光伏车棚加装导水槽防水原理及应用

杨清波，叶心平

（1.中国电建集团江西省电力建设有限公司，江西 南昌 330001；2.国网江西省电力有限公司，江西 南昌 330077）

0　引言

太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件直接将太阳能转换成电能的发电系统。在“转型升级”的大战略前提方针下江西省火电建设公司承接了江西省高速公路分布式光伏发电项目EPC工程，该项目建设的类型有屋顶光伏、护坡光伏、光伏车棚。

车棚主要由立柱、横梁、纵梁、棚顶构成，普通车棚的棚顶可以做到无缝连接，使得普通车棚除了为车辆遮风蔽日还能够起到避雨功能。较于普通车棚不同的是，光伏车棚的棚顶是由一块块光伏组件通过压块固定拼装而成的，在施工过程中因为压块的关系必定会留下拼装间隙，下雨的时候，雨水通过拼装间隙流入到车棚内部，造成车棚漏水，给车主造成不便。

1　常规光伏车棚防水方法

常规光伏车棚防水处理方法有二种：

方法一：采用防水胶填充拼装间隙进行防水，见图1。防水胶使用寿命一般在4-5年，时间一长会老化脱落，造成光伏车棚漏水，这个时候如果想要使光伏车棚继续保持防水，就需要重新填充防水胶，在光伏车棚有效寿命周期内，需要重复多次的做防水施工，增加了项目并网后的业主的运行维护成本。

方法二：采用在车棚纵梁与光伏组件之间加装彩钢瓦进行防水，见图2。彩钢瓦根据品种不同使用寿命在15-20年，寿命20年的夹心彩钢瓦市场价为每平方米30元，价格昂贵，不仅工程造价高，同时无法达到光伏组件25年寿命周期的持续防水，而且在使用过程当中彩钢瓦表面的漆层会生锈脱落，影响光伏车棚整体美观。

这两种防水方法，因为防水材料使用寿命比光伏组件寿命短，所以只能使光伏车棚在一定时间内具备了防水能力，无法在光伏组件整个寿命周期内持续防水，这将造成车主的不便，组件寿命周期内需要做多次的防水，增加了施工、运营成本。水在纵向导水槽内由高向低处流至车棚外部，见图4。

图1　利用防水胶防水光伏车棚

图2　利用彩钢瓦防水光伏车棚

图4　横纵导水槽交叉点详图

2　采用热镀锌做横纵导水槽防水

2.1　设计思路

光伏车棚顶由一块块光伏组件固定拼装而成，拼装后会留下横向和纵向的拼装间隙造成漏水，从汽车前挡风玻璃防水原理得到启发，将常规堵水的方法变为将水输送到车棚外，同样能解决光伏车棚漏水问题[1]。

2.2　结构设计

1）材料的合理运用，可以实现良好的使用功能和经济效益，结合光伏车棚自身的结构型式，对光伏车棚防水结构进行设计。

图3　光伏车棚结构图

2）雨水经光伏组件表面流入檩条，通过横向导水槽将檩条完全的包裹，保证雨水充分保留在檩条与横向导水槽间，不滴落车棚内部。经横向导水槽与纵向导水槽间孔洞（开孔处需热镀锌处理），使雨水从横向导水槽流入纵向导水槽，最后利用车棚支架倾角使雨

2.3　防水材料选材

常规采用的彩钢瓦防水和防水胶防水方法，最大的问题就是防水材料的使用寿命比光伏组件短，所以在选择材料的时候，首先解决防水材料的使用寿命问题，有不锈钢、热镀锌钢材、铝合金等三种选材方案。

不锈钢、热镀锌钢材、铝合金在防水持久度上均能满足要求，铝合金重量轻，可在一定程度上减少施工安装时间，而不锈钢和热镀锌钢材的造价成本相对铝合金要低，但是光伏车棚立柱、支架均为热镀锌钢材，为保证光伏车棚整体美观，同时考虑到施工成本的原因，所以最终在防水材料材质上选用了热镀锌钢材。

根据确定的防水材料材质，进行防水材料的型式选择，在型式上，提出热镀锌Σ钢、热镀锌C型钢和热镀锌工字钢。热镀锌Σ钢在成本上最低，但是防水效果较低；而热镀锌C型钢和热镀锌工字钢防水效果较好，但是成本较高。综合考虑防水效果、光伏车棚整体美观和光伏车棚总体成本，最终确定防水材料为热镀锌C型钢。

根据拼装间隙的大小，结合江西省地处北回归线附近，为中国多雨省区之一，全省气候温暖，雨量充沛，年均降水量1 341 mm到1 940 mm；无霜期长，为亚热带湿润气候的特点。最终确定热镀锌C型钢的尺寸为C100×50×15×2 mm（见图3），采用C100×50×15×2 mm的热镀锌C型钢可以将拼装间隙给完全的包裹住，下雨的时候可以完全将雨水疏散到车棚外部。通过查阅相关标准资料，GB/T 13912-2002中的热镀锌标准：大于1 mm小于3 mm的钢构型材，热镀锌厚度达到45-55 μm即可保证热镀锌20-25年，所以只要热镀锌厚度超过55 μm，可保证光伏车棚25年的不漏水，还可以保证热镀锌25年不会脱落影响光伏车棚整体美观。

3　采用热镀锌C型钢做防水处理的试点应用

3.1　南昌东收费管理所试点应用

根据最终确定的防水材料，制定了光伏车棚防水处理方案和施工图设计（见图5），并在江西省高速公路南昌东收费管理所新建的光伏车棚进行试点应用。

1）在防水材料到达现场后，对防水材料的规格、尺寸、热镀锌层厚度等进行现场检测，检测结果必须达到设计要求方可投入使用。

2）在车棚立柱、纵梁、横梁安装完毕之后[2]，在光伏车棚的横梁上根据光伏组件纵向拼装缝隙安装一根C100×50×15×2 mm热镀锌C型钢作为纵向导水槽，利用纵向导水槽将相邻两块光伏组件纵向拼装间隙给完全的包裹，使纵向的雨水通过导水槽流至车棚外部，而不会滴落至车棚内，达到纵向防水的目的。

3）在纵向导水槽上根据光伏组件横向拼装间隙安装一根C100×50×15×2 mm的镀锌C型钢做横向导水槽，利用纵向导水槽将相邻两块光伏组件纵向拼装间隙给完全的包裹，达到横向防水的目的。

4）将安装固定光伏组件的檩条安装固定于横向导水槽内，既保证了设计的光伏组件最佳倾斜角度，同时为光伏车棚做防水处理。

图5　横纵导水槽安装图

3.2　试点应用结果

C100×50×15×2 mm热镀锌C型钢做横纵导水槽，光伏组件横向和纵向拼装间隙都被完全的包裹，下雨时流到拼装间隙的水全部疏散至车棚外面，共计收集了10次下雨信息，试点项目均未出现任何的漏水情况。光伏车棚立柱和支架为热镀锌钢材，防水材料也为热镀锌钢材，外观上与光伏车棚支架形成一个整体，保证了光伏车棚的整体美观，见图6、图7。

新型防水处理方法不仅在外观上比彩钢瓦防水处理和防水胶防水处理更加美观，而且做到了在光伏组件整个寿命周期内持久有效的防水，真正做到了“一劳永逸”，为公司和业主单位带来了较好的经济效益，见表1。

表1　三种防水方法对比

图6　南昌东收费站俯视图

图7　南昌东收费站仰视图

3.3　整个项目的应用与推广

试点项目南昌东收费站的光伏车棚防水处理，取得了成功，之后在江西省高速公路分布式光伏发电项目EPC工程中进行了全面推广应用，在铜鼓服务区、奉新服务区、鄱阳服务区、龙虎山服务区、军山湖服务区、石钟山服务区、庐山服务区、三清山服务区、敖城收费站、黄陂收费站等地共建设有1.6 MW的光伏车棚采用了本方法，据现场下雨信息采集了解，均未出现漏水现象。

推广应用的同时，将这次的光伏车棚阵列结构防水进行了总结。目前该项成果已进行了专利申报，2017年获得国家知识产权局受理对于发明专利和实用新型专利的双重受理，发明专利受理号为201710412869.0、实用新型专利受理号为201720640973.0，并于2018年1月获得对于实用新型专利的授权。2017年7月，作为QC成果在江西省第三十八次QC小组代表大会上获得成果发布一等奖，获得中国电建集团华中片区青年论坛论文一等奖，中国电建集团青年论坛总论坛优秀论文奖。

4　结束语

采用C100×50×15×2 mm热镀锌C型钢做横纵导水槽的光伏车棚防水处理方法，使光伏车棚不仅保留了时尚美观的外表，又具备了普通车棚遮风、蔽日、防雨的特点，相比常规的彩钢瓦防水处理和防水胶防水处理不仅更美观、寿命更长久，在光伏组件寿命时间内不需要做二次防水处理，而且施工成本和并网运行维护成本都得到了大大下降。可为其他年均降雨量和单次最大降雨量不同地域的类似分布式光伏施工项目提供参考与借鉴。