王子健 张亚萍 汪 洋

（天津津能滨海新能源有限公司 天津 300384）

引言

太阳能作为一种可以广泛使用的清洁能源具有绿色、无污染、可再生等特点，光伏发电直接将太阳能转变为电能是一种越来越广泛的太阳能利用方式。并网光伏发电系统目前多应用于城市中，且可以不单独占用土地，结合城市建筑进行安装，如屋顶、建筑的立面上都可以。目前是国家大力支持的光伏电站建设方式。

在屋顶建设光伏电站需要考虑原有建筑屋面的结构及屋顶的设计承重和防水方式，目前用于进行光伏电站建设的屋顶情况多种多样，既包括承重较好的可上人屋面，也包括承重较差的不可上人屋面[1]，对于已成型的不可上人屋面，SBS防水卷材屋顶。其屋顶光伏发电系统设计安装是在房屋设计、施工已完成的情况下开展的，因此光伏系统设计施工必须满足房屋防水要求及承载力要求，同时保证光伏自身结构安全[2]。

1 网状结构基础的提出

1.1 常见的混凝土屋面光伏方阵安装方式

目前常规的光伏电站混凝土建筑屋面安装方法有化学锚栓锚固法和屋顶配重法两种[3]。

（1）采用化学锚栓生根的方式进行固定。

利用化学锚栓，直接将太阳能电池板组件支架固定到屋面，利用防水卷材，包裹太阳能支架固定架进行防水，这种方式固定效果好，经连接与建筑物为一体，无需配重，结构稳固，成本较低。如下图所示：

图1 地锚方式安装光伏方阵示意图

（2）采用混凝土块配重来固定

利用配重块，直接将光伏组件系统压在屋顶。其优点是固定稳固，操作简便，不破坏原有防水层，结构稳固，成本较高。

图2 配重方式安装光伏方阵示意图

1.2 常规安装方式在SBS屋面安装光伏方阵存在技术问题

对于屋面防水施工已经完工的建筑，因化学锚栓的基础形式需破坏屋面现有防水层，支架固定完毕后，需做防水修补。由于屋面防水上卷部位与太阳能固定架不易贴合，接口易开裂且开口向上，容易漏水。接口节点耐久性差，存在漏水隐患。无法满足对屋面防水型的要求。

使用配重的方式进行光伏系统的安装。因房屋自身的承载能力有限，故应尽可能的减少屋面负载。由于需保证风压条件下不整体位移，故要求混凝土配重块体积大，荷载大，超出屋面设计承载力上限，易致使屋面保温层的凹陷，结构板开裂，漏水，且施工需吊装预制块或大量现浇砼，工程量大，安全隐患多。

鉴于以上两种情况我们需要设计一种光伏系统与屋面的结合方式使其同时满足以下两个条件：

（1）保证屋面不被破坏原有建筑物防水层

（2）保证光伏系统自身结构安全。

常规的光伏系统安装方式无法同时满足以上两个条件。

1.3 网状结构基础安装方式

本文通过分析项目现场建筑实际条件，经过理论测算，分析常规电站建设方式存在的问题，提出了解决对策。通过设计一种网状结构的基础，实现了本在保证屋面不被破坏原有建筑物防水层的同时保证了光伏系统自身结构安全。为今后其他类似工程的设计和建设提供了借鉴。其具体结构方式如下：

将光伏组件金属构架以网状的形式连接成整体，两侧利用伸出钢梁做顶撑，与砼女儿墙固定，防止风压位移，竖向承载力通过直接放置在防水层上的支墩传递。其优点为不破坏已施工完成的防水层，荷载小，整体性好，抗风压位移效果好。具体如下图所示：

图3 网状结构基础光伏方阵示意图

2 关键技术和创新点

2.1 关键技术

2.1.1 此种结构能够完全保证防水的安全性

防水方面我们采用如下图的固定结构，完全不用破坏原有屋顶的防水层，最大限度的保证了防水的安全性。

图4 网状结构基础与女儿墙连接方式示意图

此种方式固定梁两端锚固与方阵所在建筑女儿墙防水卷材泛起边缘上方。在防水层上方设置保护垫，将方阵内部支架支撑的水泥基础支墩直接放置于保护垫上。使得整个光伏系统安装过程中对于原有屋面的防水结构没有任何破坏，不存在化学锚栓安装方式需要重新进行防水修补的施工，减少了施工量和施工难度，同时我们对此种结构所引入的荷载进行核算如下表：

立柱：通过化学锚栓植于水泥基础上，每根长度为350mm，重 0.875kg。

支撑梁：安装角度为30°，为电池组件提供支撑，每根长度为700mm，重1.75kg。

安装梁：与支撑梁连接，方向与支撑梁垂直，采用6m/根的角钢，角钢之间通过连接片打孔螺栓连接，角钢的线密度按2.5kg/m计算（40mm*40mm*4mm）。

固定梁：两端锚固于女儿墙上起到固定方阵的作用。采用6m/根的角钢，角钢之间通过连接片打孔螺栓连接，角钢的线密度按2.5kg/m计算（40mm*40mm*4mm）。水泥基础:尺寸 200mm*200mm*500mm，重 36kg。

表1 网状结构固定光伏电站单位平米引入荷载表

采用较小的水泥基础最大限度了避免了由于光伏系统本身自重对防水层和保温层的挤压。避免了防水隐患。

我们对安装后的屋面进行了24小时整体封水试验，未发现漏水现象。

2.1.2 保证了光伏系统所在建筑的结构安装

建设屋顶光伏电站的首要原则就是需要满足原有建筑屋顶的载荷能力，否则将存在结构安全隐患。我们对该项目建设使用的三个建筑屋顶的荷载能力与网状结构基础、化学锚栓及配重方式引入的屋面荷载进行对比结果如下表：

表1 不同方式固定光伏电站单位平米引入荷载对比表

从此表中我们可以看到化学锚栓法和网络结构基础能够满足建筑的荷载。因此只有网路结构能够同时保证建筑的防水完整性和结构安全性，为最佳的方案。

2.2 创新点

（1）使用网格结构基础最大限度的减少防水隐患；

（2）网格结构基础将安装光伏电站引入的荷载降低到了建筑安全的范围内。

3 应用推广情况及前景

3.1 推广应用情况

该项目已成功应用于天津陈塘庄热电厂煤改气搬迁工程光伏电站项目。达到了预期的保证防水安装和建筑结构安全的效果。

3.2 推广前景

随着国内外光伏电站建筑结合应用项目的推广和应用，屋顶将逐渐成为城市利用太阳能发电的建筑主要场所。并逐渐成为一种奇缺的行业资源。本项目的网络结构基础的太阳能光伏系统安装方式为在已建成屋顶建设太阳能电站提供了一种切实可行的途径。有利于光伏系统在不可上人屋面的推广和应用。因此，本项目的应用推广前景十分广阔。

结语

本文介绍了一种在已成型屋顶安装光伏发电装置基础结构，在保证屋面防水完成的情况下，保证了项目所在建筑的结构安全性。减少了防水破损后的漏水隐患，减少了修护防水的施工量。安装防水修护成本35元/平米计算，这种安装方式安装屋顶电站可大大节约防水投入。同时减少了配重方式所需的大量的水泥混凝土成本。对于同类型屋面开展光伏发电项目建设具有良好的参考价值。

[1]GB50009-2012.建筑结构载荷规范[S].中华人民共和国建设部,2012.

[2]章海灿，杨松等.分布式光伏电站的屋面选择与支架结构方案研究[J].太阳能,2016(3）:60-63.

[3]祁建洲.混凝土平屋面光伏组件支架的连接设计[J].门窗,2012(5):219-220.

[4]GB50017-2003.钢结构设计规范 [S].中国国家标准化管理委员会,2003.

[5]DGJ32J87-2009.太阳能光伏与建筑一体化应用技术规程[S].江苏科技出版社，2009.

[6]龙慧．屋顶分布式光伏发电支架结构设计浅析[J].科技创新导报,2015（34）:6-8.