TPO屋頂分布式光伏安裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

摘

要：以擬建的北京奔馳MFA廠區(qū)分布式光伏項(xiàng)目為例，對(duì)現(xiàn)有TPO屋頂光伏支架系統(tǒng)進(jìn)行了概述，通過相關(guān)試驗(yàn)、計(jì)算分析，對(duì)光伏支架系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，為TPO屋頂光伏支架系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。關(guān)鍵詞：TPO屋頂；光伏支架系統(tǒng)；屋頂構(gòu)造；載荷計(jì)算

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引言隨著國(guó)家對(duì)分布式光伏發(fā)電支持力度的加大，分布式光伏發(fā)電越來越受到企業(yè)的青睞，屋頂分布式光伏電站體量日益增大。隨著我國(guó)屋面防水材料的技術(shù)革新，新型防水材料應(yīng)用越來越廣，國(guó)內(nèi)制造業(yè)、物流業(yè)、數(shù)據(jù)機(jī)房、機(jī)場(chǎng)等大型建筑屋面大多采用TPO、PVC柔性防水材料，但傳統(tǒng)光伏支架系統(tǒng)不能適應(yīng)這些柔性防水屋面。因此，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定、可靠、安全的柔性防水屋頂光伏支架系統(tǒng)具有重要意義。

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屋頂分布式光伏發(fā)展趨勢(shì)目前，光伏行業(yè)項(xiàng)目開發(fā)由山地、荒地等大型電站逐步向分布式項(xiàng)目發(fā)展，2017—2019年我國(guó)分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量將達(dá)到69.2GW，未來五年年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為17.03%，2023年將達(dá)到129.8GW。光伏電站的建設(shè)主要集中在工業(yè)廠房、物流園區(qū)、數(shù)據(jù)機(jī)房和機(jī)場(chǎng)等高耗能企業(yè)，其建設(shè)應(yīng)滿足就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用原則。然而，隨著新型防水材料（TPO、PVC）在建筑屋面防水領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，場(chǎng)地條件限制了屋頂分布式光伏項(xiàng)目的開發(fā)。因此，設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定、可靠、安全的柔性防水屋頂光伏支架系統(tǒng)具有重要的意義。

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TPO屋頂光伏支架系統(tǒng)本文以北京奔馳總裝車間分布式項(xiàng)目為例，分析TPO屋頂光伏支架的研究與應(yīng)用。2.1

屋頂構(gòu)造TPO防水屋頂與傳統(tǒng)彩鋼屋頂相比，構(gòu)造基本相同，均屬于輕質(zhì)屋面系統(tǒng)，適用于大面積的廠房建筑，柔性防水屋面用柔性防水卷材（TPO、PVC等防水材料）取代了彩鋼屋頂?shù)拿鎸硬输摪?，提高了屋頂防水年限。TPO防水材料常見幅寬2000mm，搭接120mm，連接方式分為滿粘法和機(jī)械固定兩種，通常采用機(jī)械固定單層屋面系統(tǒng)，防水卷材僅在邊緣120mm寬度范圍內(nèi)，采用專用自攻螺桿固定，搭接采用熱風(fēng)焊接，屋頂構(gòu)造如圖1所示。2.2

支架構(gòu)造由于TPO防水材料為柔性材料，不能按常規(guī)的配重式基礎(chǔ)或?qū)Ｓ脢A具安裝，目前已建成的TPO屋頂支架系統(tǒng)形式主要分為3種：2.2.1

方案一：預(yù)埋件式支架系統(tǒng)屋頂安裝時(shí)預(yù)留光伏支架立柱，在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)統(tǒng)一考慮預(yù)留荷載，且根據(jù)光伏組件和屋面采光窗、通風(fēng)等設(shè)施布置形式相結(jié)合，預(yù)留光伏支架立柱，雖然傳力可靠，但施工復(fù)雜，屋面防水破壞點(diǎn)較多，且屋面防水節(jié)點(diǎn)施工周期長(zhǎng)，自重大，不適用于老舊建筑。屋頂立柱構(gòu)造如圖2所示。2.2.2

方案二：專用連接件支架系統(tǒng)此系統(tǒng)基于屋頂光伏支架而特殊開發(fā)，在屋頂沖孔后插入專用連接件，機(jī)械固定，將連接件與原屋頂焊接形成整體，優(yōu)點(diǎn)是適用于各種柔性防水屋面，布置靈活；缺點(diǎn)是對(duì)屋頂破壞較多，且安裝時(shí)對(duì)建筑日常使用有較大影響。支架專用連接件構(gòu)造如圖3所示。2.2.3

方案三：粘結(jié)式鋁合金支架系統(tǒng)與傳統(tǒng)彩鋼屋面支架形式相同，光伏組件通過鋁合金導(dǎo)軌固定在屋面上，不同之處在于支座通過TPO卷材貼固定于屋面新加的TPO防水材料上，使得導(dǎo)軌和屋面緊密連接在一起，且避免鋁合金導(dǎo)軌對(duì)屋頂直接接觸造成破壞。優(yōu)點(diǎn)是不破壞屋面防水，施工構(gòu)造簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)性好，組件布置相對(duì)靈活。缺點(diǎn)是施工速度較慢。支架與屋面連接做法如圖4所示。3

TPO屋頂參數(shù)收集及相關(guān)試驗(yàn)通過收集建筑物相關(guān)竣工圖紙、資料，確定屋面防水材料的相關(guān)參數(shù)（H類、P類、L類）、物理性能（最大拉力、伸長(zhǎng)率、剝離強(qiáng)度等參數(shù)）、連接構(gòu)造（機(jī)械連接或滿粘連接）等相關(guān)參數(shù)，并委托專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核試驗(yàn)和剝離強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)要求：（1）對(duì)新老TPO防水材料做相容性試驗(yàn)、接縫剝離強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，并滿足《熱塑性聚烯烴（TPO）防水卷材》（GB27789—2011）的技術(shù)要求，實(shí)驗(yàn)測(cè)得剝離強(qiáng)度為5.3N/m，大于規(guī)范要求的3.0N/m。（2）對(duì)屋頂連接構(gòu)造進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，確定防水卷材機(jī)械固定點(diǎn)的間距及拔出的拉力。屋頂連接試驗(yàn)裝置如圖5所示。（3）現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核屋頂卷材敷設(shè)方向、間隔及相對(duì)位置，便于組件布置及方陣劃分。

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光伏支架系統(tǒng)計(jì)算分析4.1

光伏支架系統(tǒng)簡(jiǎn)圖以北京奔馳總裝車間分布式項(xiàng)目為例，屋頂采用1.5mm厚織物內(nèi)增強(qiáng)型TPO卷材防水層，展寬2m，搭接120mm，于平行屋脊方向鋪設(shè)，每隔350mm設(shè)有固定螺釘一個(gè)。屋面采用鋁合金支架系統(tǒng)，垂直屋脊方向布置鋁合金導(dǎo)軌，并在TPO防水卷材搭接處通過TPO卷材貼固定于屋面上，光伏組件通過壓塊固定在鋁合金導(dǎo)軌上，考慮每組支架的剛度及變形協(xié)調(diào)性，屋頂光伏系統(tǒng)如圖6所示。4.2

光伏支架系統(tǒng)荷載計(jì)算分析4.2.1

光伏系統(tǒng)攤鋪荷載光伏系統(tǒng)組件自重、TPO防水卷材、鋁合金型材重量：與彩鋼屋頂光伏支架系統(tǒng)重量大致相同。經(jīng)計(jì)算，本工程屋面允許新增最大荷載為，此光伏支架系統(tǒng)方案滿足屋面承載力要求。4.2.2

TPO卷材貼連接強(qiáng)度計(jì)算分析TPO卷材貼尺寸為200mm×700mm光伏系統(tǒng)，有效焊接面積長(zhǎng)度1400mm；風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值按50年取值：卷材貼風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值：風(fēng)荷載作用下TPO卷材貼的上拔力：接縫剝離強(qiáng)度取3.0N/mm，TPO卷材貼剝離力為：由此可得出在50年一遇的風(fēng)力作用下，組件傳給屋面的上拔力小于TPO卷材貼剝離力，滿足要求。4.2.3

支座受力分析光伏支架支座連接通過TPO卷材貼與原屋頂TPO焊接，將鋁合金導(dǎo)軌固定在屋面上，TPO屋頂?shù)墓潭葆旈g距為350mm，固定螺釘拉力為2139N，按1.05的安全系數(shù)進(jìn)行取值，可計(jì)算得出每個(gè)卷材貼下螺釘不少于2個(gè)，抗拉拔力為2.1kN，風(fēng)力作用下的上拔力為1.726kN，小于螺釘抗拔力，支座安全。導(dǎo)軌通過TPO卷材貼固定在屋頂新增TPO卷材上，與屋面防水形成整體，考慮屋面熱脹冷縮，利用支架的剛度及變形協(xié)調(diào)性，支架長(zhǎng)度不大于6m，控制在3個(gè)卷材寬度以內(nèi)，使其具有良好的抗震、抗風(fēng)、抗雪壓等物理性能，使屋頂光伏支架系統(tǒng)能夠應(yīng)用于TPO屋頂。4.2.4

注意事項(xiàng)（1）TPO屋頂光伏支架系統(tǒng)采用方案三，構(gòu)造簡(jiǎn)單，布置靈活，適用于各種TPO屋頂。（2）TPO防水固定點(diǎn)的間距、抗拉力應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得，確保支架的穩(wěn)定性。（3）新老TPO連接應(yīng)做相容性試驗(yàn)，確保連接安全可靠。（4）屋頂保溫、防水、壓型鋼板材料不同，力