龍慧

摘 要：隨著國家對(duì)綠色能源的需求，國家有關(guān)部門非常重視光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和分布式光伏發(fā)電的推廣，屋頂分布式光伏是將光伏系統(tǒng)安裝于已建建筑的屋面，而不同的屋頂選擇的支架結(jié)構(gòu)形式也不同，因此光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注已建建筑的屋頂形式和結(jié)構(gòu)承載能力，支架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)固定方式、抗風(fēng)載、雪載的能力以及支架材料的選擇等方面的問題，該文結(jié)合筆者光伏支架設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，簡要闡述屋頂分布光伏發(fā)電的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：屋頂分布式光伏發(fā)電 光伏支架 微波處理

中圖分類號(hào)：TK18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）12（a）-0006-02

屋頂分布式光伏發(fā)電是在用戶側(cè)并網(wǎng)的自發(fā)自用，余電上網(wǎng)的綠色能源，由于屋頂分布式光伏發(fā)電是近兩年才出現(xiàn)的新興事物，很多設(shè)計(jì)人員不知曉光伏發(fā)電系統(tǒng)在屋面的設(shè)計(jì)方式，因此該文從以下3個(gè)方面淺析屋頂光伏支架的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 屋頂形式分類

在確定光伏支架結(jié)構(gòu)形式時(shí)首先需要明確所裝光伏系統(tǒng)的屋面是何形式的。目前適合裝光伏系統(tǒng)的屋面主要分為兩大類：一是屋面面積較大的輕鋼結(jié)構(gòu)彩鋼瓦屋面；二是現(xiàn)澆混凝土屋面。屋面形式不同采用的支架結(jié)構(gòu)形式也不同。

彩鋼瓦是用彩涂鋼卷經(jīng)專門的機(jī)器軋制成型，而后裝于屋面檁條，從而形成防水的彩鋼瓦屋面，目前常用的彩鋼瓦有角弛型彩鋼瓦，180度咬合彩鋼瓦，360度咬合彩鋼瓦；而混凝土屋面就是由混凝土現(xiàn)澆而成的屋面。

2 光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

為了不破壞原建筑的防水層，影響正常的生產(chǎn)工作，彩鋼瓦屋面的支架主要采用與彩鋼瓦瓦型配套的專用夾具和導(dǎo)軌與彩鋼瓦固定，以保證整個(gè)支架系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠（如圖1所示）。

對(duì)于混凝土屋面，為了不破壞建筑的防水層，影響正常的生產(chǎn)工作，一般采用水泥墩安裝方式，靠水泥墩與光伏組件自身重量固定在混泥土屋面（如圖2所示）。

2.2 屋面支架結(jié)構(gòu)材料的選用

2.2.1 支架結(jié)構(gòu)材料及材質(zhì)要求

彩鋼瓦屋面整個(gè)支架系統(tǒng)的材料主要包括：鋁合金夾具、鋁合金立柱、鋁合金橫梁、鋁合金導(dǎo)軌、鋁合金壓塊；而混凝土屋面整個(gè)支架系統(tǒng)的材料主要包括：混凝土基礎(chǔ)，鋼立柱、鋼橫梁、鋼導(dǎo)軌。由于光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用年限為25年，因此整個(gè)支架系統(tǒng)的材料需要具備非常好的防腐蝕性能，彩鋼瓦屋面鋁合金材料的材質(zhì)建議使用6005-T5及以上的材料，混凝土屋面的鋼支架材料建議選用材質(zhì)不低于Q235B，熱鍍鋅含量不低于65 μm。

2.2.2 彩鋼瓦屋面夾具、導(dǎo)軌的選用

對(duì)于彩鋼瓦屋面，在設(shè)計(jì)時(shí)首先需要確定彩鋼瓦的瓦型，依據(jù)彩鋼瓦瓦型選用與之配套的專用夾具，通過不銹鋼螺栓與彩鋼瓦緊密連接，并以此作為整個(gè)支架系統(tǒng)的基礎(chǔ)。由于夾具與彩鋼瓦固定后，是整個(gè)支架系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)，因此夾具是否穩(wěn)定可靠關(guān)系到整個(gè)支架系統(tǒng)的可靠性，因此夾具的厚度建議一般不低于5 mm；而導(dǎo)軌是用于與光伏組件進(jìn)行固定的次結(jié)構(gòu)，是保證光伏組件穩(wěn)定的重要構(gòu)件，需要依據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓、雪壓及其他荷載情況進(jìn)行計(jì)算確定，建議厚度不低于1.8 mm，且應(yīng)選用常用的且市面上可以買得到的導(dǎo)軌。

2.3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

（1）基本原則：支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足承載力的要求，并應(yīng)驗(yàn)算原屋面結(jié)構(gòu)的承載力要求；風(fēng)荷載和雪荷載的取值按50年一遇的要求取值；設(shè)計(jì)方案應(yīng)能完全滿足并能完全覆蓋整個(gè)屋面光伏組件區(qū)域運(yùn)維過程中的清洗、檢修等工作。

（2）夾具布置原則：沿屋面坡度垂直的方向，當(dāng)彩鋼瓦的波距≤600 mm時(shí)，每間隔一個(gè)波距布置一個(gè)夾具；而當(dāng)彩鋼瓦波距≥600 mm時(shí)，建議每個(gè)波峰處都放置一個(gè)夾具，保證夾具的最大間距1 200 mm；沿屋面坡度平行的方向，每排光伏陣列中的夾具間距需依據(jù)屋面光伏組件的鋪設(shè)形式確定。

（3）導(dǎo)軌布置原則：為滿足光伏組件最佳受力的要求，建議每排光伏組件的導(dǎo)軌間距按照850 mm來確定；因?yàn)轫?xiàng)目所在地的經(jīng)緯度、房屋朝向、屋面坡度等不同，對(duì)光伏組件的陰影遮擋也就不同，因此前后排光伏組件的導(dǎo)軌間距需依據(jù)光伏組件陰影遮擋的情況確定。

（4）柱間支撐布置原則：每排支架縱向長度30 m時(shí)，兩邊和中間各布置一道；每排支架長度>30 m時(shí)，依據(jù)縱向支架的長度，每隔30～40 m布置一道，且整排支架的中間和兩邊各布置一道。

3 支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟

（1）由于屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是將光伏發(fā)電材料放置于已建好的屋面上，那么原屋面結(jié)構(gòu)的承載能力是否滿足新增光伏荷載的承載要求就顯得尤為重要，因此在進(jìn)行支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前第一步就要先驗(yàn)算原結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)承載能力；那么新增的光伏荷載有多大呢？一般情況下，對(duì)于彩鋼瓦屋面，新增的光伏系統(tǒng)荷載按15～20 kg/m2來考慮；混凝土屋面需要依據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓來計(jì)算抗傾覆作用，以此來確定新增荷載的大小，一般情況下可按80～120 kg/m2來考慮。

（2）如原結(jié)構(gòu)承載無問題，則需確定光伏組件的鋪設(shè)方式。若彩鋼瓦屋面為南北坡的屋面形式，那么建議南坡屋面的光伏組件鋪設(shè)時(shí)需向南與水平面成8度傾角，北坡屋面的光伏組件鋪設(shè)時(shí)需向南與水平面成3度傾角；若彩鋼屋面為東西坡的屋面形式，所有的光伏組件鋪設(shè)時(shí)順坡鋪設(shè)；混凝土屋面的光伏組件需依據(jù)最佳傾角設(shè)計(jì)支架結(jié)構(gòu)。

（3）依據(jù)組件的鋪設(shè)角度和方式，確定好支架結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓、雪壓及其他荷載情況進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，選用合適的材料保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全。

4 結(jié)語

由以上分析可知，在設(shè)計(jì)光伏支架時(shí)，把握好以上設(shè)計(jì)要點(diǎn)，不僅可以保證原結(jié)構(gòu)的安全，且選取的支架結(jié)構(gòu)不會(huì)破壞原有屋面的防水層，不會(huì)影響室內(nèi)的正常工作和生產(chǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)需要因地制宜，在把握上述要點(diǎn)的情況下，選擇合適的支架結(jié)構(gòu)形式，以保證整個(gè)光伏電站的安全運(yùn)行、發(fā)電效率最大。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T6892-2006.一般工業(yè)用鋁及鋁合金熱擠壓型材[S].中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2006.

[2] GB50429-2007.鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2007.

[3] GB50017-2003.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2003.

[4] CECS102：2002-（2012年版）.門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，2012.