工业屋顶光伏结构荷载分析与施工设计
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工业屋顶光伏结构荷载分析与施工设计
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工业屋顶光伏结构荷载分析与施工设计
摘要：未来一个时期工业园区是我国分布式光伏发电技术的重点发
展区域，仅各类开发区预计装机容量就可达到 。开展屋面的
承载能力评估是在已有建筑上发展分布式光伏的3首00要GW工作。本文以泰
安地区的某工业屋顶分布式光伏项目为例，详细介绍了永久荷载和可
变荷载分析，并将计算值与专业建筑工程评估机构出具的复核值进行
比较，根据评估结果确定了该工业厂房屋面的装机容量。然后，以该
屋面彩钢板的型式为依据，设计了相应的固定夹具以及确定了各种部
件之间的配合关系，介绍了该项目的施工设计方法。
关键词：工业园区；分布式光伏发电；荷载分析；施工设计
中图分类号：TK18 文献标识码：A
Load Analysis and Construction Design of PV Power System
：
on Industrial Factory Roof
Abstract Industrial park is an important area to develop
distributed PV power generation. It is expected that capacity
of installed PV system will be 300GW in all kinds of
development zones. It is a primary task to evaluate
supporting capacity of industrial factory roof before installing
PV module. Taking a PV project in Tai’an development zone
for example, load of PV array is analyzed in detail including
permanent load and variable load. Calculated value andassessed value are compared. According to compared result,
capacity of PV system is fixed. A set of components are
designed based on roof color steel plate. At last, construction
：
design method is introduced.
Key Words Industrial park; Distributed PV power
g、en引er言ation; Load analysis; Construction design
1 分布 式光伏发电作为一种新型的发电和用电模式，具有就近发
电、就近并网、就近转换、就近使用的特点，近年来得到世界各国广
泛的关注和推广。截至 年底，全球分布式光伏发电累计装机容
量为 ，占同期光2伏01发0 电系统累计装机容量的 ，可见
[1]
从世界23范.4围GW内来看分布式发电是光伏应用的主流。因此66，.8我%国政府近
年来已将分布式光伏发电作为发展清洁能源、化解过剩产能和应对大
气污染的重要手段，不断出台新政策鼓励推广。
目前，分布式光伏发电系统一般安装于建筑屋 面，而工业厂房建
筑大多是比较低矮、平整的厂房，用电需求大且电价高，于是成为大
规模推广分布式光伏发电的首选场所。截至 年底，我国拥有各
类经济开发区 个（含高新区、工业园等）2，0规06划面积 ，
2[2]
建筑密度取 1568（以 年国家级开发区调查结果为99例49）km，则
[3]
可用于安装光29伏.2系8%统的工2业01屋2顶面积约达 ，以每 光伏
2
阵列占地约 ㎡计算，则装机容量可达到3000 km，市场前景kw非常广
阔。 10 300GW另一方面，我国分布式光伏发电的建设施工标准并不统一，针对
不同类型屋面的承载能力评估不足，导致已建成的光伏项目运行质量
堪忧 。本文将以泰安高新技术产业（经济）开发区某分布式光伏发
[4]
电系统项目（以下简称该项目）为例介绍工业园区屋面光伏项目的结
构荷载分析方法和施工设计经验。
、荷载分析
2 目前，我 国大多数工业厂房均采用大跨度钢结构建筑形式，以彩
钢板作为屋面建筑材料。该材料具有重量轻、强度高、抗震性能好等
优点，但由于多数情况下先有屋顶后建电站，因而在安装光伏阵列时
存在屋面承重是否达标的问题，特别是在发生风雪天气及人工维护光
伏组件时更需注意。因此，在安装分布式光伏系统前应审慎进行荷载
分析和验算，以评估屋面结构的安全性和可靠性。
该项目所在工业厂房为带女儿墙的封闭式单跨双 坡屋面，坡度为
，屋面高度 ，屋顶面积 ㎡，厂房占地 ㎡（宽 ，
6长° ），光14伏.6组m件平行于屋2面98铺3设。 2966 42.5m
69屋.8面m荷载的分析包括永久荷载和可变 荷载，均按正常使用极限状
态考虑。关于该项目的计算和取值均按照 版《建筑结构荷载规
范》进行 。 2012
[5]
永久荷载 分析
2.1 由于该项目中 的光伏组件采用平铺方式，因此永久荷载主要包括
光伏组件和零配件的自重，分别以 和 表示。如果采用支架方式安
装，则还需计入支架的重量。光伏组件的重量一般在 ㎡至 ㎡之间，经测算该项目
15kg/ 20 kg/
使用的组件自重 为 ㎡。零配件包括放置于光伏组件和屋面
0.15kN/
之间支撑件及各类固定件，为铝合金材料， 取 ㎡。
0.05 kN/
于是，该项目的永久荷载组合值 。
可变荷载分析
2.2
该项目中的可变荷载主要包括屋面活荷载 、雪荷载 、风荷
载 和积灰荷载 。其中由于光伏组件需定期清洗，因此积灰荷载
可忽略不计。
屋面活荷载 包括施工或维修人员、小型工具和光伏组件等临时性
活荷载。由于对屋面结构进行设计及复核时，屋面活荷载中已经包括
了施工人员临时性活荷载，在此次分析时应扣除光伏屋面施工人员临
时性活荷载（一般取 ㎡），而只计入光伏组件的均布活荷载 为
2 kN/
㎡ 。
[6]
0.54 kN/
雪荷载标准值 的计算如式 1）所示。
）
1
其中， 为屋面积雪分布系数，该项目所在屋顶为单跨双坡结构
且坡度小于 °，因此 取 ； 为基本雪压，查表可知泰安地
25 1.25区 应取 ㎡ 。于是，可得 为 ㎡。
[5]
0.35 kN/ 0.44 kN/
风荷载标准值 的计算如式 2）所示。
）
2
摘要：未来一个时期工业园区是我国分布式光伏发电技术的重点发
展区域，仅各类开发区预计装机容量就可达到 。开展屋面的
承载能力评估是在已有建筑上发展分布式光伏的3首00要GW工作。本文以泰
安地区的某工业屋顶分布式光伏项目为例，详细介绍了永久荷载和可
变荷载分析，并将计算值与专业建筑工程评估机构出具的复核值进行
比较，根据评估结果确定了该工业厂房屋面的装机容量。然后，以该
屋面彩钢板的型式为依据，设计了相应的固定夹具以及确定了各种部
件之间的配合关系，介绍了该项目的施工设计方法。
关键词：工业园区；分布式光伏发电；荷载分析；施工设计
中图分类号：TK18 文献标识码：A
Load Analysis and Construction Design of PV Power System
：
on Industrial Factory Roof
Abstract Industrial park is an important area to develop
distributed PV power generation. It is expected that capacity
of installed PV system will be 300GW in all kinds of
development zones. It is a primary task to evaluate
supporting capacity of industrial factory roof before installing
PV module. Taking a PV project in Tai’an development zone
for example, load of PV array is analyzed in detail including
permanent load and variable load. Calculated value andassessed value are compared. According to compared result,
capacity of PV system is fixed. A set of components are
designed based on roof color steel plate. At last, construction
：
design method is introduced.
Key Words Industrial park; Distributed PV power
g、en引er言ation; Load analysis; Construction design
1 分布 式光伏发电作为一种新型的发电和用电模式，具有就近发
电、就近并网、就近转换、就近使用的特点，近年来得到世界各国广
泛的关注和推广。截至 年底，全球分布式光伏发电累计装机容
量为 ，占同期光2伏01发0 电系统累计装机容量的 ，可见
[1]
从世界23范.4围GW内来看分布式发电是光伏应用的主流。因此66，.8我%国政府近
年来已将分布式光伏发电作为发展清洁能源、化解过剩产能和应对大
气污染的重要手段，不断出台新政策鼓励推广。
目前，分布式光伏发电系统一般安装于建筑屋 面，而工业厂房建
筑大多是比较低矮、平整的厂房，用电需求大且电价高，于是成为大
规模推广分布式光伏发电的首选场所。截至 年底，我国拥有各
类经济开发区 个（含高新区、工业园等）2，0规06划面积 ，
2[2]
建筑密度取 1568（以 年国家级开发区调查结果为99例49）km，则
[3]
可用于安装光29伏.2系8%统的工2业01屋2顶面积约达 ，以每 光伏
2
阵列占地约 ㎡计算，则装机容量可达到3000 km，市场前景kw非常广
阔。 10 300GW另一方面，我国分布式光伏发电的建设施工标准并不统一，针对
不同类型屋面的承载能力评估不足，导致已建成的光伏项目运行质量
堪忧 。本文将以泰安高新技术产业（经济）开发区某分布式光伏发
[4]
电系统项目（以下简称该项目）为例介绍工业园区屋面光伏项目的结
构荷载分析方法和施工设计经验。
、荷载分析
2 目前，我 国大多数工业厂房均采用大跨度钢结构建筑形式，以彩
钢板作为屋面建筑材料。该材料具有重量轻、强度高、抗震性能好等
优点，但由于多数情况下先有屋顶后建电站，因而在安装光伏阵列时
存在屋面承重是否达标的问题，特别是在发生风雪天气及人工维护光
伏组件时更需注意。因此，在安装分布式光伏系统前应审慎进行荷载
分析和验算，以评估屋面结构的安全性和可靠性。
该项目所在工业厂房为带女儿墙的封闭式单跨双 坡屋面，坡度为
，屋面高度 ，屋顶面积 ㎡，厂房占地 ㎡（宽 ，
6长° ），光14伏.6组m件平行于屋2面98铺3设。 2966 42.5m
69屋.8面m荷载的分析包括永久荷载和可变 荷载，均按正常使用极限状
态考虑。关于该项目的计算和取值均按照 版《建筑结构荷载规
范》进行 。 2012
[5]
永久荷载 分析
2.1 由于该项目中 的光伏组件采用平铺方式，因此永久荷载主要包括
光伏组件和零配件的自重，分别以 和 表示。如果采用支架方式安
装，则还需计入支架的重量。光伏组件的重量一般在 ㎡至 ㎡之间，经测算该项目
15kg/ 20 kg/
使用的组件自重 为 ㎡。零配件包括放置于光伏组件和屋面
0.15kN/
之间支撑件及各类固定件，为铝合金材料， 取 ㎡。
0.05 kN/
于是，该项目的永久荷载组合值 。
可变荷载分析
2.2
该项目中的可变荷载主要包括屋面活荷载 、雪荷载 、风荷
载 和积灰荷载 。其中由于光伏组件需定期清洗，因此积灰荷载
可忽略不计。
屋面活荷载 包括施工或维修人员、小型工具和光伏组件等临时性
活荷载。由于对屋面结构进行设计及复核时，屋面活荷载中已经包括
了施工人员临时性活荷载，在此次分析时应扣除光伏屋面施工人员临
时性活荷载（一般取 ㎡），而只计入光伏组件的均布活荷载 为
2 kN/
㎡ 。
[6]
0.54 kN/
雪荷载标准值 的计算如式 1）所示。
）
1
其中， 为屋面积雪分布系数，该项目所在屋顶为单跨双坡结构
且坡度小于 °，因此 取 ； 为基本雪压，查表可知泰安地
25 1.25区 应取 ㎡ 。于是，可得 为 ㎡。
[5]
0.35 kN/ 0.44 kN/
风荷载标准值 的计算如式 2）所示。
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