屋頂分布式光伏發電支架結構設計淺析

龍慧

摘 要：隨著國家對綠色能源的需求，國家有關部門非常重視光伏產業的發展和分布式光伏發電的推廣，屋頂分布式光伏是將光伏系統安裝于已建建筑的屋面，而不同的屋頂選擇的支架結構形式也不同，因此光伏系統支架設計需要重點關注已建建筑的屋頂形式和結構承載能力，支架結構的基礎固定方式、抗風載、雪載的能力以及支架材料的選擇等方面的問題，該文結合筆者光伏支架設計經驗，簡要闡述屋頂分布光伏發電的支架結構設計要點。

關鍵詞：屋頂分布式光伏發電 光伏支架 微波處理

中圖分類號：TK18 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）12（a）-0006-02

屋頂分布式光伏發電是在用戶側并網的自發自用，余電上網的綠色能源，由于屋頂分布式光伏發電是近兩年才出現的新興事物，很多設計人員不知曉光伏發電系統在屋面的設計方式，因此該文從以下3個方面淺析屋頂光伏支架的設計要點。

1 屋頂形式分類

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

彩鋼瓦是用彩涂鋼卷經專門的機器軋制成型，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澆而成的屋面。

2 光伏支架結構設計

2.1 支架結構設計原理

為了不破壞原建筑的防水層，影響正常的生產工作，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軌與彩鋼瓦固定，以保證整個支架系統的穩定可靠（如圖1所示）。

對于混凝土屋面，為了不破壞建筑的防水層，影響正常的生產工作，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 屋面支架結構材料的選用

2.2.1 支架結構材料及材質要求

彩鋼瓦屋面整個支架系統的材料主要包括：鋁合金夾具、鋁合金立柱、鋁合金橫梁、鋁合金導軌、鋁合金壓塊；而混凝土屋面整個支架系統的材料主要包括：混凝土基礎，鋼立柱、鋼橫梁、鋼導軌。由于光伏系統的設計使用年限為25年，因此整個支架系統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、導軌的選用

對于彩鋼瓦屋面，在設計時首先需要確定彩鋼瓦的瓦型，依據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，并以此作為整個支架系統的基礎。由于夾具與彩鋼瓦固定后，是整個支架系統安全穩定的基礎，因此夾具是否穩定可靠關系到整個支架系統的可靠性，因此夾具的厚度建議一般不低于5 mm；而導軌是用于與光伏組件進行固定的次結構，是保證光伏組件穩定的重要構件，需要依據當地的風壓、雪壓及其他荷載情況進行計算確定，建議厚度不低于1.8 mm，且應選用常用的且市面上可以買得到的導軌。

2.3 支架結構設計原則

（1）基本原則：支架結構的設計應滿足承載力的要求，并應驗算原屋面結構的承載力要求；風荷載和雪荷載的取值按50年一遇的要求取值；設計方案應能完全滿足并能完全覆蓋整個屋面光伏組件區域運維過程中的清洗、檢修等工作。

（2）夾具布置原則：沿屋面坡度垂直的方向，當彩鋼瓦的波距≤600 mm時，每間隔一個波距布置一個夾具；而當彩鋼瓦波距≥600 mm時，建議每個波峰處都放置一個夾具，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屋面光伏組件的鋪設形式確定。

（3）導軌布置原則：為滿足光伏組件最佳受力的要求，建議每排光伏組件的導軌間距按照850 mm來確定；因為項目所在地的經緯度、房屋朝向、屋面坡度等不同，對光伏組件的陰影遮擋也就不同，因此前后排光伏組件的導軌間距需依據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，兩邊和中間各布置一道；每排支架長度>30 m時，依據縱向支架的長度，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 支架結構設計步驟

（1）由于屋頂分布式光伏發電系統是將光伏發電材料放置于已建好的屋面上，那么原屋面結構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，因此在進行支架結構設計前第一步就要先驗算原結構的結構承載能力；那么新增的光伏荷載有多大呢？一般情況下，對于彩鋼瓦屋面，新增的光伏系統荷載按15～20 kg/m2來考慮；混凝土屋面需要依據當地的風壓來計算抗傾覆作用，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）如原結構承載無問題，則需確定光伏組件的鋪設方式。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時需向南與水平面成8度傾角，北坡屋面的光伏組件鋪設時需向南與水平面成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時順坡鋪設；混凝土屋面的光伏組件需依據最佳傾角設計支架結構。

（3）依據組件的鋪設角度和方式，確定好支架結構形式，同時考慮當地的風壓、雪壓及其他荷載情況進行結構計算，選用合適的材料保證結構的穩定安全。

4 結語

由以上分析可知，在設計光伏支架時，把握好以上設計要點，不僅可以保證原結構的安全，且選取的支架結構不會破壞原有屋面的防水層，不會影響室內的正常工作和生產。結構設計人員在設計時需要因地制宜，在把握上述要點的情況下，選擇合適的支架結構形式，以保證整個光伏電站的安全運行、發電效率最大。

參考文獻

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