民用光伏發電系統是分布式發電系統的重要組成部分，隨著國內分布式政策的不斷完善與落實，光伏發電已經走入了普通百姓的生活，由于全國各地居民的屋頂條件情況不盡相同，因此各個項目都需要因地制宜，進行定制化的設計和施工，筆者曾有幸參與到實際工程案例，對小型民用系統的建設有了進一步的了解。本文以瓦面屋頂和混凝土屋頂為例，主要介紹其設計和施工部分，供民用系統從業者或對家庭分布式發電感興趣的人士參考。
1. 民用分布式發電系統的設計
民用分布式項目的設計需要在前期工作中完成屋頂勘測和相關信息的收集，并給業主提供初步的設計方案或屋頂發電效果圖，效果圖的作用一方面可以從側門說明專業設計能力，另一方面可以非常直觀地為業主展示組件的布置形式和實時陰影情況，如圖1和圖2為混凝土屋頂支架安裝和組件敷設效果圖,圖3為筆者基于CAD圖紙而繪制的南京地區別墅分布式發電系統的組件布置效果圖，然而大多數別墅屋頂的業主可能沒有屋頂平面和立面圖紙，這種情況下我們只需把握屋頂的整體尺寸，細節的部分化繁為簡。對于民用系統設計人士，本人還是強烈推薦使用SketchUp，因為在效果圖制作和陰影分析上較為出色。
圖1 支架SketchUp效果圖
圖2混凝土屋頂支架安裝和組件鋪設SketchUp效果圖
圖3別墅分布式發電系統組件布置SketchUp效果圖
項目施工前的重要工作是深化設計，如方陣具體布置方案、支架安裝方案、組件和逆變器選型、接線和電纜敷設方案、逆變器和交流配電箱的安裝位置、防雷接地等，其中方陣布置和支架的安裝方案屬于重點內容，對于民用系統，支架的安裝設計靈活性很大。
別墅屋頂一般為瓦面和混凝土兩種形式，支架和屋面的固定有打孔和負重壓塊等方法，對于打孔因為破壞了原有屋面的結構，就要涉及到屋面的防水工程。
如圖4所示為混凝土屋頂膨脹螺栓與屋面的固定方法和屋面防水措施，孔的直徑需要和膨脹螺栓的直徑匹配，太小和太大都不合適，孔的深度需要根據屋面的結構來定，膨脹螺栓的深度不允許超出現澆層，一般最大深度為現澆層的一半左右，并以此作為選擇膨脹螺栓長度的依據。
圖4所示的屋面防水使用了三重防水措施，即孔內采用組件封裝所使用的黑色硅膠或者995結構膠灌注，屋面和角鋁之間使用防水膠墊，同時螺栓安裝位用防水膠密封。對于瓦面屋頂，若瓦下是水泥混凝土層，采用膨脹螺栓固定掛鉤，也可以采用該防水方法。
圖4混凝土屋面上膨脹螺栓與屋面的固定方法和屋面防水措施
支架的設計需要了解常用的導軌型號和配件,如圖5為混凝土屋面所采用的比較常見的支架架構（方陣由2*4片組件組成）,由橫梁、豎梁、方管、角鋁、L支腳、T型螺栓和內六角螺栓、內扣連接件、壓塊等配件組成，深化設計需要確定各個配件型號、尺寸和數量。
內扣連接件用于連接方管和豎梁，并且可調節角度。豎梁和橫梁之間的固定采用L支腳加上M8的T型螺栓，方管和屋面的固定采用膨脹螺栓和L支腳，角鋁的作用用于斜支撐加強固定。
圖5混凝土屋頂支架方案
2. 民用光伏發電系統的施工
項目現場施工的一般流程為由業主購買支架、組件、逆變器等設備材料并提前進場，施工當天的工作有組件支架的吊裝和搭建、組件安裝、組串接線和電纜走線、組件防雷接地、逆變器和交流配電箱安裝等，需要配齊專業施工工具和安全防范工具，如吊裝繩索、鋼管氣筒、密封膠灌注專用工具、角磨機、電錘、手電鉆、鋸子、鐵錘、內六角、套筒、美工刀、活動扳手、尖嘴鉗、剝線鉗、壓線鉗、扎帶、起子、插線板、萬用表、安全手套等等。
如圖6至圖8為瓦面屋頂從打孔到導軌安裝的施工過程，根據屋面實際情況和組件排布數量，膨脹螺栓安裝孔位的前后間距約1米左右，由于混凝土瓦面有一定厚度，瓦面和保溫層有幾厘米的距離，再打入現澆層后，總共深度約15cm左右，孔位開好之后需要將多余的混凝土土灰用鋼管氣筒清除干凈，灌注硅膠需要見到明顯的溢出為佳，膨脹螺栓和L支腳搭配好之后敲入孔內，橫梁和L支腳固定，最后在安裝孔位四周涂上防水膠，待半干燥后即可安裝光伏組件，參考圖9。
圖6孔內除沙
圖7 灌注硅膠
圖8安裝支架橫梁
圖9 瓦面組件安裝實景圖
電纜的敷設從組串出線端到組串逆變器端一般采用穿PVC管的形式，根據電纜進管的數量來確定需要的PVC管直徑，走線時電纜需要留有一定的余量，盡量不要讓電纜暴露在外，同時需要用防火泥將管口密封堵死，電纜從屋頂走到逆變器處盡量順著墻面，彎曲半徑不宜過大，采用肉眼看不到的方式敷設，做到整齊美觀。
陣列的防雷接地可以使用熱鍍鋅扁鋼和屋面的避雷帶通過焊接進行連接，焊接處需要做好防腐防銹處理，如果沒有避雷帶，一般采用垂直接地極，即用一根2.5米的圓鋼垂直打入土壤中,使用接地搖表測試接地電阻是否達到小于等于4歐姆的要求，如果不能滿足，還需要再增加一根直到滿足要求為止。
項目施工完成后需要等供電局并網接入，其中電表的接線方法根據不同地區也有兩種方法，第一種接法如圖10，因為很多家庭用戶不會看逆變器，所以需要在交流配電箱輸出端裝一塊計量光伏發電電量的電表。原用戶電表改成雙向電表，光伏側電表的出線端接到該雙向電表的出線端，用于顯示用戶自己用電和賣到電網的電量，多余的電反轉計量。
圖10 電表接法
3. 小結
本文初步介紹了SketshUp在家庭分布式屋頂設計的應用，并探討了家庭分布式屋頂的支架與屋面的固定安裝方法和瓦面支架安裝施工過程等內容，和中大型分布式比較,家庭分布式的設計和施工比較靈活,施工重點在與支架的安裝, 而且支架設計方案也有很多種,需要我們對目前市面上的支架都要非常了解,根據現場的情況選擇最優的設計,本文內容寫的較為簡單，后續我們再詳細展開為大家介紹。
