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1、SOLAR ENERGY 04/2016 63 0 引言 光伏组件支架是固定光伏组件的重要部件， 光伏支架的强度和支架基础负重设计是确保光伏 电站可靠性的关键。风荷载对支架强度的影响主 要有支架前面吹来 ( 顺风 ) 的风压及从支架后面 吹来 ( 逆风 ) 的风压引起的材料的弯曲强度和弯 曲量两个方面，混凝土屋顶支架设计及基础校核 要充分考虑承重、抗风、抗雪压、抗震等因素的 影响。 1 工程简介 1.1 工程概况及建设规模 项目名称：泰安加华电力器材有限公司以利 奥林 6 MW 分布式光伏电站项目。 工程地点：山东以利奥林电力科技有限公司 厂区。 工程特征：分布式安装，以 380 V/10 k
2、V 电 压等级将分布式光伏电站 1 接入用户电网，就 近消纳，余电上网。 建设规模：本期建设规模为 6.291 MW，分 别安装在铁芯材料表面处理车间、 晶体处理车间、 常化酸洗车间和制氢制氮车间屋顶。该厂区条件 混凝土平屋面光伏支架强度及屋面承重计算 结合泰安加华电力器材有限公司以利奥林 6 MW 分布式光伏电站项目，从混凝土屋顶支架强 度计算、 混凝土基础负重设计、 屋面承重计算等方面展开论述， 详细介绍了支架强度计算方法、 混凝土基础负重设计及屋面承重校核方法。 光伏支架；支架强度；混凝土基础；屋面荷载 摘 要： 关键词： 买发军 1* 潘甲龙1 白荣丽2 (1. 特变电工新疆新能源股份
3、有限公司； 2.中国船舶重工集团西安第七 O 五研究所海源测控技术有限公司 ) 收稿日期：2015-11-13 通信作者：买发军 (1987)，男，本科，主要从事光伏系统集成的设计与研究。 非常适合光伏电站的建设和利用，是国家级分布 式光伏发电示范区。 1.2 设计依据 组件尺寸为 1640 mm990 mm50 mm；组件 重量为 20 kg；最大风速为 30 m/s。安装方式： 组件安装采用纵向 210 阵列安装，20 块组件为 一个单元；采用固定倾角钢支架，支架倾角为33 。 2 支架型材强度计算 2.1 设计取值 1) 假设为一般地方中最大的荷重，采用固定 荷载 G 和暴风雨产生的风压
4、荷载 W 的短期复合 荷重。 2) 根据气象资料，本计算最大风速设定为 30 m/s。 3) 对于混凝土屋面，采用最佳倾角 33 安装 的系统需要考虑足够的配重，确保组件方阵的稳 定可靠。 4) 屋面高度为 10 m。 2.2 承受荷载 2.2.1 固定荷载 G 以 210 阵列为一个单元进行计算，则光伏 太阳能与建筑 SOLAR ENERGY 04/2016 64 材料弯曲应力为： 1= (7) 式中，q 为施加在电池板上的均布荷载， N/m，由于系统由 4 排轨道支撑，每排轨道长 10.2 m，则 q=P/(410.2)=329.17 N/m；L 为两个 支点间跨距，取L=2.073 m；
5、E 为材料弹性模量， 取 E=6.9105 N/cm2；IM为惯性矩，取 IM=28 cm4。 因此，1= =0.39 cm。 根据光伏发电站设计规范表 6.8.8，受 弯构件允许的挠度值为 L/250，即 (2.073102) / 250=0.83 cm0.39 cm，所以安全。 3 屋面混凝土基础负重设计 混凝土屋面光伏支架方阵采用主次梁布置， 电池板以 33 倾角布置；本次计算以 210 阵列为 一个单元进行计算，阵列布置简图见图 2。 组件质量 G1=20 kg20=400 kg，因此 C 形轨道承 载的固定荷载重量 G=4009.8=3920 N。 2.2.2 风荷载 W 根据 建筑
6、结构荷载规范 2，垂直于建筑物 表面的风荷载标准值的计算公式 ( 按承重结构设 计 ) 为： Wk = z s zW0 (1) 式中，Wk为风荷载标准值，kN/m2；z为高 度 z 处的风振系数；s为风荷载体型系数；z为 风压高度变化系数，取 0.84；W0 为基本风压， kN/m2，取 0.2。 根据建筑结构荷载规范表 7.4.3 中脉动 增大系数 为 1.6，所以 z为 1.6；根据表 7.3.1， 体型系数s取 0.83。 因此，Wk =1.60.830.840.2=0.223 kN/m2。 2.2.3 雪荷载 S 根据建筑结构荷载规范中的规定，屋面 水平投影面上的雪荷载标准值计算式为：
7、 Sk=r S0 (2) 式中，Sk为雪荷载标准值，kN/m2； r为屋 面积雪分布系数；S0为基本雪压，kN/m2。 根据 建筑结构荷载规范 表6.2.1，r取0.2， S0取 0.35 kN/m2。因此，Sk=0.20.35=0.07 kN/m2。 2.2.4 地震荷载 FEk 根据建筑抗震设计规范 3，采用底部剪 力法时，按下列公式确定： FEk=1Geq (3) 式中，FEk为结构总水平地震作用标准值；1 为水平地震影响系数值；Geq为结构等效总重力 荷载，单质点应取总重力荷载代表值。 由于泰安市不处于我国地震带，根据 建 筑抗震设计规范 表 5.1.2-2，查得 Geq=0，所以 F
8、Ek=0。 2.2.5 荷载基本组合 P 根据 建筑结构荷载规范 第3.2节荷载组合， 计算式如下： 风压主导时 ：P=G+W+S (4) W=Wkabn (5) S= Skabn (6) 式中，Wk=0.223 kN/m2；Sk=0.07 kN/m2；a 为电池板长度，取 1.64 m；b 为电池板宽度，取 0.99 m；n 为一个光伏组件阵列的数量，取 20。 所以，P=3.92+7.24+2.27=13.43 kN。 2.2.6 C 形轨道结构强度计算 以下进行 C 形轨道的验算： 图 1 轨道受力示意图 支点 C 支点 B 5329.17207.34 3846.910510628 5q
9、L4 384EIM 10125 2300 20732973 图 2 光伏组件阵列布置简图 ( 单位：mm) 太阳能与建筑 SOLAR ENERGY 04/2016 65 基础校核如下： 荷载基本组合 P 为 13.43 kN，即负荷为 13.43 kN。单个基础的配重为 1.6 kN，则基础总 配重为 1.610=16 kN。 本项目的基础总配置达到 16 kN，大于负荷 13.43 kN，满足安全性要求。 4 屋面承重计算 4.1 屋面荷载质量 光伏组件质量 G1=2020=400 kg，支架总 荷质量 G2=136 kg，混凝土基础质量 G3=160 10=1600 kg。因此，总荷重 G
10、4=400+136+1600= 2136 kg。 4.2 屋顶单位面积受力 组件安装面积为 10.1252.973=30.1 m2；屋 顶单位面积受力为 2136/30.1=70.96 kg/m2=0.80 kN/ m2。 由于本项目建筑均为上人屋面，根据 GB 50009-2012建筑结构荷载规范设计，混凝土 屋面设计载荷为 2 kN/ m2，屋顶平均载荷为 0.80 kN/m2，安装太阳能方阵后的载荷远小于设计载 荷，所以屋面承重安全。 5 结束语 随着光伏电站的大规模应用，太阳能光伏 发电成为电力系统中不可或缺的电力来源之一。 本文结合泰安加华电力器材有限公司以利奥林 6 MW 分布式光
11、伏电站项目，从满足抗风荷载、抗 雪压、抗地震荷载等方面进行论述，对混凝土屋 顶光伏支架强度、支架基础负重及屋面承受荷载 进行校核计算，为光伏电站可靠、安全、稳定的 运行提供了理论依据。 参考文献 1 GB 50797-2012, 光伏发电站设计规范 S. 2 GB 50009-2012, 建筑结构荷载规范 S. 3 GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范 S. 似等于当地年平均气温 2 ，乌鲁木齐地区的 地下水 ( 土壤 ) 温度在 10.512.5 。本项目的 太阳能集热工程于 2013 年 7 月 30 日完成，随后 进行调试试验，通过相关性分析，可看到土壤温 度的逐渐变化，储热是
12、有效果的。 3 结论 采用太阳能-地源复合热泵系统，在确保建 筑物冷热需求的同时，最优化使用了自然资源。 本文通过对乌鲁木齐甘泉堡建设的太阳能-地源 复合热泵系统的运行测试可得： 1)热泵机组冬季制热性能系数COPH为6.4， 夏季制冷性能系数 COPL高达 7.8；整个热泵系 统冬季制热性能系数 COPHs为 3.5，夏季制冷性 能系数 COPLs高达 6.2。与常规系统相比，该复 合系统具有较好的运行性能。 2) 系统全年常规能源替代量可达 267.9 吨标 准煤，每年可减排 CO2 661.7 t，SO2 5.36 t，烟尘 2.68 t，每年可节约费用为 525647 元。 从运行测试
13、结果可以看出，该复合系统具有 非常明显的节能和经济效益，因此本项目的技术路 线是可行的。本项目还在完善过程中，可再生能源 的自控测试系统还在设计和调试中，前期人工测试 的数据一是信息量少、二是会有误差，而建筑采暖 和制冷是一项长期的任务，相信经过 34 年的连 续测试运行，就能得到更科学的评判结论。 参考文献 1 清华大学建筑节能中心 . 中国建筑节能年度发展研究报告 2011M. 北京 : 中国建筑工业出版社 , 2011, 1 8. 2 杨卫波 , 施明恒 , 董华 . 太阳能-土壤源热泵系统交替运行 性能的数值模拟 J. 热科学与技术 , 2005, 4(3): 228 232. 3 杨卫波 , 董华 , 周恩泽 . 太阳能-土壤源热泵系统联合运行 模式的研究 J. 流体机械 , 2004, 32(2): 41 45. 4 余延顺 , 廉乐明 . 寒冷地区太阳能-土壤源热泵系统运行 方式的探讨 J. 太阳能学报 , 2003, 24(1): 111 115. 5 GB/T 31155-2014, 太阳能资源等级总辐射 S. ( 接第 48 页 ) 太阳能与建筑
