浅谈分布式光伏屋顶的荷载验算

浅谈分布式光伏屋顶的荷载验算

庞红蕾

深圳创维光伏科技有限公司

摘要

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将76%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响。大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大的破坏。大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。

分布式屋顶光伏电站，为完全利用可再生清洁能源——太阳能，太阳能电池组件将太阳能转化成电能，逆变器将不稳定的直流电转换成稳定的交流电，并将交流电连接到国家电网，为用户供电。分布式屋顶光伏电站的主要设备由太阳组件、逆变器、并网箱、光伏支架、基础组成。

本文通过对实际案例的分析，总结了分布式屋顶光伏电站的屋顶的载荷计算，光伏支架、基础的技术要求来对光伏电站的结构设计部分进行了较详细的描述，旨在总结光伏的屋顶结构设计经验，强化屋顶光伏电站的设计规范，保证分布式光伏屋顶的电站的正常运行。

一、项目情况概述

（一）项目概况

本项目位于石家庄市窦妪镇，坐标为北纬37°54′3″N，东经114°30′39″。窦妪镇项目现有办公楼一座，建筑面积3000多平米，屋顶为水泥现浇平屋顶；库区现有8座仓库，屋顶面积8000多平米，所有库房屋面最大角度不高于 10 度，广阔的闲置的屋顶资源是建设分布式光伏发电项目的巨大优越条件。

（二）建设规模

本工程总装机容量1.1MW。采用270Wp多晶硅组件，尺寸为1650*992*35mm。本项目仓库采用南北面顺坡铺设方式；办公楼水泥屋顶采用最佳倾角敷设。

二、屋顶结构荷载验算

（一）工程设计依据

本项目光伏系统设计计算高度9m。

基本风压： W0= 0.30kN/m2 (25 年一遇)

基本雪压： S0=0.30kN/m2 (25 年一遇)

地面粗糙度类别：B 类

抗震设防烈度：7度

（二）荷载相关计算

按照GB50009-2001, 风荷载计算公式如下：

Wk= μz μs βz ω0

Wk: 风荷载标准值

μz ：风压高度变化系数

μs ：风压体型系数

βz ：高度z处的阵风系数

ω0 ：本地区基本风压

基本风压按照GB50009-2001中规定给出的25年一遇的风压采用，ω0 =0.30KN/m2 。

屋顶标高9米，此地属于B类地区，

按照GB50009-2001中表7.2.1得：μz = 1

体型系数如下：

据《钢结构设计规范》 GB 50017-2003，

中间跨和边跨檩条的计算体型系数：μs = 1.3

风振系数：βz =1

负风压Wk1= μz μs βz ω0=1×1.3×1×-0.3= -0.39KN/m2

永久荷载计算如下：

太阳能板规格：1650mm*992mm*35mm

太阳能板重量：18.5kg/块

每块电池板面积：S=1.65*0.992=1.637m2

电池板每平米均布荷载：Q1 = 0.185/1.637=0.113 KN/m2

支架每平米均布荷载：Q2 = 0.07KN/m2

组件每平米均布荷载：Q3 = 0.11+0.07=0.18KN/m2

安装条件：混凝土混凝土屋顶

设计产品年限：25年

雪荷载计算如下：

按照GB50009-2001表6.2.1,基本雪压S0 = 0.30 KN/m2。

不均匀情况出现在20°到30°之间，此处坡度10°，无不均匀情况。

Sr=μr*S0

μr= 1.0

雪荷载标准值：

Sr= μr S0= 1.0 x 0.30=0.3 KN/m2.

地震荷载：7度设防，0.1g。水平地震与屋面大体平行，对竖直荷载影响不大，可以忽略。

活荷载如下：

按照GB50009-2001表4.3.1不上人屋面活荷载标准值取S活=0.5KN/m2

（三）屋面承载力验算

依据设计院提供的建筑专业及结构专业的竣工图纸，根据设计图纸可知1-6号仓库屋顶采用21米跨预应力混凝土折线形屋架，建筑设计说明中屋顶做法为：2层3厚SBS改性沥青防水卷材，表面附兰色岩粒；20厚1:3水泥砂浆找平层；160厚1;10水泥蛭石块保温层；屋面板采用C20细石混凝土灌缝，总厚度为186mm。

根据图纸设计屋架为YWJ21-5-Ca7选自国标95G415(七)经查规范图集，屋架最大可承受设计值荷载为6KN/M2，复核的屋顶荷载小于6KN/M2即满足要求。经计算：

防水层标准值荷载：0.35KN/M2

20厚找平层标准值荷载：0.4KN/M2

160厚保温层标准值荷载：0.9KN/M2

预应力混凝土板屋面板及灌缝自重：1.5KN/M2

屋面支撑及吊管自重：0.15 KN/M2

光伏组件及支架自重：0.18 KN/M2

混凝土基础总重：0.52 KN/M2

永久荷载标准值：4.0 KN/M2

可变荷载标准值：0.5 KN/M2

屋顶荷载设计值：

组合一：1.2X4.0+1.4x0.5=5.5KN/M2

组合一：1.35X4.0+1.4x0.5x0.7=5.89 KN/M2

增加光伏后屋架的荷载组合设计值最大取值为5.89 KN/M2小于屋架的设计取值6.0KN/M2经核算此粮仓屋顶可以考虑安装光伏。

同样计算办公楼屋顶的屋面荷载满足设计要求，如果建筑物的使用年限超过10年，需要通过有资质或者原设计院复核计算模型，是否满足屋顶荷载要求或者需要重新加固。

三、结语

文章结合笔者的实际工作经验，通过分析在工作中实际经历的案例，计算荷载，验算数据，总结出了光伏发电站在项目实施过程中对于屋顶荷载的计算、基础结构的设计，规范的应用以及技术的要求等等，同时，也通过本文对光伏发电在实际生活中对于能源的节约利用、社会效益和环境保护等作出了个人理解的阐述。在任何工程项目实施过程中，设计环节都是极其重要的一环，是项目在成本、质量和效益等方面是否能够达到预期目的的关键步骤，因此在项目初期，要严格对工程项目设计进行严格把关，设计人员要对每一个环节都认真考虑，仔细计算，以避免在工程实施过程中出现大的漏洞和损失。

参考文献

[1]GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》

[2]GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》[S]

[3]窗体顶端

[3]分布式光伏发电接入系统典型设计编委会．分布式光伏发电接入系统典型设计[M]．中国：国家电网公司，2012．