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粮库类拱形屋顶光伏项目设计方案探讨及优化（多图）发表于：2017-09-13 09:16:59来源：索比光伏网作者：史伏龙 周长友2016 年国家发改委、国家粮食局印发《粮食行业“十三五”发展 规划纲要》通知，此前网传的“仓顶阳光工程”示范正式被写入规划 文件纲要提出：十三五期间发展绿色环保新型粮食产业，充分利用粮库 设施资源和条件，引导社会投入，支持粮食企业加快实施“仓顶阳光工 程”示范，争取到2020年装机容量达到1GW2017年4月安徽省 合肥市印发《合肥市“仓顶阳光工程”实施方案》，文件中明确“十三 五”期间全市粮食系统力争完成50MW光伏发电装机容量建设，2017 年全市粮食系统光伏发电装机容量力争达到17MW以上随着我国经济的快速发展，经济增长与资源耗费和环境污染之间的 矛盾愈发突出，自然资源的可持续利用已成为经济社会持续发展的关键， 经济再生产越来越依赖于自然生态环境的优化和再生产光伏电站的建 设，正在把保护环境、优化生态与提高效率、发展经济统一起来，提高 了资源配置的高效性，促进了资源的可持续供给在政策的指导下，粮 库屋顶的光伏电站的建设有利于在持续利用资源的基础上，在资源环境 与经济协调发展的过程中，实现经济效益最大化、生态效益最大化和社 会效益最大化，是发展地区绿色经济的需要。

粮仓简介粮仓是重要的储粮设施之一，粮仓的结构和性能优劣直接影响到储 粮安全在建设粮仓分布式光伏发电项目之前，需要充分了解仓房结构、 性能与配套设备方面的细节以下将主要介绍粮仓的一些主要特点，为 更好的建设分布式光伏电站做好充足的准备工作A仓房结构仓体：粮仓不同于其它建筑物，除承受风载、雪载、地震等载荷外， 还要承受相当大的粮食侧压力，尤其要考虑不同粮种、不同堆放方式、 不同装粮高度的粮食侧压力对仓壁的影响，以防墙体开裂;还要考虑对地 坪的垂直压力、预防地坪下陷仓门、仓窗：仓房的门窗、孔洞设置要考虑粮食进出仓工艺和日常 管理方便考虑到仓房的气密性和仓储工艺要求，仓房的窗户宜少、窗 户大小、数量与开启方式要符合通风、补仓作业需要A仓房储粮性能防潮防漏性能：仓房上部排风扇孔洞的外侧应有挡雨盖，避免雨水 渗入，内侧有密闭门，避免熏蒸时漏气;防潮层防水材料一般设置在保温 层的高温侧，以避免保温材料内部出现水分凝结，降低隔热效果隔热保温性能：在屋面上增设实体材料隔热层，提高结构的隔热性;密闭、通风性能：降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮 管理中的一项A仓房配套设备粮情测控系统：粮情测控系统是粮库长期储粮的必需设施。

通风降温系统：在选用风道时必须考虑仓房用途、进出仓作业形式通风途径比等因素图 1 粮仓框架结构现场勘查及设计要点A屋顶类型1）混凝土屋面现场勘查此类屋顶时，需要注意如下几点：0建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有收缩缝、女儿墙或障碍物等;0防水层是否出现老化，起鼓等现象0是否有隔热层以及其做法；0 避雷带的安装位置及具体做法图 2 混凝土屋面（无隔热层）2）彩钢瓦屋面现场勘查此类屋顶时，需要注意如下几点：0 建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有采光带、女儿墙或障碍物等 ；0 彩钢瓦类型 （ 优选角弛型或直立锁边型彩钢瓦结构，一般梯形彩钢瓦不建议安装光伏电站，若采用胶粘方式可以适当考虑梯形彩钢瓦）；0彩钢瓦锈蚀程度，屋面防水情况;图 3 彩钢瓦屋面荷载复核屋顶为混凝土屋面，正常情况下在增加0.4~0.5kN/m：的光伏系统恒荷载后， 能够满足新增光伏系统荷载后的结构设计要求有的仓库顶面后期做了架空隔热 层，其隔热层载荷是否符合设计标准，需不需要拆除，需要与相关部门人员确认 核实屋顶为彩钢屋面，正常情况下在增加0.15kN/m：的光伏系统恒荷载后，能 够满足新增光伏系统荷载后的结构设计要求投资方应在建设项目前会对屋面承 重情况进行复核，保证项目安全性。

平房仓结构设计应根据使用过程中结构上可能出现的作用 ，按承载能力极 限状态和正常使用极限状态分别进行作用效应组合 ，并应取各自最不利的组合进行设计散装平房仓应按空仓、满仓及单侧堆粮时与其他各种作用的不利组合各种荷载的取值和作用的计算，除本规范规定者外，其余均应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定确定永久荷载 ：结构自重、土压力、预应力或其他加在结构上随时间不变的荷载;可变荷载 ：粮食荷载 、屋面活荷载 、输送设施吊挂荷载 、风荷载 、雪荷载 、气密性加压检测荷载、温度作用或其他加在结构上随时间变化的荷载墙休计算散装仓粮食剩压力传力踊径散装粮对仓堕圧力计算含？i论络#作科卄耳出示].r＜度*炊4空竽化逅枳土的水平压/!瞬准值3.、1'卅朮转鞭仃苛地而的好口圧力也世汕工注慣X虻士空羊位面耙上旳登向界痺办栋准蓮• 违童耀间丽诵械食吒伍办图 4 散装粮对仓壁压力计算光伏布置与接线原则按照国家规范要求及相关行业经验，粮仓屋顶分布式光伏发电项目宜采用随 坡布置的形式或者带有小倾角的形式安装，光伏阵列与光伏阵列之间的检修通道 为 500mm 和 1000mm ，检修通道及电缆桥架宜设置在屋脊线附近，同时需要 预留光伏逆变器、汇流箱的安装位置，宜放置在光伏方阵中间，同时尽量减少由 此产生的阴影遮挡。

在光伏设备选型的过程中，需要特别注意逆变器的选型，考虑到拱形屋面的 特性，选用组串式逆变器为最佳选择在以下情况下，必须采用组串逆变器，才 可以减少组件串的电气失配：如光伏组件平铺在粮库屋面上，光伏组件的倾角随 屋面弧度的切线呈现不同角度的变化，在屋脊处为 0 度，在屋脊两侧逐渐变大， 同时屋脊两侧光伏组件的朝向也不一样，如果建筑是东西走向，则屋脊两侧组件 有朝正南方向有朝正北方向;如果建筑是南北走向，则屋脊两侧组件有朝正东方 向有朝正西方向只有当光伏组件都采用同一朝向、同一倾角时，可以采用集中 式逆变器而在粮库这种拱形混凝土屋面上，将光伏组件设计为同一朝向和同一 倾角时，会大大增加光伏系统设计（倾角设计、阵列间距设计）和光伏支架的设计 的难度，屋顶安装光伏组件容量将会减少，但光伏组件单瓦输出的发电量将会得 到较大的提高图5 为某项目粮库建筑物拱形屋面上光伏组件同倾角同朝向案例，如图中可 见，南坡第一排为竖向三排设计，第二排和第三排为竖向双排设计，第四排和第 五排为竖向单排设计，由于坡度原因，南坡阵列间距相对较小，北坡阵列间距相 对较大，同时各排光伏阵列的支架结构也不一样，增加了支架安装的施工难度。

在满足屋面荷载能力、支架风荷载、雪荷载等计算的条件下，在光伏组件平铺在 屋面上和组件以同倾角同朝向布置两种方案之间，我们建议通过技术经济优化手段采用后者，以提高光伏组件单瓦发电量和经济效益，虽然这种方案会增加设计难度图 5 拱形屋面光伏组件同倾角同朝向案例在光伏组件串的组件串联接线时需要注意将同一朝向、同一倾角的组件串联 在一起，然后进一步将同一朝向、同一倾角的光伏组件串并联接入逆变器的同一 路 MPPT 中，以免南北坡混接引起光伏组件串并联失配影响发电量输出光伏支架设计1）彩钢瓦屋面彩钢瓦屋面通常根据彩钢瓦类型设计光伏支架，主要分为三种，角弛型、直立锁边型、梯形，其中前两者均采用夹具形式与屋面进行可靠连接，梯形主要采用打孔或胶粘支架形式与屋面进行可靠连接，由于梯形需要打孔，极易发生漏水， 且粮仓对防水要求较高，因此建议不使用此类型的屋面梯形彩钢屋面不能打孔安装，如需安装建议采用硬度较低、剥离强度较高的光伏结构胶粘接，所用胶粘剂与混凝土结构胶在硬度、剥离强度等方面有所区别图 6 彩钢瓦屋面2）混凝土屋面混凝土屋面通常有如下几种做法，胶粘形式、支墩形式、地梁形式等，以下 将分别介绍几种常见方案的优缺点及技术要求。

以北京某粮仓屋顶为例，光伏组 件采用GCL-P6/60-270W 组件外观尺寸为1640*992*40mm重量为18.5kg光伏组串为每24块为1串，每8个光伏组串接入1台50kW光伏逆变器中， 每4台光伏逆变器接入1台4进1出的交流汇流箱，后接入箱变中，实现高压 并网a） 胶粘形式：此种方式为了保证粘贴密实度，应采用先人工后机械的打磨方法，剔除混凝 土表面的木屑、油毡、沙粒等表面附着物质及酥松混凝土，露出混凝土密实的表 面在粘接前，要保证粘接面一定要干燥，不能潮湿严格按照配胶工艺要求进 行配胶（具体根据胶水品牌和厂家要求确定），每次配胶都必须称重，随配随用， 配胶量不宜过多（不超过 4 公斤），配好的胶需在适用期（夏季为 20--30 分钟，冬 季为 40-60 分钟，具体可根据施工工艺确定）内用完立柱底板与混凝土屋面粘贴后在常温下进行固化，固化时间根据环境温度确 定，达到固化时间后才可以进行后续施工结构胶固化后，应对一定比例的立柱 做拉拔实验，要求每个立柱抗拉拔能力不小于2.5kN经计算，光伏组件与支架 系统共增加恒荷载标准值约0.15kN/叭 待立柱安装完毕后，立柱处应加强防水 处理。

此种方案适合屋面允许恒荷载值偏低的屋面使用，且对防水层修复能力要 求较高图8 光伏组件屋面布置横断面示意图b） 支墩形式：此种方式为了保证不出现下滑风险，应采用先预制混凝土墩（300*300*250mm 或其他规格，依据当地风荷载值），在其中做好预埋件，后用 螺栓与立柱底板连接，最后在屋脊中间部分（南北坡或东西坡）一定要可靠连接， 此举可以保证坡面两边受力均匀，避免了下滑的风险经计算，光伏组件与支架系统共增加恒荷载标准值约0.4kN/近此种方案适合屋面允许恒荷载值较高的 屋面使用，且对防水层不构成破坏，有利用后期检修或更换防水层图 10 2X24 光伏布置图（ 图中方块为支墩位置 ）1 J' u.观1 1 !ico?5G0 “ (500, 4500 |〔 TO3图 11 光伏组件屋面布置横断面示意图图 12 现场安装图c） 地梁形式：此种方式为了保证不出现下滑风险，应采用先浇筑混凝土地梁 （300*400*Lmm 或其他规格，依据当地风荷载值），在其中做好预埋件，后用螺 栓与光伏支架连接，由于地梁为一个整体，中间不断开，此举可以保证坡面两边 受力均匀，避免了下滑的风险经计算，光伏组件与支架系统共增加恒荷载标准 值约0.4kN/叭此种方案适合屋面允许恒荷载值较高的屋面使用，且对防水层 会构成破坏，需要修复防水层。

图 14 光伏组件屋面布置横断面示意图d) 化学螺栓直接固定形式：化学螺栓由化学胶管、螺杆、垫圈及螺母组成化学螺栓是靠与混凝土之间 的握裹力和机械咬合力共同作用来抗拔和螺栓本身来抗剪，主要用在新旧结构的 连接处，各项力学指标计算时要根据生产厂家提供的资料来进行，因为各种厂家 生产的化学粘接剂都不同，所以粘接能力也不同化学螺栓具有耐酸碱、抗老化、 可在潮湿环境使用，锚固力强、无膨胀应力，边距间距小，适用于空间狭小处， 安装快捷，凝固迅速，节省施工时间等优点采用化学螺栓直接在混凝土中固定 的方案较为简单，施工快捷此种方案适合屋面允许恒荷载值偏低的屋面使用， 但对防水层修复能力要求较高由于采用此方案需要在混凝土屋顶中钻孔，存在 渗水可能性，如果难以做好屋面防水时不建议使用该种方案防雷接地设计粮仓防雷设计前应全面收集相关资料，例如建筑总平面、当地年平均雷暴日 数、工艺设备配置以及原有粮仓防雷接地设置等粮仓防雷设计应符合现行国家 标准《建筑物防雷设计规范》GB50057中第二类防雷建筑物的防雷要求。