糧庫(kù)類(lèi)拱形屋頂光伏項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案探討及優(yōu)化

1、糧庫(kù)類(lèi)拱形屋頂光伏項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案探討及優(yōu)化（多圖）發(fā)表于：2017-09-13 09:16:59 來(lái)源：索比光伏網(wǎng) 作者：史伏龍 周長(zhǎng)友2016年國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家糧食局印發(fā)糧食行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要通知，此前網(wǎng)傳的“倉(cāng)頂陽(yáng)光工程”示范正式被寫(xiě)入規(guī)劃。文件綱要提出：十三五期間發(fā)展綠色環(huán)保新型糧食產(chǎn)業(yè)，充分利用糧庫(kù)設(shè)施資源和條件，引導(dǎo)社會(huì)投入，支持糧食企業(yè)加快實(shí)施“倉(cāng)頂陽(yáng)光工程”示范，爭(zhēng)取到 2020 年裝機(jī)容量達(dá)到 1GW。2017年4月安徽省合肥市印發(fā)合肥市“倉(cāng)頂陽(yáng)光工程”實(shí)施方案，文件中明確“十三五”期間全市糧食系統(tǒng)力爭(zhēng)完成50MW光伏發(fā)電裝機(jī)容量建設(shè)，2017年全市糧

2、食系統(tǒng)光伏發(fā)電裝機(jī)容量力爭(zhēng)達(dá)到17MW以上。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源耗費(fèi)和環(huán)境污染之間的矛盾愈發(fā)突出，自然資源的可持續(xù)利用已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)越來(lái)越依賴(lài)于自然生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化和再生產(chǎn)。光伏電站的建設(shè)，正在把保護(hù)環(huán)境、優(yōu)化生態(tài)與提高效率、發(fā)展經(jīng)濟(jì)統(tǒng)一起來(lái)，提高了資源配置的高效性，促進(jìn)了資源的可持續(xù)供給。在政策的指導(dǎo)下，糧庫(kù)屋頂?shù)墓夥娬镜慕ㄔO(shè)有利于在持續(xù)利用資源的基礎(chǔ)上，在資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化、生態(tài)效益最大化和社會(huì)效益最大化，是發(fā)展地區(qū)綠色經(jīng)濟(jì)的需要。糧倉(cāng)簡(jiǎn)介糧倉(cāng)是重要的儲(chǔ)糧設(shè)施之一，糧倉(cāng)的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)劣直接影響到儲(chǔ)糧安全。在建設(shè)糧倉(cāng)

3、分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目之前，需要充分了解倉(cāng)房結(jié)構(gòu)、性能與配套設(shè)備方面的細(xì)節(jié)。以下將主要介紹糧倉(cāng)的一些主要特點(diǎn)，為更好的建設(shè)分布式光伏電站做好充足的準(zhǔn)備工作。倉(cāng)房結(jié)構(gòu)倉(cāng)體：糧倉(cāng)不同于其它建筑物，除承受風(fēng)載、雪載、地震等載荷外，還要承受相當(dāng)大的糧食側(cè)壓力，尤其要考慮不同糧種、不同堆放方式、不同裝糧高度的糧食側(cè)壓力對(duì)倉(cāng)壁的影響，以防墻體開(kāi)裂;還要考慮對(duì)地坪的垂直壓力、預(yù)防地坪下陷。倉(cāng)門(mén)、倉(cāng)窗：倉(cāng)房的門(mén)窗、孔洞設(shè)置要考慮糧食進(jìn)出倉(cāng)工藝和日常管理方便。考慮到倉(cāng)房的氣密性和倉(cāng)儲(chǔ)工藝要求，倉(cāng)房的窗戶(hù)宜少、窗戶(hù)大小、數(shù)量與開(kāi)啟方式要符合通風(fēng)、補(bǔ)倉(cāng)作業(yè)需要。倉(cāng)房?jī)?chǔ)糧性能防潮防漏性能：倉(cāng)房上部排風(fēng)扇孔洞的外側(cè)應(yīng)有擋雨

4、蓋，避免雨水滲入，內(nèi)側(cè)有密閉門(mén)，避免熏蒸時(shí)漏氣;防潮層防水材料一般設(shè)置在保溫層的高溫側(cè)，以避免保溫材料內(nèi)部出現(xiàn)水分凝結(jié)，降低隔熱效果。隔熱保溫性能：在屋面上增設(shè)實(shí)體材料隔熱層，提高結(jié)構(gòu)的隔熱性;密閉、通風(fēng)性能：降倉(cāng)溫通風(fēng)是倉(cāng)房日常管理中，尤其是低溫儲(chǔ)糧管理中的一項(xiàng)。倉(cāng)房配套設(shè)備糧情測(cè)控系統(tǒng)：糧情測(cè)控系統(tǒng)是糧庫(kù)長(zhǎng)期儲(chǔ)糧的必需設(shè)施。通風(fēng)降溫系統(tǒng)：在選用風(fēng)道時(shí)必須考慮倉(cāng)房用途、進(jìn)出倉(cāng)作業(yè)形式、通風(fēng)途徑比等因素。圖1 糧倉(cāng)框架結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)勘查及設(shè)計(jì)要點(diǎn)屋頂類(lèi)型1)混凝土屋面現(xiàn)場(chǎng)勘查此類(lèi)屋頂時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：Ø 建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有收縮縫、女兒墻或障礙物等;Ø 防水層是否

5、出現(xiàn)老化，起鼓等現(xiàn)象;Ø 是否有隔熱層以及其做法;Ø 避雷帶的安裝位置及具體做法。圖2 混凝土屋面(無(wú)隔熱層)2)彩鋼瓦屋面現(xiàn)場(chǎng)勘查此類(lèi)屋頂時(shí)，需要注意如下幾點(diǎn)：Ø 建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有采光帶、女兒墻或障礙物等;Ø 彩鋼瓦類(lèi)型(優(yōu)選角弛型或直立鎖邊型彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，一般梯形彩鋼瓦不建議安裝光伏電站，若采用膠粘方式可以適當(dāng)考慮梯形彩鋼瓦);Ø 彩鋼瓦銹蝕程度，屋面防水情況;圖3 彩鋼瓦屋面荷載復(fù)核屋頂為混凝土屋面，正常情況下在增加 0.40.5kN/的光伏系統(tǒng)恒荷載后， 能夠滿(mǎn)足新增光伏系統(tǒng)荷載后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。有的倉(cāng)庫(kù)頂面后期做了架空隔

6、熱層，其隔熱層載荷是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，需不需要拆除，需要與相關(guān)部門(mén)人員確認(rèn)核實(shí)。屋頂為彩鋼屋面，正常情況下在增加 0.15kN/的光伏系統(tǒng)恒荷載后， 能夠滿(mǎn)足新增光伏系統(tǒng)荷載后的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。投資方應(yīng)在建設(shè)項(xiàng)目前會(huì)對(duì)屋面承重情況進(jìn)行復(fù)核，保證項(xiàng)目安全性。平房倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過(guò)程中結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的作用 ，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行作用效應(yīng)組合 ，并應(yīng)取各自最不利的組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。散裝平房倉(cāng)應(yīng)按空倉(cāng)、滿(mǎn)倉(cāng)及單側(cè)堆糧時(shí)與其他各種作用的不利組合。各種荷載的取值和作用的計(jì)算，除本規(guī)范規(guī)定者外，其余均應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009的有關(guān)規(guī)定確定。永久荷載 ：結(jié)構(gòu)自重、土

7、壓力、預(yù)應(yīng)力或其他加在結(jié)構(gòu)上隨時(shí)間不變的荷載;可變荷載 ：糧食荷載 、屋面活荷載 、輸送設(shè)施吊掛荷載 、風(fēng)荷載 、雪荷載 、氣密性加壓檢測(cè)荷載、溫度作用或其他加在結(jié)構(gòu)上隨時(shí)間變化的荷載。 圖4 散裝糧對(duì)倉(cāng)壁壓力計(jì)算光伏布置與接線原則按照國(guó)家規(guī)范要求及相關(guān)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，糧倉(cāng)屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目宜采用隨坡布置的形式或者帶有小傾角的形式安裝，光伏陣列與光伏陣列之間的檢修通道為500mm和1000mm，檢修通道及電纜橋架宜設(shè)置在屋脊線附近，同時(shí)需要預(yù)留光伏逆變器、匯流箱的安裝位置，宜放置在光伏方陣中間，同時(shí)盡量減少由此產(chǎn)生的陰影遮擋。在光伏設(shè)備選型的過(guò)程中，需要特別注意逆變器的選型，考慮到拱形

8、屋面的特性，選用組串式逆變器為最佳選擇。在以下情況下，必須采用組串逆變器，才可以減少組件串的電氣失配：如光伏組件平鋪在糧庫(kù)屋面上，光伏組件的傾角隨屋面弧度的切線呈現(xiàn)不同角度的變化，在屋脊處為0度，在屋脊兩側(cè)逐漸變大，同時(shí)屋脊兩側(cè)光伏組件的朝向也不一樣，如果建筑是東西走向，則屋脊兩側(cè)組件有朝正南方向有朝正北方向;如果建筑是南北走向，則屋脊兩側(cè)組件有朝正東方向有朝正西方向。只有當(dāng)光伏組件都采用同一朝向、同一傾角時(shí)，可以采用集中式逆變器。而在糧庫(kù)這種拱形混凝土屋面上，將光伏組件設(shè)計(jì)為同一朝向和同一傾角時(shí)，會(huì)大大增加光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)(傾角設(shè)計(jì)、陣列間距設(shè)計(jì))和光伏支架的設(shè)計(jì)的難度，屋頂安裝光伏組件容量將會(huì)

9、減少，但光伏組件單瓦輸出的發(fā)電量將會(huì)得到較大的提高。圖5為某項(xiàng)目糧庫(kù)建筑物拱形屋面上光伏組件同傾角同朝向案例，如圖中可見(jiàn)，南坡第一排為豎向三排設(shè)計(jì)，第二排和第三排為豎向雙排設(shè)計(jì)，第四排和第五排為豎向單排設(shè)計(jì)，由于坡度原因，南坡陣列間距相對(duì)較小，北坡陣列間距相對(duì)較大，同時(shí)各排光伏陣列的支架結(jié)構(gòu)也不一樣，增加了支架安裝的施工難度。在滿(mǎn)足屋面荷載能力、支架風(fēng)荷載、雪荷載等計(jì)算的條件下，在光伏組件平鋪在屋面上和組件以同傾角同朝向布置兩種方案之間，我們建議通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化手段采用后者，以提高光伏組件單瓦發(fā)電量和經(jīng)濟(jì)效益，雖然這種方案會(huì)增加設(shè)計(jì)難度。圖5 拱形屋面光伏組件同傾角同朝向案例在光伏組件串的組件

10、串聯(lián)接線時(shí)需要注意將同一朝向、同一傾角的組件串聯(lián)在一起，然后進(jìn)一步將同一朝向、同一傾角的光伏組件串并聯(lián)接入逆變器的同一路MPPT中，以免南北坡混接引起光伏組件串并聯(lián)失配影響發(fā)電量輸出。光伏支架設(shè)計(jì)1)彩鋼瓦屋面彩鋼瓦屋面通常根據(jù)彩鋼瓦類(lèi)型設(shè)計(jì)光伏支架，主要分為三種，角弛型、直立鎖邊型、梯形，其中前兩者均采用夾具形式與屋面進(jìn)行可靠連接，梯形主要采用打孔或膠粘支架形式與屋面進(jìn)行可靠連接，由于梯形需要打孔，極易發(fā)生漏水，且糧倉(cāng)對(duì)防水要求較高，因此建議不使用此類(lèi)型的屋面。(梯形彩鋼屋面不能打孔安裝，如需安裝建議采用硬度較低、剝離強(qiáng)度較高的光伏結(jié)構(gòu)膠粘接，所用膠粘劑與混凝土結(jié)構(gòu)膠在硬度、剝離強(qiáng)度等方面有

11、所區(qū)別。)圖6彩鋼瓦屋面2)混凝土屋面混凝土屋面通常有如下幾種做法，膠粘形式、支墩形式、地梁形式等，以下將分別介紹幾種常見(jiàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)及技術(shù)要求。以北京某糧倉(cāng)屋頂為例，光伏組件采用GCL-P6/60-270W，組件外觀尺寸為：1640*992*40mm，重量為18.5kg。光伏組串為每24塊為1串，每8個(gè)光伏組串接入1臺(tái)50kW光伏逆變器中，每4臺(tái)光伏逆變器接入1臺(tái)4進(jìn)1出的交流匯流箱，后接入箱變中，實(shí)現(xiàn)高壓并網(wǎng)。a) 膠粘形式：此種方式為了保證粘貼密實(shí)度，應(yīng)采用先人工后機(jī)械的打磨方法，剔除混凝土表面的木屑、油氈、沙粒等表面附著物質(zhì)及酥松混凝土，露出混凝土密實(shí)的表面。在粘接前，要保證粘接面一定

12、要干燥，不能潮濕。嚴(yán)格按照配膠工藝要求進(jìn)行配膠(具體根據(jù)膠水品牌和廠家要求確定)，每次配膠都必須稱(chēng)重，隨配隨用，配膠量不宜過(guò)多(不超過(guò)4公斤)，配好的膠需在適用期(夏季為20-30分鐘，冬季為40-60分鐘，具體可根據(jù)施工工藝確定)內(nèi)用完。立柱底板與混凝土屋面粘貼后在常溫下進(jìn)行固化，固化時(shí)間根據(jù)環(huán)境溫度確定，達(dá)到固化時(shí)間后才可以進(jìn)行后續(xù)施工。結(jié)構(gòu)膠固化后，應(yīng)對(duì)一定比例的立柱做拉拔實(shí)驗(yàn)，要求每個(gè)立柱抗拉拔能力不小于2.5kN。經(jīng)計(jì)算，光伏組件與支架系統(tǒng)共增加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值約0.15kN/。待立柱安裝完畢后，立柱處應(yīng)加強(qiáng)防水處理。此種方案適合屋面允許恒荷載值偏低的屋面使用，且對(duì)防水層修復(fù)能力要求較高

13、。圖7 2X24光伏布置圖(圖中黑色方塊為底板位置)圖8光伏組件屋面布置橫斷面示意圖圖9現(xiàn)場(chǎng)安裝圖b) 支墩形式：此種方式為了保證不出現(xiàn)下滑風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采用先預(yù)制混凝土墩(300*300*250mm或其他規(guī)格，依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)荷載值)，在其中做好預(yù)埋件，后用螺栓與立柱底板連接，最后在屋脊中間部分(南北坡或東西坡)一定要可靠連接，此舉可以保證坡面兩邊受力均勻，避免了下滑的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)計(jì)算，光伏組件與支架系統(tǒng)共增加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值約0.4kN/。此種方案適合屋面允許恒荷載值較高的屋面使用，且對(duì)防水層不構(gòu)成破壞，有利用后期檢修或更換防水層。圖10 2X24光伏布置圖(圖中方塊為支墩位置)圖11光伏組件屋面布置橫斷面示

14、意圖圖12現(xiàn)場(chǎng)安裝圖c) 地梁形式：此種方式為了保證不出現(xiàn)下滑風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采用先澆筑混凝土地梁(300*400*Lmm或其他規(guī)格，依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)荷載值)，在其中做好預(yù)埋件，后用螺栓與光伏支架連接，由于地梁為一個(gè)整體，中間不斷開(kāi)，此舉可以保證坡面兩邊受力均勻，避免了下滑的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)計(jì)算，光伏組件與支架系統(tǒng)共增加恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值約0.4kN/。此種方案適合屋面允許恒荷載值較高的屋面使用，且對(duì)防水層會(huì)構(gòu)成破壞，需要修復(fù)防水層。圖13 2X24光伏布置圖(圖中條狀為地梁位置)圖14光伏組件屋面布置橫斷面示意圖圖15現(xiàn)場(chǎng)安裝圖d) 化學(xué)螺栓直接固定形式：化學(xué)螺栓由化學(xué)膠管、螺桿、墊圈及螺母組成?；瘜W(xué)螺栓是靠與混凝土之

15、間的握裹力和機(jī)械咬合力共同作用來(lái)抗拔和螺栓本身來(lái)抗剪，主要用在新舊結(jié)構(gòu)的連接處，各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)計(jì)算時(shí)要根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料來(lái)進(jìn)行，因?yàn)楦鞣N廠家生產(chǎn)的化學(xué)粘接劑都不同，所以粘接能力也不同?；瘜W(xué)螺栓具有耐酸堿、抗老化、可在潮濕環(huán)境使用，錨固力強(qiáng)、無(wú)膨脹應(yīng)力，邊距間距小，適用于空間狹小處，安裝快捷，凝固迅速，節(jié)省施工時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。采用化學(xué)螺栓直接在混凝土中固定的方案較為簡(jiǎn)單，施工快捷。此種方案適合屋面允許恒荷載值偏低的屋面使用，但對(duì)防水層修復(fù)能力要求較高。由于采用此方案需要在混凝土屋頂中鉆孔，存在滲水可能性，如果難以做好屋面防水時(shí)不建議使用該種方案。 圖16現(xiàn)場(chǎng)安裝圖防雷接地設(shè)計(jì)糧倉(cāng)防雷設(shè)計(jì)

16、前應(yīng)全面收集相關(guān)資料，例如建筑總平面、當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤諗?shù)、工藝設(shè)備配置以及原有糧倉(cāng)防雷接地設(shè)置等。糧倉(cāng)防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057中第二類(lèi)防雷建筑物的防雷要求。應(yīng)在屋頂設(shè)置避雷網(wǎng)(帶)、針或利用金屬構(gòu)件作為接閃器。屋頂避雷網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于10m×l0m、12m×8m。當(dāng)光伏組件高出原有屋頂時(shí)，應(yīng)設(shè)避雷針或避雷帶保護(hù)，高出光伏組件約0.2m，避雷網(wǎng)(帶)、針、金屬構(gòu)件及光伏設(shè)備均應(yīng)與引下線牢固連接，引下線可按下列方式設(shè)置：1、當(dāng)糧倉(cāng)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，利用其結(jié)構(gòu)通長(zhǎng)主鋼筋，每處不應(yīng)少于2根，主鋼筋必須焊接連接。2、當(dāng)糧倉(cāng)為輕鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，可以利用其

17、自身防雷接地系統(tǒng)。以上兩種方案必要時(shí)均可以制作主接地鍍鋅扁鋼與地網(wǎng)可靠連接。引下線可用鍍鋅扁鋼，鍍鋅扁鋼截面不應(yīng)小于48mm²，厚度不應(yīng)小于4mm。接地引下數(shù)均不應(yīng)少于2處，間距不應(yīng)大于18m，且應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置。低壓線路宜采用電纜直埋地敷設(shè)或沿橋架敷設(shè);電纜的金屬外皮、避雷器及絕緣子鐵腳應(yīng)與防雷接地裝置相連或單獨(dú)接地。突出屋面的金屬構(gòu)件應(yīng)與防雷裝置可靠連接。一般情況下,糧食平房倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足利用平房倉(cāng)基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋做自然接地體,利用柱內(nèi)主筋作為防雷引下線,電氣裝置(金屬構(gòu)件、PE/PEN線、電氣裝置中的接地母線、金屬管道等)均應(yīng)作總等電位聯(lián)結(jié)。平房倉(cāng)接地系統(tǒng)采用共用接地的形式,即工作接地、保

18、護(hù)接地、防雷接地以及防靜電接地共用,要求其接地電阻不大于1。防火設(shè)計(jì)糧倉(cāng)應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑滅火器配置設(shè)計(jì)規(guī)范合理配置滅火器，除此之外，糧倉(cāng)的消防與給水設(shè)計(jì)尚應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范GB 50016的有關(guān)規(guī)定。平房倉(cāng)儲(chǔ)存物品的火災(zāi)危險(xiǎn)性應(yīng)為丙類(lèi)，其占地面積及每個(gè)防火分區(qū)的最大允許建筑面積應(yīng)符合表1的規(guī)定。平房倉(cāng)防火分區(qū)之間應(yīng)采用防火墻分隔 ，防火墻的耐火極限不得低于4h。表1 平房倉(cāng)占地面積及防火分區(qū)中最大允許建筑面積(m²)防水設(shè)計(jì)根據(jù)糧食平房倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50320的有關(guān)規(guī)定，儲(chǔ)備倉(cāng)及成品糧倉(cāng)屋面防水等級(jí)不應(yīng)低于I 級(jí) ，其他使用功能的平房倉(cāng)屋面防水等級(jí)不宜低于I 級(jí) 。金屬板材屋面上層金屬屋面不宜采用明螺栓固定，必須采用時(shí)，應(yīng)采取防腐及防滲漏措施。拱板平房倉(cāng)不宜采用剛性防水層，必須采用時(shí) ，應(yīng)采取防止剛性防水層下滑的措施。建設(shè)分布式電站時(shí)需要仔細(xì)勘察了解屋面防水情況，針對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的漏水、滲水等情況，需要及時(shí)修復(fù)，同時(shí)盡量使用可以用夾具固定的彩鋼瓦屋面，梯形彩鋼瓦需要注意加強(qiáng)固定孔位置的防水措施。由于防水要求較高，建議在項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)充分考慮由此可能增加的相關(guān)措施費(fèi)，由于防水等級(jí)要求不應(yīng)低于I 級(jí)，正常情況下相關(guān)費(fèi)用在5080元/之間。箱變選址與電纜敷設(shè)糧庫(kù)屋頂光伏項(xiàng)目，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有一個(gè)