震的動力作用對連接節點會產生較大影響，使連接處發生破壞，甚至使光伏系統脫落，所以除計算地震作用外，還必須加強構造措施。

2.2 架體安裝存在的問題

2.2.1 偷工減料降低材料等級。金屬支架、連接件等材料具有抵抗固定荷載及外部荷載對建筑物及系統破壞的要求，應采用耐久性好的材料。在施工過程中，部分施工企業利令智昏，盲目降低材料等級，例如降低金屬支架、連接件的等級，在風荷載、雪荷載，溫度應力的長期作用下，支架及支撐材料由于剛度不足極易發生疲勞破壞造成傾覆、垮塌墜落。

2.2.2 忽視連接部位的防腐處理。金屬支架和支撐件是光伏系統的主要受力構件，焊接是主要的連接方式。大部分工人施焊后大多不清渣也不再進行防腐處理。由于可能存在“縫隙”，焊藥、雜質、環境腐蝕因素（水、鹽分等）更易侵入，腐蝕會很快發生和發展，最終在焊接部位形成架體破壞（如圖2）。

在鋼結構支架焊接完畢后，必須按照要求進行防腐處理。

2.3 破壞屋面防水層造成主體結構滲漏

太陽能光伏組件在既有建筑屋面主體連接一般采用預埋或后錨固處理來保證連接可靠。以上兩種施工模式都必然會對既有建筑屋面的原有防水層造成破壞。如果后續的施工處理不認真必然會造成既有建筑漏水的情況。施工單位常見的問題主要集中在兩個方面：（1）光伏組件基座與結構層相連時，防水層未包到基座和金屬埋件的上部，沒有形成較高的泛水；（2）地腳螺栓周圍縫隙未作密封處理，造成主體結構滲水。

為避免雨水從開口處滲入防水層下部，應做好收頭處理，例如支架基座部位應做附加防水層，附加層宜空鋪，空鋪寬度不應小于200mm。

2.4 擅自取消保護人身安全的防護措施

一般情況下，建筑的設計壽命是光伏系統運行系統壽命的2～3倍，光伏面板等組件的保養和更換是必不可少的，所以設置維修通道和圍欄也是必不可少的。施工單位擅自取消安全防護措施，對后續維護造成極大的安全隱患的情況屢見不鮮。

2.5 防雷接地不可靠

經過統計，高空墜落和受雷擊是太陽能光伏系統在后期使用過程中最常見的兩種危害。太陽能光伏發電系統金屬構件較多，且安裝位置普遍高于樓頂避雷針及避雷帶的高度，如無有效的防雷措施，很容易成為雷擊的目標。輕則設備爆炸燒毀，重則直接電擊傷人。但是很多施工企業不以為然，不按照設計和規范要求設置防雷接地系統。

3 結語

從上述的內容我們可以看出，為了保證既有建筑太陽能光伏發電系統的施工質量應該做到以下兩個方面：一方面要加強民用建筑光伏系統設計的監督審查，以確保在既有建筑進行太陽能光伏發電工程改造的工程設計，做到統一規劃、同步設計、同步施工、同步驗收；另一方面就是加強施工管理，確保在施工過程中能嚴格地按照國家標準、規范和設計文件的要求進行施工。

參考文獻

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作者簡介：冀東晟（1982-），男（蒙古族），山西人，內蒙古烏蘭察布市建設工程質量監督檢測站工程師，研究方向：民用建筑監督管理。

（責任編輯：秦遜玉）