光伏車棚加裝導水槽防水原理及應用

楊清波，葉心平

（1.中國電建集團江西省電力建設有限公司，江西 南昌 330001；2.國網江西省電力有限公司，江西 南昌 330077）

0　引言

太陽能光伏發電系統是利用太陽能電池組件直接將太陽能轉換成電能的發電系統。在“轉型升級”的大戰略前提方針下江西省火電建設公司承接了江西省高速公路分布式光伏發電項目EPC工程，該項目建設的類型有屋頂光伏、護坡光伏、光伏車棚。

車棚主要由立柱、橫梁、縱梁、棚頂構成，普通車棚的棚頂可以做到無縫連接，使得普通車棚除了為車輛遮風蔽日還能夠起到避雨功能。較于普通車棚不同的是，光伏車棚的棚頂是由一塊塊光伏組件通過壓塊固定拼裝而成的，在施工過程中因為壓塊的關系必定會留下拼裝間隙，下雨的時候，雨水通過拼裝間隙流入到車棚內部，造成車棚漏水，給車主造成不便。

1　常規光伏車棚防水方法

常規光伏車棚防水處理方法有二種：

方法一：采用防水膠填充拼裝間隙進行防水，見圖1。防水膠使用壽命一般在4-5年，時間一長會老化脫落，造成光伏車棚漏水，這個時候如果想要使光伏車棚繼續保持防水，就需要重新填充防水膠，在光伏車棚有效壽命周期內，需要重復多次的做防水施工，增加了項目并網后的業主的運行維護成本。

方法二：采用在車棚縱梁與光伏組件之間加裝彩鋼瓦進行防水，見圖2。彩鋼瓦根據品種不同使用壽命在15-20年，壽命20年的夾心彩鋼瓦市場價為每平方米30元，價格昂貴，不僅工程造價高，同時無法達到光伏組件25年壽命周期的持續防水，而且在使用過程當中彩鋼瓦表面的漆層會生銹脫落，影響光伏車棚整體美觀。

這兩種防水方法，因為防水材料使用壽命比光伏組件壽命短，所以只能使光伏車棚在一定時間內具備了防水能力，無法在光伏組件整個壽命周期內持續防水，這將造成車主的不便，組件壽命周期內需要做多次的防水，增加了施工、運營成本。水在縱向導水槽內由高向低處流至車棚外部，見圖4。

圖1　利用防水膠防水光伏車棚

圖2　利用彩鋼瓦防水光伏車棚

圖4　橫縱導水槽交叉點詳圖

2　采用熱鍍鋅做橫縱導水槽防水

2.1　設計思路

光伏車棚頂由一塊塊光伏組件固定拼裝而成，拼裝后會留下橫向和縱向的拼裝間隙造成漏水，從汽車前擋風玻璃防水原理得到啟發，將常規堵水的方法變為將水輸送到車棚外，同樣能解決光伏車棚漏水問題[1]。

2.2　結構設計

1）材料的合理運用，可以實現良好的使用功能和經濟效益，結合光伏車棚自身的結構型式，對光伏車棚防水結構進行設計。

圖3　光伏車棚結構圖

2）雨水經光伏組件表面流入檁條，通過橫向導水槽將檁條完全的包裹，保證雨水充分保留在檁條與橫向導水槽間，不滴落車棚內部。經橫向導水槽與縱向導水槽間孔洞（開孔處需熱鍍鋅處理），使雨水從橫向導水槽流入縱向導水槽，最后利用車棚支架傾角使雨

2.3　防水材料選材

常規采用的彩鋼瓦防水和防水膠防水方法，最大的問題就是防水材料的使用壽命比光伏組件短，所以在選擇材料的時候，首先解決防水材料的使用壽命問題，有不銹鋼、熱鍍鋅鋼材、鋁合金等三種選材方案。

不銹鋼、熱鍍鋅鋼材、鋁合金在防水持久度上均能滿足要求，鋁合金重量輕，可在一定程度上減少施工安裝時間，而不銹鋼和熱鍍鋅鋼材的造價成本相對鋁合金要低，但是光伏車棚立柱、支架均為熱鍍鋅鋼材，為保證光伏車棚整體美觀，同時考慮到施工成本的原因，所以最終在防水材料材質上選用了熱鍍鋅鋼材。

根據確定的防水材料材質，進行防水材料的型式選擇，在型式上，提出熱鍍鋅Σ鋼、熱鍍鋅C型鋼和熱鍍鋅工字鋼。熱鍍鋅Σ鋼在成本上最低，但是防水效果較低；而熱鍍鋅C型鋼和熱鍍鋅工字鋼防水效果較好，但是成本較高。綜合考慮防水效果、光伏車棚整體美觀和光伏車棚總體成本，最終確定防水材料為熱鍍鋅C型鋼。

根據拼裝間隙的大小，結合江西省地處北回歸線附近，為中國多雨省區之一，全省氣候溫暖，雨量充沛，年均降水量1 341 mm到1 940 mm；無霜期長，為亞熱帶濕潤氣候的特點。最終確定熱鍍鋅C型鋼的尺寸為C100×50×15×2 mm（見圖3），采用C100×50×15×2 mm的熱鍍鋅C型鋼可以將拼裝間隙給完全的包裹住，下雨的時候可以完全將雨水疏散到車棚外部。通過查閱相關標準資料，GB/T 13912-2002中的熱鍍鋅標準：大于1 mm小于3 mm的鋼構型材，熱鍍鋅厚度達到45-55 μm即可保證熱鍍鋅20-25年，所以只要熱鍍鋅厚度超過55 μm，可保證光伏車棚25年的不漏水，還可以保證熱鍍鋅25年不會脫落影響光伏車棚整體美觀。

3　采用熱鍍鋅C型鋼做防水處理的試點應用

3.1　南昌東收費管理所試點應用

根據最終確定的防水材料，制定了光伏車棚防水處理方案和施工圖設計（見圖5），并在江西省高速公路南昌東收費管理所新建的光伏車棚進行試點應用。

1）在防水材料到達現場后，對防水材料的規格、尺寸、熱鍍鋅層厚度等進行現場檢測，檢測結果必須達到設計要求方可投入使用。

2）在車棚立柱、縱梁、橫梁安裝完畢之后[2]，在光伏車棚的橫梁上根據光伏組件縱向拼裝縫隙安裝一根C100×50×15×2 mm熱鍍鋅C型鋼作為縱向導水槽，利用縱向導水槽將相鄰兩塊光伏組件縱向拼裝間隙給完全的包裹，使縱向的雨水通過導水槽流至車棚外部，而不會滴落至車棚內，達到縱向防水的目的。

3）在縱向導水槽上根據光伏組件橫向拼裝間隙安裝一根C100×50×15×2 mm的鍍鋅C型鋼做橫向導水槽，利用縱向導水槽將相鄰兩塊光伏組件縱向拼裝間隙給完全的包裹，達到橫向防水的目的。

4）將安裝固定光伏組件的檁條安裝固定于橫向導水槽內，既保證了設計的光伏組件最佳傾斜角度，同時為光伏車棚做防水處理。

圖5　橫縱導水槽安裝圖

3.2　試點應用結果

C100×50×15×2 mm熱鍍鋅C型鋼做橫縱導水槽，光伏組件橫向和縱向拼裝間隙都被完全的包裹，下雨時流到拼裝間隙的水全部疏散至車棚外面，共計收集了10次下雨信息，試點項目均未出現任何的漏水情況。光伏車棚立柱和支架為熱鍍鋅鋼材，防水材料也為熱鍍鋅鋼材，外觀上與光伏車棚支架形成一個整體，保證了光伏車棚的整體美觀，見圖6、圖7。

新型防水處理方法不僅在外觀上比彩鋼瓦防水處理和防水膠防水處理更加美觀，而且做到了在光伏組件整個壽命周期內持久有效的防水，真正做到了“一勞永逸”，為公司和業主單位帶來了較好的經濟效益，見表1。

表1　三種防水方法對比

圖6　南昌東收費站俯視圖

圖7　南昌東收費站仰視圖

3.3　整個項目的應用與推廣

試點項目南昌東收費站的光伏車棚防水處理，取得了成功，之后在江西省高速公路分布式光伏發電項目EPC工程中進行了全面推廣應用，在銅鼓服務區、奉新服務區、鄱陽服務區、龍虎山服務區、軍山湖服務區、石鐘山服務區、廬山服務區、三清山服務區、敖城收費站、黃陂收費站等地共建設有1.6 MW的光伏車棚采用了本方法，據現場下雨信息采集了解，均未出現漏水現象。

推廣應用的同時，將這次的光伏車棚陣列結構防水進行了總結。目前該項成果已進行了專利申報，2017年獲得國家知識產權局受理對于發明專利和實用新型專利的雙重受理，發明專利受理號為201710412869.0、實用新型專利受理號為201720640973.0，并于2018年1月獲得對于實用新型專利的授權。2017年7月，作為QC成果在江西省第三十八次QC小組代表大會上獲得成果發布一等獎，獲得中國電建集團華中片區青年論壇論文一等獎，中國電建集團青年論壇總論壇優秀論文獎。

4　結束語

采用C100×50×15×2 mm熱鍍鋅C型鋼做橫縱導水槽的光伏車棚防水處理方法，使光伏車棚不僅保留了時尚美觀的外表，又具備了普通車棚遮風、蔽日、防雨的特點，相比常規的彩鋼瓦防水處理和防水膠防水處理不僅更美觀、壽命更長久，在光伏組件壽命時間內不需要做二次防水處理，而且施工成本和并網運行維護成本都得到了大大下降。可為其他年均降雨量和單次最大降雨量不同地域的類似分布式光伏施工項目提供參考與借鑒。