2026轻质屋面光伏系统安全技术白皮书

White Paper: Safe Application Technologiesfor Single-Ply Roof-Based Photovoltaic Systems 卷首语 光伏屋面是光伏和屋面跨界的融合，建筑光伏中，光伏屋面是最适宜的场景和效能最高的实现方式，是建筑双碳目标中贡献产能的最有效手段，应该大力推广！ 但是分布式光伏屋面和集中式地面光伏电站有着很大的区别：不能像地面那样，仅仅把屋面当作一个放置光伏组件的场所。光伏屋面首先要确保建筑安全，其次是保证建筑屋面功能的实现，最后才是发电效能。因此，保证建筑安全和屋面功能是光伏屋面的首要任务！要关注： • 屋面荷载的安全性、抗风揭安全性、防火等安全性；• 屋面功能的保全。包括屋面防水、保温隔热、防风雨、抗 冰雹、防雷、隔音等功能；• 屋面系统的耐久性与光伏电池组件寿命的匹配；• 屋面类型：金属屋面、瓦屋面、单层卷材屋面、种植屋面等。 希望更多的人关注光伏屋面的特殊性。并不是所有的屋面都适宜安装光伏，因此也不赞成“大跃进”式的推动光伏屋面。希望更多的企业、研究机构、建筑师和用户研发出更符合屋面安全和满足功能的光伏屋面产品和技术。 2022 年全国新增竣工面积中，除住宅外厂房及仓库竣工面积占比最高，达 16%. 厂房建筑及仓库每年新增竣工建筑面积约 6.5 亿平方米，存量建筑面积为 100 亿平方米。 一、行业背景 1 市场背景 随着一方面“能耗双控”+“限电限产”政策不断强化，制造厂及仓储物流园区等企业将不断推进安装光伏，另一方面煤电上网价格攀升，且高能耗企业交易电价不受上浮 20% 限制，汽车制造、农产品加工、金属加工等高能耗生产制造企业也将具备更强主动性安装光伏。 分布式光伏市场发展迅猛，现连续三年市场占比超过集中式光伏，2023 年一季度中国分布式光伏新增装机 18.13GW，占比 54%. 与 2022年一季度新增装机 8.87GW 相比，增长了 104%. 从装机类型上看，工商业分布式占比仍高于户用分布式。2023 年一 季 度 新 增 工 商 业 分 布 式 光 伏 装 机 9.21GW， 在 分 布 式 中 占 比 51%.在电池片等上游原材料持续降价下，组件出货量持续增加。中国光伏行业协会预测今年将新增装机 120GW（7 月上调预期至 140GW），行业保持高增长。 而传统光伏组件安装于厂房屋面时通常有此类问题：一方面，支架结构有老化风险，若屋面寿命低于 25 年（光伏发电寿命）, 翻修、拆装将极大延长光伏系统投资回收期；另一方面，由于常规光伏组件通常重量为15kg/m² 以上，可能有载荷问题影响结构。在光伏与建筑结合时，安全性已经成为行业内必须要考虑的因素之一。 自 2021 年 9 月住建部发布《建筑节能与可再生能源利用通用规范》GB55015-2021 以来，“光伏 +”模式确认为我国实现减排目标的重要手段。而在各类“光伏 +”模式中，“光伏 + 建筑”无疑是分布式光伏未来最大的市场。上海、浙江、河南、安徽、宁夏、四川等地，均出台能源行业发展规划或碳达峰实施方案，从多个方面对分布式光伏的发展提出明确要求，鼓励“光伏 +”，要求工业企业、园区分布式光伏应装尽装。根据国家统计局数据表明， 另据美国屋面工程协会（NRCA）2015/2016 年统计数据： 美国新建和改造屋面中，基于 TPO, PVC，EPDM 的单层卷材屋面占比分别为 66.44% 和 69.88%. 欧洲 AMI 统计及预测数据也呈现增长趋势。 ● 粘贴固定：将光伏系统通过粘贴的方式固定在屋面表面，不需要穿透屋面防水层，但需要选择合适的结构胶或其他黏合材料，确保粘结强度和耐候性。在极端天气情况下，强风的作用会导致粘接点有脱落的风险。 国内单层卷材屋面年新增市场容量大约在 2000 万 m² 左右，TPO 占比近 70%, 随着防水强条（GB 55030—2022《建筑与市政工程防水通用规范》）的实施，预计还将有更大增长。 ● 负重压块固定：在屋面上用混凝土或其他重物作为配重，将光伏系统固定在屋面上，相对来说施工简便，但对屋面结构和承载能力有较大的要求。 2 光伏系统安全性应用趋势 单层屋面光伏系统是指在单层卷材屋面上安装光伏产品和相关设备的系统，可以利用太阳能发电。具有节能减排、提高屋面利用率、降低建筑负荷等优点，但也面临着安全性方面的挑战，如屋面漏水、光伏产品老化、热斑效应、机械载荷等。 单层屋面光伏系统的安全性主要取决于光伏系统的设计和安装方式，目前有以下几种常规方案： ● 穿透支座固定：需要在屋面上打孔，将光伏系统的支座固定在屋面檩条或钢板上，需要穿透屋面防水层，如果防水处理不好，会有漏水隐患。 为了解决常规方案无法同时满足在单层屋面系统的防水、承载、抗风安全性问题，固德威推出了银河屋面解决方案，即全球首款轻质光电卷材一体化产品，将光伏产品与 TPO 防水卷材结合，实现了单层屋面光伏一体化设计。 二、光伏对单层屋面的影响 1 温度 银河轻质光电建材是一种轻质化光伏产品，每平方重量仅为 6kg，减轻了屋面的负重压力。采用通风散热构造，有效降低工作温度，提高发电效率，确保产品的寿命和安全性。该产品具有抗冰雹结构，经过严格测试，能承受直径 25mm 的冰雹冲击，保持其完整性和稳定性。安装方式采用热风焊接技术，无需支架与结构胶，避免结构胶老化导致的漏水或脱落等风险。此外，银河产品使用 TPO 防水卷材技术，确保 25 年不漏水的同时提升屋面美观度。 随着光伏技术的发展和成本的降低，越来越多的建筑物选择在屋面上安装光伏系统，为自身提供电力从而节约能源。然而，光伏系统对屋面材料也有一定的影响，尤其是对单层屋面材料。单层屋面材料是一种轻质柔性防水卷材，广泛应用于工业和民用建筑物的屋面。其中，TPO 防水卷材是一种新型的单层屋面材料，具有优良的耐候性、抗老化性、抗紫外线性、环保性等特点。但是 TPO 防水卷材也容易到温度变化的影响，因此，在单层 TPO 屋面上安装光伏系统时，需要考虑温度对其热稳定性的影响。 随着我国对碳中和目标的不断推进，以及对工业和建筑领域节能减排要求的不断提高，单层屋面的光伏系统安全应用技术将会有更广阔 的 市 场 空 间 和 发 展 前 景。 固 德 威 光 电 建 材 将 继 续 秉 承“ 让 每 一 栋 建筑发电”的使命，不断优化和完善基于单层屋面的光伏系统解决方案，使整个系统具有更加优异的耐久性。为客户提供更高效、更安全、更环保的光伏产品和服务。 根据国家标准 GB 27789-2011，TPO 防水卷材的热稳定性是指在高温条件下，卷材不发生熔化、流淌、开裂、起泡等现象，保持其防水性能的能力。TPO 防水卷材的热稳定性与其分子结构、配方设计、生产工艺等因素有关。一般来说，TPO 防水卷材的热稳定性越好，其在高温环境下的使用寿命越长。 温度对 TPO 屋面有多方面的影响。首先，温度升高会导致 TPO 屋面热胀冷缩，引起应力变化和变形。不合理的设计和施工可能导致开裂、脱层和起皱等问题。其次，温度升高会加速 TPO 屋面的老化过程，减低其防水性能和机械性能，表现为颜色变淡、表面粉化和裂纹增多。此外，温度升高还会增加 TPO 屋面的热损失，影响建筑物的节能效果。TPO 屋面的反射率和发射率决定了对太阳辐射的吸收和散发能力，高反射率和低发射率可以降低热量吸收，减少热损失，从而降低屋面温度。 为了减少温度对 TPO 屋面的影响，可以采用以下措施： ● 选择高反射率和低发射率的 TPO 防水卷材，或者在屋面表面涂刷 反射涂料，提高屋面对太阳辐射的反射能力，降低屋面温度。 ● 在 TPO 防水卷材上安装光伏产品，利用光伏产品将太阳能转化为电能，同时为建筑物提供清洁能源。光伏产品可以遮挡部分太阳辐射，减少屋面吸收的热量。 ● 在光伏产品下设置通风构造，利用空气对流带走屋面散发的热量，降低屋面温度。 根据 TPO（热塑性聚烯烃）的国家标准 GB 27789-2011，对 TPO 材料进行热老化试验时，温度应为 115℃ ±2℃，持续时间为 672 小时（相当于 28 天）。这样的试验条件能够模拟实际使用情况下的长期老化环境。然而防水企业，如北新防水、东方雨虹、凯伦、科顺等，由于具备更高的技术能力，可以将试验温度提高到 135℃，更加保证了 TPO 材料的可靠性。 2 散热构造高度对系统的影响 光伏发电伴随着发热，温度又影响卷材使用寿命，所以需要通过增加通风散热构造降低光伏发热对卷材的影响。 同时从测试数据可以看出，增加散热构造大大降低了 TPO 表面温度。当散热格栅高度为 25mm 时，光伏发电产生的热量对 TPO 表面温度基本没有影响。当散热格栅高度大于 25mm 时，还会降低 TPO 表面的温度，有利于保证整个光伏屋面系统 25 年的使用寿命。 3 光伏在单层屋面的典型安装方式 除了通风构造需求以外，如何在单层屋面安装光伏一直以来都是技术难点，难点有二： 下面图表是我们针对光伏产品平铺在卷材上面和增加不同高度散热构造，对卷材表面温度的影响测试数据： 一是单层屋面无符合受力要求的常规光伏支架固定位置； 二是光伏如何在不破坏屋面防水的情况下进行安装。 常规的解决方案有以下三种： ● 穿透支座式：需要在屋面上打孔，然后将支座固定在屋面檩条上。这种方案的优点是支架固定牢靠，无需重物压载，但缺点是会破坏屋面的防水性能，增加渗漏的风险。穿透支座的预制件的施工现场，无法保证产品良率，其次焊接施工若不到位，雨水会从孔洞中渗入造成漏水。以无遮 挡 1 万平的屋顶，1MW 的光伏工商业项目为例，支座大约需要 2600 个左右支座，若按 1% 的不良计算，会有 30 个漏水点在同时渗漏，对企业的经营和生产活动造成影响。 承载力有相当大的要求。而且压载物会占用屋面空间，影响美观和使用效率。长期作用下混凝土压载物在会对 TPO 卷材造成机械损伤，导致卷材被刺穿或撕裂，影响其防水性能。 针对以上痛点，固德威推出轻质光电卷材一体化解决方案：无需导轨支架，使用固德威自主研发生产的银河 Ultra 产品，将产品两端自带的TPO 卷材直接与原有的屋面 TPO 进行热风焊接，此方案不仅可实现无损安装，屋面安装了光伏后，可抵挡大量的紫外线照射，对增强屋面的耐久性大有裨益。 ● 胶粘式：使用特殊的胶黏剂将支架或者光伏产品直接粘合在屋面上。这种方案的优点是不需要打孔，不影响屋面的防水性能，而且支架重量较轻，约为 2~4kg/m²。但缺点是粘合剂的老化会导致粘结强度的下降，导致光伏系统在极端天气等外界因素的作用下脱落或损坏。不仅如此，TPO 卷材中会加入如抗氧剂、防老剂等添加剂，在光伏系统工作的高温 环境下易发生挥发或迁移，其本身属性就不易与结构胶等黏合及粘附。 ● 负重式：使用混凝土或其他压载物将光伏系统固定在屋面上。这种方案的优点是不需要打孔，也不需要粘贴剂，而且安装角度可以定制。但缺点是整体支架和压载物重量较大，约为 25~30kg/m²，对单层屋面的 同时在单层屋面上安装光伏系统还需要考虑风荷载、雪荷载、地震等因素对系统的影响。需要根据当地的气象条件、建筑特点、用电需求等进行合理的设计和优化，以保证系统的安全性和经济性。 4 改造项目需求 - 荷载 除了安装方式以外，光伏项目的建设还面临着屋顶荷载的限制。尤其是在工商业建筑的改造项目中，低荷载屋面大量存在，约占我国市场存量的 40%. 5 防火 单层屋面的耐候性是指屋面材料在自然环境中经受风、雨、雪、冰、日照、温度变化等因素的影响，而不发生变形、开裂、脱落、腐蚀等现象的能力。单层屋面的耐候性直接关系到屋面的使用寿命和安全性，也影响到光伏系统的发电效率和稳定性。因此，选择合适的光伏产品和屋面材料，是提高单层屋面的耐候性的关键。TPO 是一种热塑性聚烯烃防水卷材，它的防火等级为 B2 级，在离开火源后，可以自动熄灭，不会产生滴落物造成火