随着国家对分布式光伏发电支持力度的加大,分布式光伏发电越来越受到企业的青睐,屋顶分布式光伏电站体量日益增大。随着我国屋面防水材料的技术革新,新型防水材料应用越来越广,国内制造业、物流业、数据机房、机场等大型建筑屋面大多采用TPO、PVC柔性防水材料,但传统光伏支架系统不能适应这些柔性防水屋面。因此,设计一种稳定、可靠、安全的柔性防水屋顶光伏支架系统具有重要意义。
1屋顶分布式光伏发展趋势
目前,光伏行业项目开发由山地、荒地等大型电站逐步向分布式项目发展,2017一2019年我国分布式光伏发电累计装机容量将达到69.2Gw,未来五年年均复合增长率约为17.03%,2023年将达到129.8Gw。光伏电站的建设主要集中在工业厂房、物流园区、数据机房和机场等高耗能企业,其建设应满足就近发电、就近并网、就近转换、就近使用原则。然而,随着新型防水材料（TPO、PVC）在建筑屋面防水领域的应用越来越广,场地条件限制了屋顶分布式光伏项目的开发。因此,设计一种稳定、可靠、安全的柔性防水屋顶光伏支架系统具有重要的意义。
2TP0屋顶光伏支架系统
本文以北京奔驰总装车间分布式项目为例,分析TPO屋顶光伏支架的研究与应用。
2.1屋顶构造
TPO防水屋顶与传统彩钢屋顶相比,构造基本相同,均属于轻质屋面系统,适用于大面积的厂房建筑,柔性防水屋面用柔性防水卷材（TPO、PVC等防水材料）取代了彩钢屋顶的面层彩钢板,提高了屋顶防水年限。
TPO防水材料常见幅宽2000mm,搭接120mm,连接方式分为满粘法和机械固定两种,通常采用机械固定单层屋面系统,防水卷材仅在边缘120mm宽度范围内,采用专用自攻螺杆固定,搭接采用热风焊接,屋顶构造如图1所示。
2.2支架构造
由于TPO防水材料为柔性材料,不能按常规的配重式基础或专用夹具安装,目前已建成的TPO屋顶支架系统形式主要分为3种:
2.2.1方案一:预埋件式支架系统
屋顶安装时预留光伏支架立柱,在房屋建筑结构设计时统一考虑预留荷载,且根据光伏组件和屋面采光窗、通风等设施布置形式相结合,预留光伏支架立柱,虽然传力可靠,但施工复杂,屋面防水破坏点较多,且屋面防水节点施工周期长,自重大,不适用于老旧建筑。屋顶立柱构造如图2所示。
图1屋顶构造
图2屋顶立柱构造
2.2.2方案二:专用连接件支架系统
此系统基于屋顶光伏支架而特殊开发,在屋顶冲孔后插入专用连接件,机械固定,将连接件与原屋顶焊接形成整体,优点是适用于各种柔性防水屋面,布置灵活:缺点是对屋顶破坏较多,且安装时对建筑日常使用有较大影响。支架专用连接件构造如图3所示。
图3专用连接件构造
2.2.3方案三:粘结式铝合金支架系统
与传统彩钢屋面支架形式相同,光伏组件通过铝合金导轨固定在屋面上,不同之处在于支座通过TP0卷材贴固定于屋面新加的TP0防水材料上,使得导轨和屋面紧密连接在一起,且避免铝合金导轨对屋顶直接接触造成破坏。优点是不破坏屋面防水,施工构造简单,经济性好,组件布置相对灵活。缺点是施工速度较慢。支架与屋面连接做法如图4所示。
图4支架与屋面连接做法
（1）对新老TP0防水材料做相容性试验、接缝剥离强度实验,并满足《热塑性聚烯烃（TP0）防水卷材》（GB27789—2011）的技术要求,实验测得剥离强度为5.3N/m,大于规范要求的3.0N/m。
（2）对屋顶连接构造进行现场检测,确定防水卷材机械固定点的间距及拔出的拉力。屋顶连接试验装置如图5所示。
图5屋顶连接试验装置
（3）现场复核屋顶卷材敷设方向、间隔及相对位置,便于组件布置及方阵划分。
4光伏支架系统计算分析
4.1光伏支架系统
以北京奔驰总装车间分布式项目为例,屋顶采用1.5mm厚织物内增强型TP0卷材防水层,展宽2m,搭接120mm,于平行屋脊方向铺设,每隔350mm设有固定螺钉一个。屋面采用铝合金支架系统,垂直屋脊方向布置铝合金导轨,并在TP0防水卷材搭接处通过TP0卷材贴固定于屋面上,光伏组件通过压块固定在铝合金导轨上,考虑每组支架的刚度及变形协调性,屋顶光伏系统如图6所示。
4.2光伏支架系统荷载计算分析
4.2.1光伏系统摊铺荷载
光伏系统组件自重、TP0防水卷材、铝合金型材重量:
0.12＋0.01＋0.01=0.149N/m2k0.159N/m2
与彩钢屋顶光伏支架系统重量大致相同。经计算,本工程屋面允许新增最大荷载为0.159N/m2,此光伏支架系统方案满足屋面承载力要求。
4.2.2TP0卷材贴连接强度计算分析
TP0卷材贴尺寸为200mm×700mm光伏系统,有效焊接面积长度1400mm:风压标准值按50年取值:
卷材贴风荷载设计值:
o=1.5×0.67=1.0059N/m2
风荷载作用下TP0卷材贴的上拔力:
F1=（0.99-0.14）×2.02×1.005=1.7269N
接缝剥离强度取3.0N/mm,TP0卷材贴剥离力为:
F2=1400×3.0=4.29N 由此可得出在50年一遇的风力作用下,组件传给屋面的上拔力小于TP0卷材贴剥离力,满足要求。 4.2.3支座受力分析 光伏支架支座连接通过TP0卷材贴与原屋顶TP0焊接,将铝合金导轨固定在屋面上,TPO屋顶的固定螺钉间距为350mm,固定螺钉拉力为2139N,按1.05的安全系数进行取值,可计算得出每个卷材贴下螺钉不少于2个,抗拉拔力为2.1kN,风力作用下的上拔力为1.726kN,小于螺钉抗拔力,支座安全。 导轨通过TPO卷材贴固定在屋顶新增TPO卷材上,与屋面防水形成整体,考虑屋面热胀冷缩,利用支架的刚度及变形协调性,支架长度不大于6m,控制在3个卷材宽度以内,使其具有良好的抗震、抗风、抗雪压等物理性能,使屋顶光伏支架系统能够应用于TPO屋顶。 4.2.4注意事项 (1）TPO屋顶光伏支架系统采用方案三,构造简单,布置灵活,适用于各种TPO屋顶。 (2）TPO防水固定点的间距、抗拉力应通过实验测得,确保支架的稳定性。 (3）新老TPO连接应做相容性试验,确保连接安全可靠。 (4）屋顶保温、防水、压型钢板材料不同,力学性能不同,在自重作用下的压缩变形应进行系统性研究。 5结语 在未来光伏发展道路上,分布式光伏发电占比日益增大,随着5G时代的来临,尤其在工业、制造业、物流业、数据机房等高能耗建筑的建设中,分布式光伏能源成为主要的绿色能源提供者,为国家能源结构调整、改善环境提供了源动力。 9月2日消息，不造车的华为或将催生出更大的独角兽公司，随着阿维塔和赛力斯的入局，华为引望愈发显得引人瞩目。 加利福尼亚州圣克拉拉县2024年8月30日/美通社/--数字化转型技术解决方案公司Trianz今天宣布，该公司与AmazonWebServices（AWS）签订了... 伦敦2024年8月29日/美通社/--英国汽车技术公司SODA.Auto推出其旗舰产品SODAV，这是全球首款涵盖汽车工程师从创意到认证的所有需求的工具，可用于创建软件定义汽车。SODAV工具的开发耗时1.5... 北京2024年8月28日/美通社/--越来越多用户希望企业业务能7×24不间断运行，同时企业却面临越来越多业务中断的风险，如企业系统复杂性的增加，频繁的功能更新和发布等。如何确保业务连续性，提升韧性，成... 8月30日消息，据媒体报道，腾讯和网易近期正在缩减他们对日本游戏市场的投资。 8月28日消息，今天上午，2024中国国际大数据产业博览会开幕式在贵阳举行，华为董事、质量流程IT总裁陶景文发表了演讲。 8月28日消息，在2024中国国际大数据产业博览会上，华为常务董事、华为云CEO张平安发表演讲称，数字世界的话语权最终是由生态的繁荣决定的。 要点：有效应对环境变化，经营业绩稳中有升落实提质增效举措，毛利润率延续升势战略布局成效显著，战新业务引领增长以科技创新为引领，提升企业核心竞争力坚持高质量发展策略，塑强核心竞争优势... 北京2024年8月27日/美通社/--8月21日，由中央广播电视总台与中国电影电视技术学会联合牵头组建的NVI技术创新联盟在BIRTV2024超高清全产业链发展研讨会上宣布正式成立。活动现场NVI技术创新联... 北京2024年8月27日/美通社/--在8月23日举办的2024年长三角生态绿色一体化发展示范区联合招商会上，软通动力信息技术（集团）股份有限公司（以下简称"软通动力"）与长三角投资（上海）有限... 山海路引岚悦新程三亚2024年8月27日/美通社/--近日，海南地区六家凯悦系酒店与中国高端新能源车企岚图汽车（VOYAH）正式达成战略合作协议。这一合作标志着两大品牌在高端出行体验和环保理念上的深度融合，将... 上海2024年8月28日/美通社/--8月26日至8月28日，AHNLAN安岚与股神巴菲特的孙女妮可巴菲特共同开启了一场自然和艺术的疗愈之旅。妮可·巴菲特在疗愈之旅活动现场合影... 8月29日消息，近日，华为董事、质量流程IT总裁陶景文在中国国际大数据产业博览会开幕式上表示，中国科技企业不应怕美国对其封锁。 上海2024年8月26日/美通社/--近日，全球领先的消费者研究与零售监测公司尼尔森IQ（NielsenIQ）迎来进入中国市场四十周年的重要里程碑，正式翻开在华发展新篇章。自改革开放以来，中国市场不断展现出前所未有... 上海2024年8月26日/美通社/--今日，高端全合成润滑油品牌美孚1号携手品牌体验官周冠宇，开启全新旅程，助力广大车主通过驾驶去探索更广阔的世界。在全新发布的品牌视频中，周冠宇及不同背景的消费者表达了对驾驶的热爱... 此次发布标志着Cision首次为亚太市场量身定制全方位的媒体监测服务。芝加哥2024年8月27日/美通社/--消费者和媒体情报、互动及传播解决方案的全球领导者Cis... 上海2024年8月27日/美通社/--近来，具有强大学习、理解和多模态处理能力的大模型迅猛发展，正在给人类的生产、生活带来革命性的变化。在这一变革浪潮中，物联网成为了大模型技术发挥作用的重要阵地。作为全球领先的... 北京2024年8月27日/美通社/--高途教育科技公司（纽约证券交易所股票代码：GOTU）（"高途"或"公司"），一家技术驱动的在线直播大班培训机构，今日发布截至2024年6月30日第二季度未经审计财务报告。2... 8月26日消息，华为公司最近正式启动了“华为AI百校计划”，向国内高校提供基于昇腾云服务的AI计算资源。