糧庫類拱形屋頂光伏項目設計方案探討及優(yōu)化(共18頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上糧庫類拱形屋頂光伏項目設計方案探討及優(yōu)化（多圖）發(fā)表于：2017-09-13 09:16:59來源：索比光伏網作者：史伏龍 周長友2016年國家發(fā)改委、國家糧食局印發(fā)糧食行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要通知，此前網傳的“倉頂陽光工程”示范正式被寫入規(guī)劃。文件綱要提出：十三五期間發(fā)展綠色環(huán)保新型糧食產業(yè)，充分利用糧庫設施資源和條件，引導社會投入，支持糧食企業(yè)加快實施“倉頂陽光工程”示范，爭取到 2020 年裝機容量達到 1GW。2017年4月安徽省合肥市印發(fā)合肥市“倉頂陽光工程”實施方案，文件中明確“十三五”期間全市糧食系統力爭完成50MW光伏發(fā)電裝機容量建設，2017年全市

2、糧食系統光伏發(fā)電裝機容量力爭達到17MW以上。隨著我國經濟的快速發(fā)展，經濟增長與資源耗費和環(huán)境污染之間的矛盾愈發(fā)突出，自然資源的可持續(xù)利用已成為經濟社會持續(xù)發(fā)展的關鍵，經濟再生產越來越依賴于自然生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化和再生產。光伏電站的建設，正在把保護環(huán)境、優(yōu)化生態(tài)與提高效率、發(fā)展經濟統一起來，提高了資源配置的高效性，促進了資源的可持續(xù)供給。在政策的指導下，糧庫屋頂的光伏電站的建設有利于在持續(xù)利用資源的基礎上，在資源環(huán)境與經濟協調發(fā)展的過程中，實現經濟效益最大化、生態(tài)效益最大化和社會效益最大化，是發(fā)展地區(qū)綠色經濟的需要。糧倉簡介糧倉是重要的儲糧設施之一，糧倉的結構和性能優(yōu)劣直接影響到儲糧安全。在建設糧

3、倉分布式光伏發(fā)電項目之前，需要充分了解倉房結構、性能與配套設備方面的細節(jié)。以下將主要介紹糧倉的一些主要特點，為更好的建設分布式光伏電站做好充足的準備工作。倉房結構倉體：糧倉不同于其它建筑物，除承受風載、雪載、地震等載荷外，還要承受相當大的糧食側壓力，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壓力對倉壁的影響，以防墻體開裂;還要考慮對地坪的垂直壓力、預防地坪下陷。倉門、倉窗：倉房的門窗、孔洞設置要考慮糧食進出倉工藝和日常管理方便?？紤]到倉房的氣密性和倉儲工藝要求，倉房的窗戶宜少、窗戶大小、數量與開啟方式要符合通風、補倉作業(yè)需要。倉房儲糧性能防潮防漏性能：倉房上部排風扇孔洞的外側應有擋

4、雨蓋，避免雨水滲入，內側有密閉門，避免熏蒸時漏氣;防潮層防水材料一般設置在保溫層的高溫側，以避免保溫材料內部出現水分凝結，降低隔熱效果。隔熱保溫性能：在屋面上增設實體材料隔熱層，提高結構的隔熱性;密閉、通風性能：降倉溫通風是倉房日常管理中，尤其是低溫儲糧管理中的一項。倉房配套設備糧情測控系統：糧情測控系統是糧庫長期儲糧的必需設施。通風降溫系統：在選用風道時必須考慮倉房用途、進出倉作業(yè)形式、通風途徑比等因素。圖1 糧倉框架結構現場勘查及設計要點屋頂類型1)混凝土屋面現場勘查此類屋頂時，需要注意如下幾點： 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; 防水層是否出現老化，起鼓等現象;

5、 是否有隔熱層以及其做法; 避雷帶的安裝位置及具體做法。圖2 混凝土屋面(無隔熱層)2)彩鋼瓦屋面現場勘查此類屋頂時，需要注意如下幾點： 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; 彩鋼瓦類型(優(yōu)選角弛型或直立鎖邊型彩鋼瓦結構，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考慮梯形彩鋼瓦); 彩鋼瓦銹蝕程度，屋面防水情況;圖3 彩鋼瓦屋面荷載復核屋頂為混凝土屋面，正常情況下在增加 0.40.5kN/的光伏系統恒荷載后， 能夠滿足新增光伏系統荷載后的結構設計要求。有的倉庫頂面后期做了架空隔熱層，其隔熱層載荷是否符合設計標準，需不需要拆除，需要與相關部門人員確認核實。屋頂

6、為彩鋼屋面，正常情況下在增加 0.15kN/的光伏系統恒荷載后， 能夠滿足新增光伏系統荷載后的結構設計要求。投資方應在建設項目前會對屋面承重情況進行復核，保證項目安全性。平房倉結構設計應根據使用過程中結構上可能出現的作用 ，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進行作用效應組合 ，并應取各自最不利的組合進行設計。散裝平房倉應按空倉、滿倉及單側堆糧時與其他各種作用的不利組合。各種荷載的取值和作用的計算，除本規(guī)范規(guī)定者外，其余均應按現行國家標準建筑結構荷載規(guī)范GB 50009的有關規(guī)定確定。永久荷載 ：結構自重、土壓力、預應力或其他加在結構上隨時間不變的荷載;可變荷載 ：糧食荷載 、屋面活荷載

7、、輸送設施吊掛荷載 、風荷載 、雪荷載 、氣密性加壓檢測荷載、溫度作用或其他加在結構上隨時間變化的荷載。圖4 散裝糧對倉壁壓力計算光伏布置與接線原則按照國家規(guī)范要求及相關行業(yè)經驗，糧倉屋頂分布式光伏發(fā)電項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置在屋脊線附近，同時需要預留光伏逆變器、匯流箱的安裝位置，宜放置在光伏方陣中間，同時盡量減少由此產生的陰影遮擋。在光伏設備選型的過程中，需要特別注意逆變器的選型，考慮到拱形屋面的特性，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

8、氣失配：如光伏組件平鋪在糧庫屋面上，光伏組件的傾角隨屋面弧度的切線呈現不同角度的變化，在屋脊處為0度，在屋脊兩側逐漸變大，同時屋脊兩側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，則屋脊兩側組件有朝正東方向有朝正西方向。只有當光伏組件都采用同一朝向、同一傾角時，可以采用集中式逆變器。而在糧庫這種拱形混凝土屋面上，將光伏組件設計為同一朝向和同一傾角時，會大大增加光伏系統設計(傾角設計、陣列間距設計)和光伏支架的設計的難度，屋頂安裝光伏組件容量將會減少，但光伏組件單瓦輸出的發(fā)電量將會得到較大的提高。圖5為某項目糧庫建筑物拱形屋面上光伏組件同

9、傾角同朝向案例，如圖中可見，南坡第一排為豎向三排設計，第二排和第三排為豎向雙排設計，第四排和第五排為豎向單排設計，由于坡度原因，南坡陣列間距相對較小，北坡陣列間距相對較大，同時各排光伏陣列的支架結構也不一樣，增加了支架安裝的施工難度。在滿足屋面荷載能力、支架風荷載、雪荷載等計算的條件下，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，我們建議通過技術經濟優(yōu)化手段采用后者，以提高光伏組件單瓦發(fā)電量和經濟效益，雖然這種方案會增加設計難度。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串聯接線時需要注意將同一朝向、同一傾角的組件串聯在一起，然后進一步將同一朝向、同一傾角的光伏組

10、件串并聯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失配影響發(fā)電量輸出。光伏支架設計1)彩鋼瓦屋面彩鋼瓦屋面通常根據彩鋼瓦類型設計光伏支架，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行可靠連接，梯形主要采用打孔或膠粘支架形式與屋面進行可靠連接，由于梯形需要打孔，極易發(fā)生漏水，且糧倉對防水要求較高，因此建議不使用此類型的屋面。(梯形彩鋼屋面不能打孔安裝，如需安裝建議采用硬度較低、剝離強度較高的光伏結構膠粘接，所用膠粘劑與混凝土結構膠在硬度、剝離強度等方面有所區(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

11、式等，以下將分別介紹幾種常見方案的優(yōu)缺點及技術要求。以北京某糧倉屋頂為例，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個光伏組串接入1臺50kW光伏逆變器中，每4臺光伏逆變器接入1臺4進1出的交流匯流箱，后接入箱變中，實現高壓并網。a) 膠粘形式：此種方式為了保證粘貼密實度，應采用先人工后機械的打磨方法，剔除混凝土表面的木屑、油氈、沙粒等表面附著物質及酥松混凝土，露出混凝土密實的表面。在粘接前，要保證粘接面一定要干燥，不能潮濕。嚴格按照配膠工藝要求進行配膠(具體根據膠水品牌和廠家要求確定)，每次配膠都必

12、須稱重，隨配隨用，配膠量不宜過多(不超過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，具體可根據施工工藝確定)內用完。立柱底板與混凝土屋面粘貼后在常溫下進行固化，固化時間根據環(huán)境溫度確定，達到固化時間后才可以進行后續(xù)施工。結構膠固化后，應對一定比例的立柱做拉拔實驗，要求每個立柱抗拉拔能力不小于2.5kN。經計算，光伏組件與支架系統共增加恒荷載標準值約0.15kN/。待立柱安裝完畢后，立柱處應加強防水處理。此種方案適合屋面允許恒荷載值偏低的屋面使用，且對防水層修復能力要求較高。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現場安

13、裝圖b) 支墩形式：此種方式為了保證不出現下滑風險，應采用先預制混凝土墩(300*300*250mm或其他規(guī)格，依據當地風荷載值)，在其中做好預埋件，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，避免了下滑的風險。經計算，光伏組件與支架系統共增加恒荷載標準值約0.4kN/。此種方案適合屋面允許恒荷載值較高的屋面使用，且對防水層不構成破壞，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意圖圖12現場安裝圖c) 地梁形式：此種方式為了保證不出現下滑風險，應采用先澆筑混凝土地梁(3

14、00*400*Lmm或其他規(guī)格，依據當地風荷載值)，在其中做好預埋件，后用螺栓與光伏支架連接，由于地梁為一個整體，中間不斷開，此舉可以保證坡面兩邊受力均勻，避免了下滑的風險。經計算，光伏組件與支架系統共增加恒荷載標準值約0.4kN/。此種方案適合屋面允許恒荷載值較高的屋面使用，且對防水層會構成破壞，需要修復防水層。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現場安裝圖d) 化學螺栓直接固定形式：化學螺栓由化學膠管、螺桿、墊圈及螺母組成?；瘜W螺栓是靠與混凝土之間的握裹力和機械咬合力共同作用來抗拔和螺栓本身來抗剪，主要用在新舊結構的連接處，各項力學指標計

15、算時要根據生產廠家提供的資料來進行，因為各種廠家生產的化學粘接劑都不同，所以粘接能力也不同。化學螺栓具有耐酸堿、抗老化、可在潮濕環(huán)境使用，錨固力強、無膨脹應力，邊距間距小，適用于空間狹小處，安裝快捷，凝固迅速，節(jié)省施工時間等優(yōu)點。采用化學螺栓直接在混凝土中固定的方案較為簡單，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，但對防水層修復能力要求較高。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不建議使用該種方案。圖16現場安裝圖防雷接地設計糧倉防雷設計前應全面收集相關資料，例如建筑總平面、當地年平均雷暴日數、工藝設備配置以及原有糧倉防雷接地設置等。糧倉防雷

16、設計應符合現行國家標準建筑物防雷設計規(guī)范GB50057中第二類防雷建筑物的防雷要求。應在屋頂設置避雷網(帶)、針或利用金屬構件作為接閃器。屋頂避雷網網格尺寸不應大于10ml0m、12m8m。當光伏組件高出原有屋頂時，應設避雷針或避雷帶保護，高出光伏組件約0.2m，避雷網(帶)、針、金屬構件及光伏設備均應與引下線牢固連接，引下線可按下列方式設置：1、當糧倉為鋼筋混凝土結構時，利用其結構通長主鋼筋，每處不應少于2根，主鋼筋必須焊接連接。2、當糧倉為輕鋼結構時，可以利用其自身防雷接地系統。以上兩種方案必要時均可以制作主接地鍍鋅扁鋼與地網可靠連接。引下線可用鍍鋅扁鋼，鍍鋅扁鋼截面不應小于48mm，厚度

17、不應小于4mm。接地引下數均不應少于2處，間距不應大于18m，且應對稱布置。低壓線路宜采用電纜直埋地敷設或沿橋架敷設;電纜的金屬外皮、避雷器及絕緣子鐵腳應與防雷接地裝置相連或單獨接地。突出屋面的金屬構件應與防雷裝置可靠連接。一般情況下,糧食平房倉結構設計滿足利用平房倉基礎內鋼筋做自然接地體,利用柱內主筋作為防雷引下線,電氣裝置(金屬構件、PE/PEN線、電氣裝置中的接地母線、金屬管道等)均應作總等電位聯結。平房倉接地系統采用共用接地的形式,即工作接地、保護接地、防雷接地以及防靜電接地共用,要求其接地電阻不大于1。防火設計糧倉應按現行國家標準建筑滅火器配置設計規(guī)范合理配置滅火器，除此之外，糧倉的

18、消防與給水設計尚應符合現行國家標準建筑設計防火規(guī)范GB 50016的有關規(guī)定。平房倉儲存物品的火災危險性應為丙類，其占地面積及每個防火分區(qū)的最大允許建筑面積應符合表1的規(guī)定。平房倉防火分區(qū)之間應采用防火墻分隔 ，防火墻的耐火極限不得低于4h。表1 平房倉占地面積及防火分區(qū)中最大允許建筑面積(m)防水設計根據糧食平房倉設計規(guī)范GB 50320的有關規(guī)定，儲備倉及成品糧倉屋面防水等級不應低于I 級 ，其他使用功能的平房倉屋面防水等級不宜低于I 級 。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，應采取防腐及防滲漏措施。拱板平房倉不宜采用剛性防水層，必須采用時 ，應采取防止剛性防水層下滑的措施。建設分布式電站時需要仔細勘察了解屋面防水情況，針對已經出現的漏水、滲水等情況，需要及時修復，同時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固定孔位置的防水措施。由于防水要求較高，建議在項目立項時充分考慮由此可能增加的相關措施費，由于防水等級要求不應低于I 級，正常情況下相關費用在5080元/之間。箱變選址與電纜敷設糧庫屋頂，現場環(huán)境有一個特點，即糧倉與糧倉之間幾乎全部是