浅谈分布式光伏电站彩钢瓦屋面支架的应用

浅谈分布式光伏电站彩钢瓦屋面支架的应用

摘要：近年来国家大力发展新能源，使得分布式光伏电站迅速发展起来。分布式光伏电站主要建设在混凝土屋面与彩钢瓦屋面上。本文基于彩钢瓦屋面上分布式光伏电站支架的受力特点、作用机理及设计方法，结合某工程实例，对常规支架设计方案、设计思路与计算方法，提出一些建议，供同行业人员参考。

关键词：支架设计；支架计算；光伏支架安装形式；光伏支架受力分析

引言

彩钢瓦屋面分布式光伏电站支架一般采用铝合金这种型材作为材料。铝合金光伏支架所有结构包括连接件都全部采用了铝合金材料，具有重量轻、外形美观、安装简单、抗腐蚀性能强等特点，相比以往钢制光伏支架，使用铝合金型材支架在减轻荷载、投资成本、使用寿命方面也有较大的优势。

以下通过一些工程实例的计算介绍铝合金支架应用特点、受力特性、适用性，结合笔者一些计算原理，积极探索铝合金支架在分布式光伏电站中的计算及应用，与同行业者交流一些经验。

1、支架设计

分布式光伏电站全套系统主要安装在彩钢瓦屋面上，屋面彩钢瓦波峰形式有两种：直立锁边型与角驰型。两种波峰形式夹具一般隔一跨布置，其中角驰型波峰高于直立锁边型波峰。光伏组件与彩钢瓦固定方法采用夹具连接形式，夹具与彩钢瓦波峰连接，不同瓦型

需配置不同的夹具，夹具安装后需经过拉拔试验，出具试验报告，满足支架承载力及强度要求。支架可分为主梁与安装梁，主梁根据组件布置情况布置，安装梁布置在主梁上面，计算跨度为夹具间距。支架布置的屋顶情况要比较好，无其它设备及障碍物，采光带、气楼、屋面高低差对系统安装有一定的影响，可以在设计时适当的避开，减少对系统安装的影响。

支架应结合工程实际选用材料、设计结构方案和构造措施，保证支架结构在运输、安装和使用过程中满足强度、稳定性和刚度要求，并符合抗震、抗风和防腐要求。支架应按承载力极限状态计算结构和构件的强度、稳定性以及连接强度，按正常使用极限状态计算结构和构件的变形。支架的设计使用年限宜为25年。

在彩钢瓦屋顶，光伏组件及支架均为工厂制作现场拼装，因此施工噪声、施工粉尘、污染物排放等对周围环境基本没有影响。设备安装时只需夹具固定，无需打孔，不会破坏屋面钢板，因而不会引起屋面漏水等问题。

2、支架计算

2.1工程实例分析

某工程为一项彩钢瓦屋面光伏发电项目，工程项目主体建设在厂房彩钢瓦屋面上，项目屋顶总体面积约为12，800m2，因障碍物阴影等不利因素对项目的影响，光伏发电系统可利用面积约为7，500m2，初步核算安装容量为0.73MWp，总体电站规划图如下图，项目发电系统通过有效的连接方式平铺安装于彩钢瓦屋面，安装方位与安装倾角与建筑物屋面一致。

建筑物结构形式主要为单层现浇混凝土柱钢屋面梁排架结构，屋面维护形式为檩条彩钢瓦，建筑物高度为10m~15m之间；基本风压取GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》50年一遇的基本风压0.55 kN/m2，地面粗糙B类；电站抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组；根据GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》查得当地无雪压；根据结构图纸的结构设计说明可得该建筑物屋面为不上人屋面，屋面活荷载为0.5 kN/m2。

2.2计算依据：

《建筑结构荷载规范》 GB50009-2012

《光伏发电站设计规范》 GB50797-2012

《铝合金结构设计规范》 GB50429-2007

2.3受力分析

（1）恒载标准值计算

光伏系统：

光伏组件等效恒载 0.1160 kN/m2

组件夹具等效恒载 0.0012 kN/m2

组件安装导轨等效恒载 0.0096kN/m2

合计 0.1268 kN/m2

（2）风载标准值计算

根据GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》可得作用于屋面的风荷载标准值依按下述公式计算：

Wk=βzμsμzwo

由上可得βz=1.63；

μs：风荷载体型系数，根据建筑物的体型及现场经验值取1.3；

μz：风压高度变化系数，地面粗糙度为B类，建筑高度位于10~15m之间，取μz为1.13；

wo：基本风压，业主要求按50年一遇基本风压设计；wo=0.55 kN/m2；

由上式计算可得风载标准值为

Wk=βzμsμzwo=1.63×1.3×1.13×0.55 kN/m2＝1.32 kN/m2

（3）活荷载标准值计算

根据建筑物结构设计说明图纸取活荷载为0.5kN/m2

本项目中，相关允许值见《铝合金结构设计规范》GB50429-2007，根据以上的荷载计算可得屋面的光伏系统对屋面所增加的等效均布荷载为0.1268 kN/m2，其中局部包括0.55kN的集中荷载，其余荷载将根据建筑物结构设计说明相关参数进行设定，组件支架支撑布置按照隔跨一布置，跨度为0.79m~0.80m，本项目按0.8mm计算，对彩钢瓦产生的集中拉力最大值为1.2kN。根据建筑物结构图纸，因建筑物排架布置对称均匀，通过PKPM建模分析本建筑物的边跨及中跨代表进行验算，计算得各梁及檩条应力比均符合规范要求，以此初步评估本项目的屋面承载力可行，具体确定建筑物整体承载力，还需进一步根据相关资料分析核算。

3、支架安装形式

组件安装初步拟定采用压块安装；彩钢瓦夹具与组件之间通过安装梁与配套压块及螺栓固定；光伏组件的整体固定示意图如下：

光伏组件固定示意图

5、结论与建议

通过分布式光伏电站支架设计与受力分析，支架计算必须计算风压引起的材料的弯曲强度和弯曲量，支撑臂的压曲（压缩）以及拉伸强度，安装螺栓的强度等，并确认强度。支架的强度应满足在自重、风荷载、雪荷载（项目所在地无雪，可不考虑）和地震荷载共同作用下的使用要求，设计时应考虑台风的影响。支架应满足10年内可拆卸再利用和25年内安全使用的要求。

参考文献

[1]GB50009-2012，建筑结构荷载规范. 中华人民共和国住房和城乡建设部.

[2]GB50017-2003，钢结构设计规范. 中国计划出版社，2003.

[3]GB50429-2007，铝合金结构设计规范. 中国计划出版社，2008

[4]GB50797-2012，光伏发电站设计规范. 中华人民共和国住房和城乡建设部.

[5]GB51101-2016，太阳能发电站支架基础技术规范. 中华人民共和国住房和城乡建设部.

[6]GB50018-2002，冷弯薄壁型钢结构技术规范. 中国计划出版社，2002