模块六情境五.光伏电站项目设计PPT课件

模块六太阳能光伏发电系统设计,周亚东,情境三BIPV幕墙设计,1,.,任务一BIPV幕墙设计,2,.,任务目标,本节将通过广东汉能光伏有限公司行政中心BIPV项目为例，主要介绍BIPV幕墙的节点设计、构件计算设计等。,3,.,任务知识准备,1）光伏电站设计基本内容与方法。2）光伏支架的荷载计算方法。3）民房建筑基本知识。,4,.,任务实施过程与方法,设计流程,5,.,2设计要点,BIPV系统设计应考虑以下内容：建筑所处地理位置和气候条件。建筑朝向及周边场地情况。建筑外形、功能和负荷要求。光伏发电系统计算和选型。,6,.,3案例应用分析,广东省河源市广东汉能光伏有限公司行政中心BIPV项目，建筑类型：幕墙结构；建筑面积：2000；安装方式：框架安装；装机容量：100kW。项,7,.,（1）项目介绍,原西面、南面幕墙为竖明横隐的半隐框幕墙，现需将西面、南面改造成光电幕墙，在立面安装铝合金立柱和横梁。非晶硅BIPV光伏组件背面利用高强度耐候结构胶粘接了铝合金副框。使用专用的压块将非晶硅BIPV光伏组件固定到铝合金立柱和横梁上。,8,.,（2）安全设计,1）设计依据。河源地区基本风压值：Wo=0.30kN/m2；地区粗糙度：B类；地震设防烈度：6度；设计基本地震加速度：0.05g；年温度变化：T=80。,9,.,2）设计规范与标准,建筑幕墙GB/T21086-2007玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003建筑结构荷载规范GB50009-2012建筑物防雷设计规范GB50057-2010建筑抗震设计规范GB50011-2010建筑设计防火规范GB50016-2014建筑玻璃应用技术规程JGJ113-2009混凝土结构后锚固技术规程JGJ145-2013铝合金建筑型材GB/T5237-2008浮法玻璃GB11614-1999建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃GB/T9963.2-2005中空玻璃GB11944-2002硅酮建筑密封胶GB14683-2003建筑用硅酮结构密封胶GB16776-2005建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法GB/T15227-2007玻璃幕墙工程质量验收标准JGJ/139-2001建筑装饰装修工程质量验收规范GB50210-2001紧固件螺栓和螺钉GB/T5277-1985,10,.,（3）幕墙设计说明,11,.,1）幕墙设计,本项目玻璃幕墙形式主要分为有：a.全隐框普通组件3.2+1.14PVB+6mm半钢化玻璃幕墙；b.全隐框中空透光20%组件3.2+1.14PVB+6+12A+6mm半钢化玻璃幕墙。铝型材:立柱材质为6063-T6，横梁材质为6063-T5，表面为中灰色粉沫喷涂。铝板：2.5mm厚铝单板，表面为白色氟碳喷涂。钢材：材质Q235B,表面处理：热浸镀锌。,12,.,2）幕墙抗震设计,本工程幕墙的抗震设计按6度设防，主要措施如下：在计算幕墙材料强度、挠度时，均考虑地震力的组合效应；幕墙与主体连接，幕墙横向、纵向均考虑主体在地震作用及其他荷载作用下的变形，幕墙变位能力满足地震需求。3）幕墙防雷设计由于建筑高度低于30m，不作专门的防雷处理，只配合建筑防雷，保证与主体贯通的铝合金玻璃幕墙防雷网立柱能实现电导通。4）幕墙防火设计幕墙系构件式结构分层分单元分别安装，下层幕墙与上层幕墙之间由100mm厚防火岩棉及1.5mm厚镀锌铁板托衬形成防火隔层。,13,.,5）后置埋板设计,后置埋板采用宽厚长为250mmx8mmx300mm镀锌钢板，材质为Q235B。4-M12x160化学螺栓后置,置入完毕需将螺帽端部的螺纹点焊住。6）幕墙与建筑主体结构连接设计采用后置埋件通过角码、螺栓与幕墙立柱紧密可靠连接。上部固定，下部在幕墙套管内向下自由伸缩，预留20mm伸缩缝。7）幕墙防变形噪音设计为防止产生摩擦噪声，幕墙立柱与横梁连接处设置柔性垫片或预留12mm的间隙,间隙内填胶；隐框幕墙挂板玻璃线与横梁接触处亦铺设胶条或柔性垫片。8）焊缝防锈设计考虑到钢件烧焊所产生的高温会破坏镀锌层导致钢件防腐性能降低，烧焊后的焊缝处及其周边区域要刷富锌防锈漆。9）幕墙防腐蚀设计铝合金型材与砂浆或混凝土接触时表面会被腐蚀，应在其表面加以保护。,14,.,（4）幕墙性能设计指标,1）风压变形性能风压变形系指建筑幕墙在风压作用下，保持正常性能，不发生任何损坏的能力。在对应部位、在风荷载标准值作用下，幕墙对应部位的铝横梁和铝立柱的相对挠度f不大于L/180(L为计算长度)；,15,.,2）空气渗透性能,空气渗透性能系指在风压作用下，其开启部分为关闭状况的幕墙透过空气的性能。在10Pa的压力差作用下，固定部分空气渗透量q0.1m3/mh，开启部分空气渗透量q2.5m3/m.h.,16,.,3）雨水渗漏性能,雨水渗漏性能系指在风雨同时作用下，幕墙防雨水渗漏的能力。雨水渗漏性能完全可满足级要求，即幕墙的雨水渗漏性能指标可确保：根据GB/T21086-2007建筑幕墙可开启部分水密性能指标P500Pa,固定部分P1000Pa。,17,.,4）幕墙平面内变形,幕墙平面内变形性能表征幕墙全部构造在建筑物层间变位强制幕墙变形后应予以保持的性能。本工程主体结构的层间位移按1/550设计，幕墙的层间位移按其3倍设计，取为1/183，达到级。5）幕墙耐撞击性能幕墙耐撞击性能为级。,18,.,（5）其他,1）幕墙施工深化设计系在原建筑设计的基础上完成的，应与建筑设计图配合使用。2）本工程标高以米为单位，其余尺寸均以毫米为单位。,19,.,（6）框支承玻璃幕墙结构设计,1）横梁横梁截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：a.截面自由挑出部位（如图6-31a所示）和双侧加劲部位（如图6-31b所示）的宽度（b0）与厚度（t）比b0/t应符合表6-21的要求。b.当横梁跨度不大于1.2m时，铝合金型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.0mm；当横梁跨度大于1.2m时，其截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm；c.钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm.,20,.,横梁可采用铝合金型材或钢型材，钢型材宜采用高耐候钢，碳素钢型材应热浸镀锌或采取其他有效防腐措施，焊缝应涂防锈涂料，处于严重腐蚀条件下的钢型材，应预留腐蚀厚度。应根据板材在横梁上的支承状况决定横梁的荷载，并计算横梁承受的弯矩和剪力。当采用大跨度开口截面横梁时，宜考虑约束扭转产生的双力矩。,21,.,2）立柱,立柱截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：a.铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm；型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部厚度尚不应小于螺钉的公称直径；b.钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于3.0mm；c.对偏心受压立柱，其截面宽厚比应符合JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范第6.2.1条的相应规定。,22,.,立柱可采用铝合金型材或钢型材，钢型材宜采用高耐候钢，碳素钢型材应采用热浸镀锌或采取其他有效防腐措施。上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙，闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接，芯柱与立柱应紧密配合。多层或高层建筑中跨层通长布置立柱时，立柱与主体结构的连接支承点每层不宜少于一个；在混凝土实体墙面上，连接支承点宜加密。在楼层内单独布置立柱时，其上、下端均宜与主体结构铰接，宜采用上端悬挂方式；当柱支承点可能产生较大位移时，应采用与位移相适应的支承装置。,23,.,横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接。角码应能承受横梁的剪力，其厚度不应小于3mm；立柱与主体之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个，且连接螺栓直径不宜小于10mm。角码和立柱采用不同金属材料时，应采用绝缘垫片分隔或采取其他有效措施防止双金属腐蚀。,24,.,（7）构件设计计算,JGJ102-2003第6.3.6条规定：应根据立柱的实际支承条件，分别按单跨梁、双跨梁或多跨铰接梁计算由风荷载或地震作用产生的弯距，并按其支承条件计算立柱的轴向力。,25,.,简支梁计算：,承受轴力和弯矩作用的立柱，其承载力应符合下式要求：材料截面设计最大正应力值=N/A0+M/1.05Wf式中，为材料截面设计最大正应力值(N/mm2）；N为轴力（N）；A0为构件净截面积（mm2）；M为弯距（Nmm）；W为截面抵抗矩(mm3)；f为铝型材（钢材）强度设计值(N/mm2)。轴力N=GLB式中，G为幕墙单位面积自重（N/mm2）；L为跨度（m）；B为分格宽度（m）。,26,.,弯距M=MW+0.5ME风荷载产生的弯距MW=qWL2/8水平地震作用产生的弯距ME=qE线L2/8（6-11）或弯距M=(qW+0.5qE线)L2/8风荷载线荷载设计值qW=wkB地震作用线荷载设计值qE线=qE（面）B式中，MW为风荷载产生的弯距设计值（Nmm）；ME为水平地震作用产生的弯距设计值（Nmm）；qW为风荷载线荷载设计值（N/m）；qE线为地震作用线荷载设计值（N/m）；qE（面）为垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值（N/m2），具体计算请参照JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范。,27,.,挠度dflim=5qwL4/(384EI)相对挠度dflim/L1/180型材最小惯矩I=800qwL3/(384E)型材最小截面抵抗矩W=（MW+0.5ME）/(1.05f)式中，dflim为挠度（mm）；qw为风荷载线荷载标准值（N/mm）；L为跨度（mm）；E为弹性模量（N/mm2）；I为惯矩（mm4）；W为截面抵抗矩（mm3）；f为铝合金型材（钢材）强度设计值。材料截面设计最大正应力值=N/A0+M/W(1-0.8N/NE)fNE=2EA/1.12,28,.,迥转半径i=（I/A）1/2轴心受压构件的长细比=L/i式中，为整体稳定系数，见表6-22；i为迥转半径（mm）；为轴心受压构件的长细比。立柱抗剪验算采用SW+0.5SE组合.式中，SW为风荷载作用设计值，单位：N；SE为地震作用设计值,单位：N,29,.,剪力设计值V=VW+0.5VE（6-23）风荷载产生的剪力设计值VW=qWL/2（6-24）水平地震作用产生的剪力设计值VE=qEL/2（6-25）或剪力设计值V=(qW+0.5qE)L/2（6-26）材料截面设计最大剪应力=VSS/（It）fV（6-27）式中，V为剪力设计值（N）；VW为风荷载产生的剪力设计值（N）；VE为水平地震作用产生的剪力设值（N）；为材料截面设计最大剪应力（N/mm2）；SS为验算截面形心轴以上面积对形心轴面积矩（mm3）；fV为材料抗剪强度设计值（N/mm2）；t为验算截面材料厚度(mm)。,30,.,例1项目幕墙立柱高17.7m，层高4m，6度设防，设计基本地震加速度0.05g.，立柱：A=1597mm2，A0=1520mm2，IX=4288542mm4，WX1=61033mm3，WX2=53785mm3，SS=34722mm3，t=4mm，立柱左侧分格宽1265mm，右侧分格宽1265mm，采取自下而上安装程序布置杆件，验算强度、挠度、抗剪强度。（假设玻璃幕墙构件（包括玻璃面板和铝框）的重力荷载标准值为：400N/m2,立柱材质选用6063-T5，抗拉、抗压强度设计值为85.5N/mm2，抗剪强度设计值为49.6N/mm2）,31,.,解：高度变化系数Zb=1.187阵风系数gz=1.642风荷载标准值WK=1.6421.1871.2300N/m2=702N/m2风荷载设计值W=1.4WK=1.4702N/m2=983N/m2风荷载线荷载设计值qW=W(B1+B2)/2=983(1.265+1.265)/2N/m=1243N/m=1.243N/mm地震作用标准值qEK=EmaxGAK=50.04400N/m2=80N/m2地震作用设计值qE面=1.3qEK=1.380N/m2=104N/m2地震作用线荷载设计值qE线=qE面(B1+B2)/2=104(1.265+1.265)/2N/m=131.6N/m=0.1316N/mm风荷载产生的弯距MW=qWL2/8=1.24340002/8Nmm=2486000Nmm,32,.,水平地震作用产生的弯距ME=qE线L2/8=0.131640002/8Nmm263200Nmm先进行SW+0.5SE组合弯距组合值M=MW+0.5ME=（2486000+0.5263200）Nmm=2617600Nmm自重设计值N=1.2AGAK=1.21.2654400N=2428.8N强度验算采用SG+SW+0.5SE组合型材截面设计最大正应力值=N/A0+M/(1.05W)=2428.8/1520+2617600/(1.0553785)N/mm2=47.9N/mm285.5N/mm2，承载力满足要求。挠度验算采用SW,33,.,风荷载线荷载标准值qWK=WK(B1+B2)/2=702(1.265+1.265)/2N/m=888N/m=0.888N/mm挠度dflim=5qWkL4/(384EIx)=50.88840004/(3840.71054288542)mm=9.86mm相对挠度u/L=9.86/4000=1/4061/180抗剪验算采用SW+0.5SE组合风荷载产生的剪力VW=qWL/2=12434/2N=2486N水平地震作用产生的剪力VE=qE线L/2=131.64/2N=263.2N剪力组合值V=VW+0.5VE=(2486+0.5263.2)N=2617.6N型材截面设计最大剪应力值=VSS/(It)=2617.634722/(42885424)N/mm2=5.3N/mm249.6N/mm2经验算，强度、挠度、抗剪强度满足要求。,34,.,任务二金属屋面PV系统的设计,任务内容本任务以昆山花桥会展中心屋面光伏工程金属屋面来重点分析项目设计及其支架荷载情况。,35,.,任务知识准备：,普通地面电站或水泥板屋面电站光伏支架的设计方法及荷载计算方法；普通光伏电站的光伏系统的设计与设备的匹配与选型；金属屋面电站结构的了解。,36,.,任务实施过程与方法,1.设计流程,37,.,2设计要点,（1）现场调查整理1）建筑设计与结构设计。2）主体结构验算和屋面板计算。3）基座（夹具）的确定。,38,.,4）金属屋面的类型。,目前金属屋面多为坡屋面。常见的金属屋面的主要形式有：直立锁边型、角驰型、卡扣型、明钉型等，如图6-34所示。,39,.,（2）光伏组件的确定,1）支架(龙骨）的确定与安装为达到既不影响屋面整体的建筑效果，又方便快捷的安装系统组件，应合理的布置光伏结构龙骨。龙骨可以采用U形钢（或铝合金）龙骨，与专用夹具用螺栓固定，按照设计间距进行布置；,40,.,2）光伏组件的固定,光伏组件的排布最好采用阵列排布。光伏系统结构自上而下固定安装的目的，采用专用铝合金压块对光伏组件进行固定，压块与龙骨间用螺栓进行连接，压块分为中压块和边压块,41,.,3）不同承重的金属屋面安装方式，,屋面板的安装方式与刚架或屋架、檩条和屋面板的承重直接有重要关系。当刚架或屋架、檩条均能满足设计要求且屋面板刚度较大时,光伏支架采用连接件与屋面板连接，并尽可能靠近檩条位置固定。当刚架或屋架、檩条均能满足设计要求，但屋面板刚度较小、变形较大时，这种类型的金属屋顶主要表现为车棚、公交候车厅、养殖场等场所。当刚架或屋架能满足设计要求，檩条及屋面板承载能力较小时，采用连接件与刚架或屋架连接的布置方式，具体连接安装方式同支架与檩条穿透屋面板连接方式。还有一种连接方式为将固定支架的位置屋面板割开，通过型钢柱连接到屋面钢梁上。,42,.,3.光伏结构系统的验算,（1）光伏组件支架系统的校核对支架系统的安全可靠性必须通过计算及实验校核。（2）基座(夹具）的校核基座的校核包括抗拔、抗压承载力的校核及摩擦力的校核，校核通过实验进行。实验时按照实际工程做法进行试件的制作及测试。测试时以夹具被拉出屋面板失去作用或夹具受拉压后断裂为最终数据标准，与设计承载力进行比较、分析，符合要求方可使用在工程上。屋面为坡屋面时，还需对夹具进行摩擦力的计算与测试。按照光伏组件的设计排列方式，计算单个夹具所需承载的下滑力，然后与夹具实际可产生的摩擦力进行比较。,43,.,（3）系统荷载的校核,根据建筑结构及屋面板的组成特点，对光伏组件进行合理的排列后，需对排列后整个系统进行荷载的计算，满足要求后方可进行施工。系统荷载包括光伏组件重量、龙骨重量、夹具重量及压件重量等。,44,.,4金属屋面光伏组件安装注意事项,铝合金夹具必须全部夹持在有T型支架处的屋面板上，不得直接夹持在无T型支架处的屋面板波峰上；所有连接件螺栓必须紧固到位，并且最好错位排布，以满足受力要求；光伏组件安装时注意对金属屋面的成品保护，严禁材料集中堆放，以防压坏屋面；对于不同材料的金属屋面、光伏支架，在固定支座下面必须设置绝缘垫片，以阻止冷、热桥的产生；光伏支架安装位置应准确，允许偏差应符合表6-23的规定。,45,.,5.案例应用分析,江苏昆山花桥会展中心屋面光伏工程:结构形式：框架形式；安装形式：金属屋面；安装方式：朝南（屋面倾角2.6，组件倾角9）；组件类型：长宽厚为1640 x992x45mm多晶硅组件，最大输出功率：235Wp基本风压：0.5kN/m2；雪荷载：0.4kN/m2；地面粗糙度类别：B类；工程所在地抗震设防烈度：7度；设计地震基本加速度0.1g；每块电池板自重按20kg。,46,.,（1）项目介绍,本项目为昆山花桥会展中心屋面光伏工程，组件采用多晶硅光伏组件屋面为金属屋面，夹具采用专用的铝合金夹具。工程中组件排布为阵列排布，且为9度倾角布置。本项目支架所用斜梁：U41.341.32.0mm，立柱：U41.3352.0mm，横梁：U41.3mm212.0mm材质均为Q235B，,47,.,（2）安全设计,参考规范有：GB50009-2012建筑结构荷载规范，GB50011-2010建筑抗震设计规范，GB50018-2002冷弯薄壁型钢结构技术规范，GB50017-2003钢结构设计规范，GB50010-2010混凝土结构设计规范，JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程GB50429-2007铝合金结构设计规范，10J908-5建筑太阳能光伏系统设计与安装，YBJ216-88压型金属板设计施工规程，GB50661-2011钢结构焊接规范，GB50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准等。,48,.,1）设计说明：,a.钢材：采用现行国家标准GB/T1591-2008低合金高强度结构钢和GB700-2006碳素结构钢中规定的Q235B钢；对焊接结构用钢,应具有含碳量的合格保证.并符合现行国家标准GB709-2006热轧钢板和钢带的尺寸,外形,重量及允许偏差的规定b.所有钢件表面采用热浸镀锌处理，根据GB/T13912-2002金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求规范要求,对于现场需要焊接部位先打磨焊缝，后采用刷两道防腐漆处理。c.普通螺栓:应符合现行国家标准GB/T5780-2000六角头-C级的规定，其机械性能应符合现行国标GB/T3098.6-2014紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱的规定。d.橡胶垫块采用硬质橡胶，防止金属腐蚀采用1mm防腐垫片。若构件现场扩孔或制孔处需做好防腐处理,进行表面除锈，然后再刷2道富锌底漆,干膜厚度大于150m。,49,.,2）风荷载标准值计算。,按GB50009-2012建筑结构荷载规范计算：Wk=gzzsW0式中，Wk为风荷载标准值（kN/m2）；gz为高度Z处的风振系数，Z为计算点标高，对于B类地形，16.8m高度处瞬时风压的阵风系数取1.71；s为风荷载体型