摘要：通过组织实施昆明市某中央商务区居民楼顶93.81KW分布式光伏发电项目设备供货、安装调试及试运行实施，针对该系统设备功能设计、结构、性能、安装和试验等实施技术要求，总结得出高空大倾斜居民楼屋面光伏发电设备安装技术方案，为此类光伏电站设备安装技术提供可行依据。
关键词：高空；大倾斜屋面；光伏发电；设备安装
The Implementation Scheme of The Installation Technology of Photovoltaic Power Generation Equipment is Described
Shen Zongxi
（Yunnan Metallurgical Yunxin Silicon Material Co.，Ltd.Qujing，Yunnan 655000，China）
Abstract：Through organizing and implementing equipment procurement，installation，commissioning and trial operation of the 93.81KW distributed photovoltaic power generation project on the Z1-7# roof of the A22 block of the central business district of Kunming.Aiming at the technical requirements for the design，structure，performance，installation and test of the system，the installation scheme of photovoltaic power generation equipment for residential buildings with high altitude and large tilt is concluded，which provides a feasible basis for the installation technology of such photovoltaic power plants.
Keywords：High altitude；large inclined roof；photovoltaic power generation；installation of equipment
随着光伏发电设备的成本不断降低，技术不断进步，光伏发电技术使用领域越来越广泛。本文主要围绕在距离地面百米高空的居民楼顶实施93.81KW分布式光伏发电系统设计安装、调试及运行投用顺序展开阐述。因居民楼屋顶造型新颖，四周均呈倾斜露面，倾斜度达到54.13°，属于高密度人群居住区域，基于安全可靠性与光伏发电系统效率的充分结合，本方案全面提出了该系统设备的功能设计、结构、性能、安装和试验方面的技术要求，圆满完成安装调试、试运行验收工作，得到了客户认可。
1.工程概述
光伏发电设备安装于某中央商务区的Z1-7#楼顶南面坡屋面，采用钢结构支架
安装，装机容量预估为93.81KW。水平面年总辐射量5490.05MJ/m2•a计算出建设斜面总辐射量5146.31MJ/m2•a，年利用小时数为1429.53h，是建设并网光伏电站的理想区域。建筑物屋顶高度98.1m，屋面倾角达54.13°，设计光伏发电设备安装高度100.6m，抗最大风荷载0.3KN/m2，光伏面荷载不超过0.2 KN/m2，结构基准设计50年，耐久性50年，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度，根据项目实地情况，针对高空大倾斜屋面设备安装抗风、抗雪、对建筑物屋顶负载等安全设计制定了实施方案，并综合考虑美观实用和发电效果，方案实施取得较好成效。项目整体效果见图1。
图1 项目整体效果图
Figure 1 Overall effect map of the project
2.设备安装方案
2.1支架安装
根据楼顶布置特点，楼顶花架上均需安装支架及光伏组件，考虑防止因集中荷载造成对建筑结构的影响及有效抗风阻要求，选用槽钢支架安装，具有牢固、美观、安全性、实用性、通用性等优点，满足抗最大风荷载0.3KN/m2，光伏面荷载不超过0.2 KN/m2，建筑抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度要求。
2.1.1 支架安装和紧固要求
组合式支架采用先组合框架后组合支撑及连接件的方式进行安装，见图2。螺栓的连接和紧固按照设计图纸上要求的数目和顺序穿放，不应强行敲打，不应气割扩孔。柱脚节点采用M16（5.8）化学锚栓连接，见图3。通过严施工质量水平，化学锚栓安装后设计拉力达到23.26KN，设计剪力14.4 KN。
图2 支撑框架安装图
Figure 2 Support frame installation diagram
图3柱脚节点化学锚栓连接图
Figure 3 Foot joint chemical anchor bolt connection diagram
2.1.2 支架安装的垂直度和角度要求
支架垂直度偏差每米不应大于±1 度，支架角度偏差度不应大于±1 度。
2.1.3 施工方法
依施工图纸及现场情况确定施工安装位置，放线做到平直美观，支架安装以安全为原则，总体安装方案见图4。
图4 支架安装施工图及支架固定方案详图
Figure 4 Construction drawing of bracket installation and details of bracket fixing scheme
2.2太阳能电池组件安装
2.2.1 安装要求
确定安装顺序，安装时轻取轻放，放置一块固定一块，防止组件被摔坏。安装时严格控制好组件与组件的空隙，做到横平竖直。太阳电池组件接插头接触可靠，阵列空载电压正常，接线盒、接插头须防水可靠[1]。
2.2.2 安装方法
电池板的安装应逐块安装，螺料的安装方向为自内向外紧固电池板螺栓。安装过程中必须轻拿轻放以免破坏表面的保护玻璃。电池版的联接螺栓应有弹簧垫固和平垫圈，电池板安装必须做到横平竖直，同方阵内的电池板间距保持一致，并注意电池板接线盒的方向。太阳能电池组件固定方案见图5。
图5 太阳能电池组件固定方案
Figure 5 Solar cell component fixing scheme
2.2.3 电气线管安装和导线敷设
通过太阳能电池组件自带的引出线连接，在此位置的电气连接中，必须对方阵的引出电缆线进行正负极标[2]。电池组件连接敷设走线为通过龙骨内的专用线槽走线。接线方式为：MC插头、插座连接，P（+）/N（-）线连接。
2.2.4 MC电缆接线
MC电缆接线时注意接线的“+”“-”极，串联接线时：“+”接“-”，并联接线：“+”接“+”，“-”接“-”。应选用不同颜色导线作为正极（红）、负极（蓝）和串联连接线；线号、回路号标志清晰，方阵的输出端应有明显的极性标志和子方阵的编号标志；在阳光下接线时注意不要同时接触组件的正、负极，以免电击，必要时可用不透明材料覆盖后再接线。MC电缆接线见图6。
图6 MC 电缆接线方式
Figure 6 MC cable connection mode.
MC电缆敷设及接线时，应以一个汇线盒所辖区域进行，即完成了一个汇线盒所辖区域的电缆敷设及接线后，才进行下一个汇线盒所辖区域作业。
2.2.5 光伏组件的测试
光伏组件安装后需目测外观完好，万用表进行开路电压测试。挑选额定工作电流相等或相接近的组件进行串联；挑选工作参数（电压和电流）接近的组件装在同一子方阵内。
2.3逆变器安装
在安装逆变器时，应满足最窄维护通道、逃逸路线和通风的要求。
2.4汇流箱安装
根据设计图纸确定好位置，安装前土建工程应已完成并经验收合格后方可安装。搬运时由起重工作业，电工配合，近距离时采用卷扬机或吊链、滚杆运输。搬运时配电柜不允许倒放或侧放，而且要防止翻倒。柜上精密仪表和继电器必要时可拆除单独搬运。搬运过程中还要注意仪表、瓷瓶及易碎品的保护。搬运时不应有冲击或严重振动情况。设备开箱后应立即安装，不能立即安装的要重新包装好。安装、调试、试运阶段应门窗封闭，设专人值守。送、断电按程序执行，防止误操作。
2.5其它电气设备安装
其它电气设备主要包括并网柜、监控及显示设备等。应符合现行国家有关电气装置安装工程施工及验收规范、设计文件和生产厂家说明书及订货技术条件的要求。
2.6防雷接地系统
2.6.1 工程特点及要求
防雷接地[3]系统接入建筑物的防雷接地系统，接地电阻不应大于10欧姆；太阳能机房做局部等电位联接，综合接地接地电阻不大于1欧姆。
2.6.2 施工方法
屋顶光伏矩阵，采用镀锌圆钢或扁铁与建筑物的防雷接地系统连接，见图5。所有的PV组件支架与主基础采用螺栓连接，连接处连接紧密，螺帽紧固、防松零件齐全。主基础采用φ10的镀锌圆钢不少于10点与女儿墙上避雷网连接，连接方式采用焊接连接。焊接搭接长度，扁钢大于等于2b，圆钢大于等于6d，圆钢与扁钢大于等于6d（注：b为扁钢宽度，d为圆钢直径），扁钢搭接焊接3个棱边，圆钢搭接焊接双面。太阳能机房内做局部等电位箱，所有的设备金属外壳及PE母排用铜芯线与等电位端子板可靠连接。
图7 防雷接地图
Figure 7 Lightning protection map
2.7电缆桥架安装
2.7.1 电缆桥架安装要领
电缆桥架[4]采用连接片螺栓连接，电缆桥架与支架的固定采用压板固定。施工中要严格按照设计文件要求实施，同时应满足施工规范规定要求。注意实施时应满足对电缆桥架的同层水平间距一致性。本工程中电缆桥架固定在导轨上，导轨固定在光伏夹具上。电缆桥架安装要领如下：
（1）电缆桥架及其支架和引入或引出的金属电缆导管必须接地（PE）或接零（PEN）可靠。
（2）镀锌电缆桥架间连接板的两端不跨接接地线，但连接板两端不少于 2个有防松螺帽或防松垫圈的连接固定螺栓。
（3）当设计无要求时，电缆桥架水平安装的支架间距为 1.5-3m；垂直安装的支架间距不大于2m。
2.7.2 桥架安装
桥架的连接采用专用的桥架连接板，桥架与支架间螺栓、桥架连接板螺栓固定紧固无遗漏，螺母位于桥架外侧；桥架连接或固定严禁使用焊接。电缆桥架转弯处的弯曲半径，不小于桥架内电缆最小允许弯曲半径，电缆最小允许弯曲半径应符合相关规范规定。电缆敷设完毕，桥架进出变电所或其他穿墙处应做好防火封堵。
2.7.3 桥架接地
金属电缆桥架及其支架和引入或引出的金属电缆导管必须接地（PE）或接零（PEN）可靠，且必须符合下列规定：金属电缆桥架及其支架全长应不少于2 处与接地（PE）或接零（PEN）干线相连；镀锌电缆桥架间连接板的两端不跨接接地线，但连接板两端有不少于 2个防松螺帽或防松垫圈的连接固定螺栓；非镀锌桥架间连接板的两端跨接铜芯接地线，接地线最小允许截面积不小于4mm。电缆桥架接地，接地干线为通长扁钢（圆钢），每隔 2m 用螺栓固定一次，并用螺栓以弹簧垫圈压紧。
3.验收和调试运行
光伏发电系统安装检查完毕，对汇流箱、直流柜、交流配电箱、逆变器等主要设备进行验收和调试运行。
3.1主要设备调试
3.1.1 汇流箱
汇流箱试验项目为测量汇流箱内电气一次元件的绝缘电阻汇流箱直流柜外观检查，内部线连接正确，正负极标示正确。
总回路电缆绝缘测试分别测量断路器下口相间和相对地的绝缘电阻并记录数据，大于0.5M为合格。确认电缆回路通知逆变器侧人员确认电缆连接是否正确。
3.1.2 交流配电箱
交流配电箱调试项目为一次回路绝缘测试，断路器机构电动操作，状态指示检查。
测量进出线电缆绝缘电阻分别测量相间和相对地的绝缘电阻并记录数据，大于0.5M为合格，确定相序正确。测量各开关绝缘电阻并记录数据。大于0.5M为合格。电动操作各断路器机构灵活，状态正确为合格
3.1.3 逆变器
在调试之前，应对设备的安装情况进行彻底的检查，应该用万用表特别检查直流和交流端的电压是否符合逆变器的要求，以及极性、相序是否正确。检查系统的连接均已经符合相关标准规范的要求。试运行前需要确保交流侧、直流侧所有开关均为断开状态。
3.2 设备上电
3.2.1 汇流箱送电
测量汇流箱电压，电压和极性正确后合总断路器。
3.2.2 逆变器送电调试
检查逆变器电压；检查网侧电压；检查逆变器的三相正确连接。
3.3试运行
检查网侧相电压及线电压是否都在预定范围内，并记录电压值。
3.3.1 检查直流侧电压
直流侧应从汇流箱连接至逆变器，确保DC 输入极性正确，测量并记录DC（开路）电压，并且不超过允许的最大直流电压值。
3.3.2 开机前准备
当所有项目检查完毕且确认符合要求后进行开机准备。再次确认网侧线电压380VAC。确保没有人员在对逆变器机柜电路进行操作。
3.3.3 开机
首次运转操作步骤如下：步骤1 将逆变器的断路器手柄旋至“ON”位置；步骤2功率逆变电路以及LCD 控制面板进行自动初始化需要大约一分钟的时间。逆变器“POWER”LED 灯点亮；步骤 3如果DC 电压低于DC 启动电压值，则LCD 控制面板上的运行状态显示为“Start-up”（启动中）；步骤 4如果DC 电压超过DC 启动电压值并持续1 分钟，则SG500KTL 将自动切换至“Run”（运行）状态。此时“OPERATION”指示灯点亮。此时逆变器转入正常运行状态.
3.4完成调试
逆变器并网运行后进行如下测试步骤：步骤1，检查逆变器是否存在异常，如，噪声过大、发热量过大、出现异常气味或冒烟；步骤 2，检查逆变器外壳接地是否正常；步骤 3操作LCD 控制面板，检查其工作显示是否正常、准确；
至此，分布式光伏电站调试运行过程全部完成，可进入日常运行维护过程。
4.结束语
针对本项目的设备安装调试及投运，重点解决两个难点问题，一是保障百米高空光伏发电设备安全（安装和运行），二是确保大倾斜屋面下光伏发电设备运行稳定可靠，经济效益好。本方案总结和整理出了该类型光伏发电设备安装方面的施工技术要点，达到项目验收合格标准，可作为同类项目建设经验推广。
参考文献：
[1] GB 50797-2012，光伏发电站设计规范[S].
[2] GB50255-96，电气装置安装工程施工及验收规范[s].
[3]GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].
[4]GB50168-2006，电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范[S].
作者简介：
沈宗喜（1985-），男，云南宣威人，工程师，主要从事硅晶材料的生产技术工作和光伏产品的研究开发与运用。
论文作者:沈宗喜
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
标签：电缆论文; 支架论文; 逆变器论文; 光伏论文; 桥架论文; 电压论文; 组件论文; 《电力设备》2018年第11期论文;