合肥市各类建筑房屋屋面光伏承载力评估检测鉴定具体内容

合肥市各类建筑房屋屋面光伏承载力评估检测鉴定具体内容

屋面分布式光伏项目涉及的荷载

屋面结构自重：钢筋混凝土楼板自重、屋面钢梁檩条彩钢板的自重、屋面保温防水材料的自重、屋面原有构件及设备的自重（属于恒荷载）。

光伏电站系统荷载：光伏组件，支架、基础、电缆、汇流箱等（属于新增恒荷载）。

风、雨、雪荷载：因光伏电站，而导致的风、雨、雪荷载的增大。

施工荷载（后期运维荷载）：施工阶段，设备材料的吊装、运输、施工人员、施工设备等产生的作用影响，属于活荷载。

地震不属于荷载，地震是一种作用，关于地震作用的规定及验算，见GB50011-2010《抗震设计规范》。

荷载的预判

图纸的模拟计算：通过物结构图纸，使用软件（如MTStool、理正结构工具箱等）对主要受力构件（如檩条、楼板等）初步核算，

现场勘察：实际物与设计图纸对比，发现设计图以外新增荷载或因后期改扩建变更的荷载。

室外：屋面增建的设备间，电梯间，空调机或天线的设备基础、消防或通风管道等

室内：有无大面积漏水、梁板柱有无开裂、锈蚀及损毁、新增吊顶构件，屋面内部吊挂设备、屋面开洞、新增室内轨道吊车等。

如果想要获得的荷载数据，应当经过现场勘察后，结合现场实际荷载情况，再进行结构建模等系统的核算。

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；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。这种光伏是一体化设计，两层皮。

（2）合一式光伏面板：既具有发电功能，又是采光顶或幕墙的面板。又称为建材式光伏面板。由于发电和功能合一，外皮只需一套面板，一套支承。这种光伏是一体化设计，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。

目前太阳能发电一般借助既有的物实现发电与物一体化。对新增光伏发电设备的物，需核算增加设备荷载后既有是否满足承载力要求；目前，规范对光伏发电设备的荷载计算没有专门的阐述，设计时使用的标准各不相同。本文参考国外现有设计经验及现行相关规范，将计算结果进行对比后，提出较为常规的荷载计算方法及物的承载力评估方法。广东保威新能源设计工程师在国内外科研工作的基础上，结合其在日本和德国的风洞测试报告结果提出一种屋顶光伏支架系统的风载荷区间划分方法，包括：物的屋顶上划分出角落区c、边缘区r和中心区f；根据角落区c、边缘区r和中心区f分配风载荷系数：角落区c的风吸力系数为-1.8；边缘区r的风吸力系数为-1.6；中心区f的风吸力系数为-0.6；根据角落区c、边缘区r和中心区f的风载荷系数，计算位于上述各区域中的光伏支架系统的压载量。利用屋顶光伏支架系统的静态力学模型，进行风载荷区域划分，规定位于不同区域的风载荷系数，从而得到风载荷的正确分布，得到优的屋顶光伏支架系统的压载物方案，划分过程、简单、方便。按照单个MW级电站计算，优化后方案比优化前方案无论支架成本还是屋顶荷载均降低10%以上。

屋顶光伏的相关知识：

太阳能电站产除了受环境因素影响，还与自身构造、电池板材料有关。下面根据研究，可能会产生主要影响的要素分析如下：

1 环境因素对太阳能电池板能效的影响
温度和太阳能辐射照度是影响太阳能设备输出效率的两个主要因素。其他环境因素，如风、雨、云层和太能辐射分布会通过对温度和太阳能辐射度的间接影响从而影响设备效率[3]。
1.1 温度
当光伏组件在环境温度为25℃时工作时，其实际操作温度将高于环境温度，并导致较高14%的能源转化损失。一般来说，单晶硅额定电池工作温度（NOCT）为40℃。NOCT是指当太阳能组件或电池处于开路状态，并在以下具有代表性情况时所达到的温度[5]。
（1）电池表面光强： 800 W/m2
（2） 环境温度： 20℃
（3）风速：1m/s
（4）电负荷： 无（开路）
（5）倾角：与水平面成45°
（6） 支架结构：后背面打开
通过对光伏组件电能生产监控实验发现[2]，高温会导致组件产能下降。高风速会使环境温度下降，从而降低了光伏组件工作温度，提高产能。低温是光伏组件的理想工作环境。当环境温度高于25℃时，电能损失为标准测试条件（STC）功率的10%，光谱、组件衰减和其他因素会导致约7.7%的电能损失。太阳辐射照度通过影响光伏组件的多个输出因数从而影响输出效率。太阳能电池性能强烈依赖于光谱分布，不同的太阳能电池材料有不同的光谱输出。光伏组件的不同材料在不同的光谱分布下将产生不同的电能输出，光谱分布根据地点和每天时间段的不同而有所不同。

1.2 组件损伤
电池板不匹配导致的损毁的电池板会使太阳能电池板电流减小，在额定电压范围内工作时[6]，将电能以发热形式散发，使得光伏组件温度升高。当光伏组件在室外超时工作时温度将进一步升高，将有可能导致不可逆转的组件损伤。不被旁路二极管保护的不匹配电池组件将引起电能耗散并产生过热点，从而引起组件损伤。
太阳能电站组件的室外工作功率往往低于额定功率。气象条件会引起光伏组件效能损失达18%。光伏电站设计使用时间为20-30年，但光伏组件的衰减和过早失效都应考虑在内。对组件潜在衰减的监控是十分必要的。

本公司屋顶光伏承重检测鉴定报告项目实例分析展示：

项目名称：泰安加华电力器材有限公司以利奥林6 MW 分布式光伏电站项目。
工程地点：山东以利奥林电力科技有限公司厂区。
工程特征：分布式安装，以380 V/10 kV 电压等级将分布式光伏电站[1] 接入用户电网，就近消纳，余电上网。
规模：本期规模为6.291MW，分别安装在铁芯材料表面处理车间、晶体处理车间、常化酸洗车间和制氢制氮车间屋顶。该厂区条件非常适合光伏电站的和利用，是级分布式光伏发电示范区。

1.2 设计依据
组件尺寸为1640 mm×990 mm×50 mm；组件重量为20 kg；大风速为30 m/s。安装方式：组件安装采用纵向2×10阵列安装，20 块组件为一个单元；采用固定倾角钢支架，支架倾角为33°。

2.2 承受荷载
2.2.1 固定荷载G
以2×10 阵列为一个单元进行计算，则光伏组件质量G1=20 kg×20=400 kg，C形轨道承载的固定荷载重量G=400×9.8=3920 N。
2.2.2 风荷载W
根据《结构荷载规范》[2]，垂直于物表面的风荷载标准值的计算公式( 按承重结构设计) 为：
Wk =βz μ s μzW0 (1)式中，Wk 为风荷载标准值，kN/m2；βz 为高度z 处的风振系数；μ s为风荷载体型系数；μ z 为风压高度变化系数，取0.84；W0 为基本风压，kN/m2，取0.2。根据《结构荷载规范》表7.4.3中脉动增大系数ξ 为1.6，βz 为1.6；根据表7.3.1，体型系数μs 取0.83。Wk=1.6×0.83×0.84×0.2=0.223 kN/m2。
2.2.3 雪荷载S
根据《结构荷载规范》中的规定，屋面水平投影面上的雪荷载标准值计算式为：Sk=μ r S0 (2)式中，Sk为雪荷载标准值，kN/m2；μ r 为屋面积雪分布系数；S0 为基本雪压，kN/m2。根据《结构荷载规范》表6.2.1，μr取0.2，S0 取0.35 kN/m2。Sk=0.2×0.35=0.07 kN/m2。
2.2.4 地震荷载FEk
根据《抗震设计规范》[3]，采用底部剪力法时，按下列公式确定：FEk=1×Geq (3)式中，FEk为结构总水平地震作用标准值；1为水平地震影响系数值；Geq 为结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代表值。
由于泰安市不处于我国地震带，根据《抗震设计规范》表5.1.2-2，查得Geq=0，FEk=0。
2.2.5 荷载基本组合P
根据《结构荷载规范》第3.2 节荷载组合，计算式如下：
风压主导时 ：P=G+W+S (4)W=Wkabn (5)S= Skabn (6)式中，Wk=0.223 kN/m2；Sk=0.07kN/m2；a
为电池板长度，取1.64 m；b 为电池板宽度，取0.99 m；n为一个光伏组件阵列的数量，取20。P=3.92+7.24+2.27=13.43 kN。
屋面承重计算
3.1 屋面荷载质量
光伏组件质量G1=20×20=400 kg，支架总荷质量G2=136 kg，混凝土基础质量G3=160×10=1600kg。总荷重G4=400+ kg。
3.2 屋顶单位面积受力
组件安装面积为10.125×2.973=30.1 m2；屋顶单位面积受力为2136/30.1=70.96 kg/m2=0.80kN/m2。由于本项目均为上人屋面，根据GB50009-2012《结构荷载规范》设计，混凝土屋面设计载荷为2 kN/m2，屋顶平均载荷为0.80kN/m2，安装太阳能方阵后的载荷远小于设计载荷，屋面承重安全。

光伏发电楼面荷载的分类

按时间分类：荷载（恒荷载）、可变荷载（活荷载）、偶然荷载（特殊载荷或偶然作用）。光伏电站系统属于新增恒荷载。

作用面大小分类：均布载荷、集中荷载、线性荷载。

作用方向分类：垂直荷载、水平荷载。