光伏支架的载荷计算

光伏支架基础上作用的荷载有很多，包括支架及光伏组件的自重、风荷载、雪荷载、温度荷载及地震荷载等等。其中起控制作用的主要是风荷载，因此光伏支架基础设计应保证风荷载作用下基础的稳定。光伏支架基础可以简单的区分为地面光伏支架基础与平面屋顶光伏支架基础两大类，但其中还能细分为很多小类。比如地面光伏支架基础中就有钻孔灌注桩基础、钢螺旋基础、独立基础、钢筋混凝土条形基础、预制桩基础等。光伏支架的钻孔灌注桩基础成孔较为方便，可以根据地形调整基础顶面标高，说明顶标高易控制。而且混凝土钢筋用量小，开挖量小，施工快，对原有植被破坏小等优势，但不适用于松散的沙性土层中。钢螺旋基础的顶面标高不受地下水影响，即便是在冬季气候条件下照常施工，施工快。采用专用机械将其旋入土体中，无需场地平整，可以尽可能的保护场内植被，螺旋桩可二次利用。光伏支架若是采用独立基础的话，将会有超强的抗水荷载能力和抗洪抗风能力，但由于其施工周期长，对环境破坏力大，所以实际的光伏项目中已经很少会使用这样的基础了。对于平面屋顶光伏支架来说，它的基础主要有两种，一种是水泥配重法，还有一种是预制水泥配重，同样也是各有各的优缺点。

计算例子如下:

一个3KW的家用屋顶太阳能电站，需要150W的太阳能电池板20块，太阳能电池板的重量为240kg，支架、水泥方砖重量约在210kg，支架占地面积为15平米，以这个标准计算出太阳能电站设备对屋顶的压力为30kg/平米。家用屋顶一般承重都超过30KG，因此，在上面安装光伏板是没有多大问题的。

分布式光伏定义:

分布式光伏发电，是指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。

分布式光伏优势:

1、它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，

2、不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。

1.1光伏面板的结构可按下列方式分为两类：

（1）分离式光伏面板： 只具有发电功能，不作为围护结构的面板；建筑需要围护功能时须另设密封的采光顶或幕墙。这种面板要设单独的支架，支架连接在主体结构上。因此这种光伏建筑是一体化设计，两层皮。

（2）合一式光伏面板：既具有发电功能，同时又是采光顶或幕墙的面板。又称为建材式光伏面板。由于发电和建筑功能合一，因此建筑外皮只需一套面板，一套支承。这种光伏建筑是一体化设计，一层皮。

合一式光伏结构系统与普通玻璃幕墙和采光顶大体相同，可以套用玻璃幕墙和采光顶的设计方法；分离式光伏结构系统在普通玻璃幕墙和采光顶的外侧另外附加了一个单独的结构，工作性质又不同于一般的幕墙和采光顶，必须进行专门的设计。

1.2光伏结构系统应进行结构设计，应具有规定的承载能力、刚度、稳定性和变形能力。

结构设计使用年限不应小于25年。预埋件属于难以更换的部件，其结构设计使用年限宜按50年考虑。大跨度支承钢结构的结构设计使用年限应与主体结构相同。

1.3光伏结构系统的设计目标是：在正常使用状态下应具有良好的工作性能。抗震设计的光伏结构系统，在多遇地震作用下应能正常使用；在设防烈度地震作用下经修理后应仍可使用；在罕遇地震作用下支承骨架不应倒塌或坠落。

1.4非抗震设计的光伏结构系统，应计算重力荷载和风荷载的效应，必要时可计入温度作用的效应。

抗震设计的光伏结构系统，应计算重力荷载、风荷载和地震作用的效应，必要时可计入温度作用的效应。

1.5光伏结构可按弹性方法分别计算施工阶段和正常使用阶段的作用效应，并进行作用效应的组合。

1.6光伏结构系统的构件和连接应按各效应组合中最不利组合进行设计。

1.7光伏结构构件和连接的承载力设计值不应小于荷载和作用效应的设计值。按荷载与作用标准值计算的挠度值不宜超过挠度的允许值。

二、荷载和作用

2.1光伏结构系统应分别不同情况，考虑下列重力荷载：

（1）面板和支承结构自重

（2）检修荷载

（3）雪荷载

2.2光伏结构系统的风荷载，应按国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009 2006版本采用。设计时应分别考虑：

（1）分离式光伏面板的风荷载应计入迎风面风荷载和背风面风荷载；

（2）支架的风荷载应计入面板传来的风荷载和支架直接承受的风荷载；

（3）合一式面板系统应分别采光顶和幕墙的风荷载，按相应规范采用

2.3分离式光伏结构系统应考虑突出屋面小结构的地震力放大作用。必要时可将其作为独立的质点，连同主体结构一起进行地震反应分析。

屋面上的分离式光伏系统结构具有一定的质量和刚度，相当于一个小楼层，但是其质量和刚度又远小于主体结构的质量和刚度。放在屋面上的地震反应要比放在地面上要强烈得多，称之为鞭梢效应。放在屋面上，地震力比放在地面上放大可达3~5倍，取决于它与主体结构的质量比和刚度比

2.4合一式光伏结构面板和支承结构的地震力计算与一般玻璃幕墙相同，可按照行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003 的规定进行。

2.5分离式光伏结构的支架暴露于室外，应考虑温度作用的影响。必要时可进行钢支架的温度应力计算

2.6光伏结构系统的荷载组合可按照行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003 的规定进行。

光伏采光顶和斜墙的重力荷载会产生平面外方向的作用分力，它与风荷载和地震力的作用相叠加，计算时应注意。

重力荷载起控制作用的组合，重力荷载的分项系数应取为1.35。

风荷载起主要作用的组合，地震作用的组合值系数应取为0.5。

三、面板设计

3.1面板的玻璃应能承受施加于面板的荷载、地震作用和温度作用。其厚度除应由计算确定外，尚应满足最小厚度的要求。

3.2分离式面板夹胶玻璃中的单片玻璃，厚度不应小于4mm。

3.3用作采光顶和幕墙的合一式面板，夹胶玻璃中的单片玻璃厚度不应小于5mm；幕墙中空玻璃的内侧采用单片玻璃时，厚度不应小于6mm。

3.4有光伏电池的夹胶玻璃，外片宜采用超白玻璃。夹胶玻璃的内外片，厚度相差不宜大于3mm。

3.5无中空层的单片夹胶玻璃，不宜采用Low-E镀膜；有中空层的夹胶中空玻璃，Low-E镀膜应朝中空层。

3.6合一式面板应采用PVB夹胶膜；分离式面板可采用PVB夹胶膜，也可采用EVA夹胶膜。非晶硅电池的夹胶玻璃宜采用PVB夹胶膜。

3.7采光顶采用中空玻璃时，室内侧也应采用夹胶玻璃；斜玻璃幕墙采用中空玻璃时，朝地面一侧宜采用夹胶玻璃

3.8夹胶玻璃宜采用半钢化玻璃或浮法玻璃，可采用钢化玻璃。点支承面板应采用钢化玻璃。

钢化玻璃有1%~3%的自爆率，即使经过二次热处理也还有0.1%~0.3%的自爆率。而半钢化玻璃和浮法玻璃不会自爆，夹胶后成为安全玻璃。所以如果承载力足够，完全不必采用钢化夹胶玻璃，以免使用后更换玻璃的困难。

点支承玻璃开孔处局部应力很大，只有强度高的钢化玻璃才能满足承载力的要求。

3.9 面板的结构计算应按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003的规定进行。规范中已列出了边支承玻璃板和点支承玻璃板的计算公式和计算用表，可直接采用。

3.10 由荷载及作用标准值产生的面板挠度，边支承面板不宜大于短边的1/60；点支承面板不宜大于沿较大边长支承点间距的1/60。

四、支承结构设计

4.1支承结构设计应遵照《钢结构设计规范》GB 50017-2003 和《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007 的规定进行。

4.2分离式面板的钢支架构件的截面厚度不应小于3.0mm，其钢种、牌号和质量等级应符合现行国家标准和行业标准的规定。钢材之间进行焊接时，应符合现行国家标准和行业标准的规定。

4.3分离式面板的钢支架应采取有效的防腐措施。当采用热浸锌防腐处理时，锌膜厚度不宜小于80微米。采用氟碳喷涂时涂膜厚度不宜小于40微米。采用防锈漆或其他防腐涂料时应遵照相应的技术规定。

腐蚀严重地区的钢支架，必要时可预留截面的腐蚀厚度。另外，圆管、方管等闭口钢型材，其内侧表面难以进行防腐处理，也可以留出腐蚀厚度。在通常条件下，钢材截面的腐蚀速度大概不超过每年0.02mm。这样一来，钢型材截面厚度额外增加1.0mm，就可留出单面腐蚀50年或双面腐蚀25年的余量。

4.4在风荷载标准值作用下，分离式面板支架的顶点水平位移不宜大于其高度的1/150。

4.5合一式面板的支承结构设计，应按《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003 的规定进行

最佳角度：

坐北朝南，正向南偏西5~10度，保证无阳光遮挡。

由于太阳能支架调节的角度与使用地区的纬度有关，要尽量保持太阳能电板与太阳直射最大角度，接受尽可能多的太阳热量。

需要根据所在地区的纬度来进行计算和调节，遵循着使用地区纬度越高，太阳能支架需要调节的与地面角度应越大的原则，把太阳能支架角度和所在地纬度进行联系计算，得出的结果就是最合适的安装角度，安装最佳角度=安装地区纬度+5度。

拓展知识：

太阳能光伏支架，是太阳能光伏发电系统中为了摆放、安装、固定太阳能面板设计的特殊的支架。一般材质有铝合金、碳钢及不锈钢。

太阳能支撑系统相关产品材质为碳钢和不锈钢，碳钢表面做热镀锌处理，户外使用30年不生锈。太阳能光伏支架系统的特点是无焊接、无钻孔、100%可调、100%可重复利用。

世界性能源危机，促进了新能源产业的迅猛发展，而太阳能是各种可生能源中最重要的基本能源；因此做为将太阳辐射能转换成电能的太阳能发电技术，即光伏产业更是发展飞速；旧的概念中，光伏产业主要包括太阳能组件生产链，控件器和逆变器等电气控制组件生产链。

安装地点：建筑物屋面或幕墙和地面

安装朝向：宜为南向 （追踪系统例外）

安装角度：等于或接近安装当地纬度

荷载要求：风荷载，雪荷载，地震要求

排列方式及间距：结合当地日照情况

质量要求：10年不锈蚀，20年钢性不降低，25年仍具有一定的结构稳定性。

参考资料：

太阳能光伏支架系统_百度百科

一、首先简述工程发展概况，包括企业项目名称、工程地址、设计工作单位、建设一个单位、结构不同形式及支架高度。

2参考规范:《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068-2001、《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)、《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010、《钢结构设计规范》GB50017-2003、《冷弯薄壁钢结构设计规范》GB50018-2002、《不锈钢冷轧钢板及带钢》GB/T3280—2007。

三、设计参数：太阳能板规格、太阳能板重量、太阳能板安装数量、支架倾斜角度、风压（按《建筑结构荷载规范》表E.5取值）、雪压（按《建筑结构荷载规范》表E.5取值）、安装条件（屋面粗糙度）、屋面高度、设计产品年限。

四、型材强度进行计算：1、确定一个屋顶荷载，假设为我们一般具有地方企业中大的荷重，采用不同固定荷重G和暴风雨产生的风压荷重W的短期影响复合荷重2、查询系统结构分析材料的特性，如截面面积、形心主轴到腹板边缘的距离、形心主轴到翼缘尖的距离、惯性矩、回转半径、截面抵抗矩、截面抵抗矩等3、计算方法假定荷重，包括公司固定荷重、风压荷重、雪压荷重、地震作用荷载、根据《建筑工程结构水平荷载标准规范》第3.2节荷载组合理论计算环境荷载控制基本信息组合，确定研究使用这些材料的允许应力及大位移量。

屋面配重设计: 1、绘制计算图2、计算荷载标准值，包括恒定荷载、风荷载、雪荷载3、确定逆向荷载组合4、通过检查基础确定要配置的基础数目。

六、屋面承重进行计算：1、计算发展太阳能板质量、支架总荷重、水泥墩荷重2、屋顶建设单位建筑面积受力3、假设屋顶为上人屋面，根据GB设计，混凝土屋面系统设计工作载荷为2kN/㎡，安装使用太阳能方阵后载荷系数小于我们设计不同载荷即满足企业要求。