模块六 情境四.光伏电站项目设计3

1、 模块六模块六太阳能光伏发电系统设计太阳能光伏发电系统设计周亚东情境三情境三 项目设计项目设计 1学习内容要点学习内容要点n通过实例一定要掌握光伏项目整体设计的理念懂得一个光伏电站怎么样去进行整体设计，从方阵、汇流箱、直流柜、逆变器、交流配电柜到变压器整套系统设备的前后呼应，环环相扣。懂得整套系统设备的选型与匹配 四、光伏电站设计完整实例n1.项目概况项目概况n项目名称：广东汉能光伏有限公司农夫山泉厂区5MWp光伏发电示范项目。n项目所属类别：屋顶电站。n建设项目发电类型：屋顶非晶硅太阳能发电站用户侧并网发电项目。n占地面积：约10000m2。n装机容量：一期、二期共5MW。n电网接入方案：

2、10kV用户侧并网 。n预计年均发电量：640万 KWh。n光伏电站所发电量自发自用，余量上网。n项目建设单位：深圳蓝波绿建集团股份有限公司。2.项目选址概况项目选址概况n内容包括项目所处的地理位置、交通、气象条件、项目平面图、项目现场条件等，是项目立项的基础，为项目的设计、施工及运营作准备。n河源市位于广东省东北部、东江中上游。其范围是东经11414至11536，北纬2310至2427。n主要气候特点：气温偏高，年平均气温21.0，比常年偏高0.5，全年气温变化异常，高温日数多；年平均降水量1742.0mm，年日照总时数为1733.9h。n本工程处于厂区工作地带，受地理环境限制，施工现场不能

3、堆放大批量的材料。业主单位提供系统专项工程施工场地，包括办公、材料临时堆放及加工，工具设备布置场地等。n如图6-14所示，根据美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration NASA）数据，河源地区水平面所接受的日照辐射总量呈中间高两边低的态势分布，即每年510月份，是日照辐射总量最高的时段。n利用RETScreen软件模拟气象数据n 3.系统优化系统优化系统优化主要针对项目在设计与施工方面所必须考虑的实际问题，同时要考虑建筑与光伏系统的协调与统一，做到建筑与系统的绝对安全、建筑与系统和协统一，以及系统发电的最大化。（1）建筑与光

4、伏系统的安全性）建筑与光伏系统的安全性结构安全性涉及两方面。结构安全性涉及两方面。一是建筑本身的结构安全性，包括光伏系统给一是建筑本身的结构安全性，包括光伏系统给建筑带来的荷载、防水、防雷等要求。建筑带来的荷载、防水、防雷等要求。二是光伏系统的安全性，包括光伏组件安装固二是光伏系统的安全性，包括光伏组件安装固定和连接方安全、光伏系统的防雷安全、电力定和连接方安全、光伏系统的防雷安全、电力系统的稳定。系统的稳定。（2）建筑与系统的优化）建筑与系统的优化必须对包括组件的安装倾角、方位角、安装数必须对包括组件的安装倾角、方位角、安装数量以及电力传输损耗等在内的各项因素做综合量以及电力传输损耗等在内的

5、各项因素做综合考虑，对考虑，对BIPV建筑和光伏系统设计方案进行优建筑和光伏系统设计方案进行优化设计，以达到最大化的提供电力的要求；化设计，以达到最大化的提供电力的要求；在光伏建筑一体化系统中，也要考虑到系统安在光伏建筑一体化系统中，也要考虑到系统安装后的建筑整体效果。装后的建筑整体效果。4.系统配置系统配置系统配置主要对光伏项目的整体进行规划设计，一般有系统的方系统配置主要对光伏项目的整体进行规划设计，一般有系统的方阵总数目、子系统数、逆变器数、升压变压器数等，系统配置是阵总数目、子系统数、逆变器数、升压变压器数等，系统配置是设计的核心，是系统合理配置的具体表现，它决定系统的选型与设计的核心

6、，是系统合理配置的具体表现，它决定系统的选型与匹配。匹配。光伏系统装机容量（KWp）组件安装面积（）组件数量逆变器配置安装方式1#厂房屋顶2119.22792335320共8台500KTL、1台630KTL、1台 50KTL屋面铝合金支架沿屋面平铺2#厂房屋顶2731.235987455205.屋顶荷载屋顶荷载本系统在厂房屋顶安装非晶硅电池组件，屋顶本系统在厂房屋顶安装非晶硅电池组件，屋顶需要满足支架以及组件的负重，保证能承受其需要满足支架以及组件的负重，保证能承受其载荷。本光伏电站采用的多晶硅电池组件为载荷。本光伏电站采用的多晶硅电池组件为 18.5kg/片，尺寸规格为片，尺寸规格为1245

7、6359.7mm（长宽（长宽厚），电池组件单位面积重量厚），电池组件单位面积重量2.69 kg左右，因左右，因此要求屋面必须满足能承受大于此要求屋面必须满足能承受大于0.27kN/m2恒恒荷载才能安装光伏组件。荷载才能安装光伏组件。6.设备的匹配所选型设备的匹配所选型主要根据系统的总体要求选择相应主要设备，这一步过程环环相扣，不可以独立。考虑系统匹配的同时还要注意单项设备的参数与质量保证，如光伏组件考虑选择发电效率较高的国际或国内认证品牌，系统设备选型关系到系统的安全、发电量、资金投入等。（1）光伏组件）光伏组件选型标准选型标准：项目选用广东汉能光伏有限公司生产的项目选用广东汉能光伏有限公司生

8、产的60Wp非晶硅非晶硅光伏组件共光伏组件共80840块块根据组件的最大工作电压和逆变器直流输入电压范围，同时需要考虑组件的开路电压温度系数，根据式（6-1）得10.2块，取10块区域安装方式组串形式组件尺寸（mm）组件功率（W）组件数量(块)装机容量（KWp）电流/电压（单个方阵）一期A平铺10串10并10串6并12456357.5609160549.68.7A/690V0.87A/690V一期B平铺10串10并10串3并12456357.560175301051.8一期C平铺10串10并10串3并12456357.5608630517.8总计353202119.2二期A平铺10串10并10

9、串9并12456357.56010590635.4二期A/B平铺10串10并10串5并12456357.56095057二期B平铺10串10并10串7并12456357.560169701018.2二期C平铺10串10并10串1并12456357.560170101020.6总计455202731.2（3）光伏阵列表面倾斜度设计）光伏阵列表面倾斜度设计 本系统为金属瓦屋面，采用平铺方式，以屋面坡度作本系统为金属瓦屋面，采用平铺方式，以屋面坡度作为系统的倾角。为系统的倾角。（4）并网逆变器）并网逆变器n选型要求：选型要求：逆变器的峰值效率（含隔离变压器在内）逆变器的峰值效率（含隔离变压器在内）9

10、4%；电流总谐波失真；电流总谐波失真THD 0.99；防护等级达到防护等级达到IP65，可满足本工程户外安装的要求。，可满足本工程户外安装的要求。本项目采用国内知名品牌并网逆变器，逆变器10台逆变器10台，区域组串形式组件数量（块）装机容量（KWp）逆变器备注一期A10串10并10串6并9160549.61台SG500KTL一期B10串10并10串3并175301051.82台SG500KTL一期C10串10并10串3并8630517.81台SG500KTL二期A10串10并10串9并10590635.41台SG630KTL二期A/B10串10并10串5并950571台SG50KTL二期B10

11、串10并10串7并169701018.22台SG500KTL二期C10串10并10串1并170101020.62台SG500KTL总计808404850.4KWp10台（5） 直流汇流箱直流汇流箱 n具体选型要求如下：具体选型要求如下：1）汇流箱防护等级能达到）汇流箱防护等级能达到IP65以上。以上。2）满足同时接入）满足同时接入16路太阳电池组串，有路太阳电池组串，有16对正、负极接线端子。对正、负极接线端子。3）使用专用高压防雷器能满足正极对地、负极对地、正负极之间都防雷，额定电）使用专用高压防雷器能满足正极对地、负极对地、正负极之间都防雷，额定电流流15kA，最大电流，最大电流40kA,

12、额定电压额定电压Up值不高于值不高于3.9kV。4）使用的断路器能够承受直流）使用的断路器能够承受直流1000V，并且采用正负极分别串联的四极断路器以，并且采用正负极分别串联的四极断路器以提高直流耐压。提高直流耐压。5）汇流箱采用性能可靠的霍尼韦尔霍尔元件（直流）汇流箱采用性能可靠的霍尼韦尔霍尔元件（直流CT传感器）对传感器）对16路的每一路路的每一路光伏组串进行电流监测、报警和本地故障定位的功能，并通过光伏组串进行电流监测、报警和本地故障定位的功能，并通过 RS485 与本地监控与本地监控装置通信。装置通信。6）可实现光伏阵列电流量的独立测量。）可实现光伏阵列电流量的独立测量。7）分析电流量

13、、对有故障的光伏阵列报警。）分析电流量、对有故障的光伏阵列报警。8）能够识别外部环境从而实现直流汇流箱的熔丝熔断报警，并送至本地监控系统）能够识别外部环境从而实现直流汇流箱的熔丝熔断报警，并送至本地监控系统和更上一级监控系统。和更上一级监控系统。9）与外部接口部分均有防雷保护。）与外部接口部分均有防雷保护。10）能接收本地监控装置的参数下载，进行分析处理。）能接收本地监控装置的参数下载，进行分析处理。 区域组串形式组件数量(块)装机容量（KWp）汇流箱备注一期A10串10并10串6并9160549.616进5台8进2台（6路输入）一期B10串10并10串3并175301051.816进10台8

14、进2台（8路输入）一期C10串10并10串3并8630517.816进5台8进1台（7路输入）二期A10串10并10串9并10590635.416进6台8进2台（5路输入）二期A/B10串10并10串5并950578进2台（5路输入）二期B10串10并10串7并169701018.216进10台8进2台（5路输入）二期C10串10并10串1并170101020.616进10台8进2台（5路输入）总计455202731.216进46台，8进13台（6）直流配电柜设计）直流配电柜设计n选型要求：选型要求：要求要求8路输入，符合系统总功率、电流、电压要求，采路输入，符合系统总功率、电流、电压要求，采

15、用高性能元器件、智能化设计，可以检测每路电流、用高性能元器件、智能化设计，可以检测每路电流、电压、防雷状况、开关状态，通过智能仪表大屏液晶电压、防雷状况、开关状态，通过智能仪表大屏液晶显示电压电流功率等，有良好的接地保护，通过显示电压电流功率等，有良好的接地保护，通过RS485通信接口与监控系统通信，实现直流配电柜智通信接口与监控系统通信，实现直流配电柜智能化管理。能化管理。直流防雷配电柜主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后进行汇流，再接至逆变器。该配电柜含有直流输入断路器、光伏防雷器等。区域组串形式组件数量(块) 装机容量（KWp） 汇流箱直流配电柜一期A10串10并10串6并9160549.

16、616进5台8进2台（6路输入）8路共9台一期B10串10并10串3并175301051.816进10台8进2台（8路输入）一期C10串10并10串3并8630517.816进5台8进1台（7路输入）二期A10串10并10串9并10590635.416进6台8进2台（5路输入）二期A/B10串10并10串5并950578进2台（5路输入）二期B10串10并10串7并169701018.216进10台8进2台（5路输入）二期C10串10并10串1并170101020.616进10台8进2台（5路输入）总计455202731.216进46台，8进13台（7） 光伏交流配电柜光伏交流配电柜n 选型要

17、求：选型要求：交流柜内安装先进的智能电力测控仪表，实现对光伏交流柜内安装先进的智能电力测控仪表，实现对光伏发电全电量测量及远程控制。发电全电量测量及远程控制。交流配电柜的作用是把逆变器转换出的交流电送到保护、检测装置上，主要起到了保护、检测设备的作用，保证系统可靠运行。区域组串形式组件数量(块)装机容量（KWp）逆变器交流配电柜一期A10串10并10串6并9160549.61台SG500KTL9台一期B10串10并10串3并175301051.82台SG500KTL一期C10串10并10串3并8630517.81台SG500KTL二期A10串10并10串9并10590635.41台SG630K

18、TL二期A/B10串10并10串5并950571台 SG50KTL二期B10串10并10串7并169701018.22台SG500KTL二期C10串10并10串1并170101020.62台SG500KTL总计808404850.4KWp10台（8）其他配套设备/材料n 选型要求：对于交流侧电力电缆, 按GB/T12706.1-2008额定电压1kV(Um=1.2kV)到35kV(Um=40.5kV)挤包绝缘电力电缆及附件 第1部分：额定电压1kV(Um=1.2kV)和3kV(Um=3.6kV)电缆要求，从安全方面考虑,全部采用阻燃且耐候性较好的阻燃交联聚乙烯绝缘电力电缆。7项目电气设计项目电

19、气设计整个光伏发电系统共安装汉能非晶硅整个光伏发电系统共安装汉能非晶硅HNS-ST60光伏组光伏组件件80840块，系统容量块，系统容量4850.4KWp。1期厂房共分为期厂房共分为4个子系统，共配置个子系统，共配置4台台500 kVA并网逆变器；并网逆变器；2期厂房期厂房共分为共分为6个子系统，配置个子系统，配置4台台500kVA、1台台630kVA、1台台50kVA并网逆变器。每并网逆变器。每2个子系统通过一台个子系统通过一台1000kVA双分裂干式升压变压器并入双分裂干式升压变压器并入10kV中压电网中压电网。区域安装方式组串形式组件数量装机容量汇流箱直流配电柜逆变器交流配电柜升压变压器

20、一期A平铺10串10并10串6并9160549.616进5台8进2台（6路输入）8路共9台1台G500KTL9台5台一期B平铺10串10并10串3并175301051.816进10台8进2台（8路输入）2台G500KTL一期C平铺10串10并10串3并8630517.816进5台8进1台（7路输入）1台G500KTL二期A平铺10串10并10串9并10590635.416进6台8进2台（5路输入）1台630KTL二 期A/B平铺10串10并10串5并950578进2台（5路输入）1台 50KTL二期B平铺10串10并10串7并169701018.216进10台8进2台（5路输入）2台G500K

21、TL二期C平铺10串10并10串1并170101020.616进10台8进2台（5路输入）2台G500KTL总计455202731.210台8.防雷与接地保护防雷与接地保护本项目组件支撑系统（铝合金压块铝合金导轨铝本项目组件支撑系统（铝合金压块铝合金导轨铝合金夹具）已与屋面（镀铝锌板）连接成一个整体，合金夹具）已与屋面（镀铝锌板）连接成一个整体，建筑原屋面镀铝锌板已与建筑主体结构可靠连接，并建筑原屋面镀铝锌板已与建筑主体结构可靠连接，并且组件支撑系统沿屋面铺设，低于屋顶四周的女儿墙，且组件支撑系统沿屋面铺设，低于屋顶四周的女儿墙，是一个验收合格的防雷系统。交流系统采用是一个验收合格的防雷系统。

22、交流系统采用TN-S接地接地系统（与建筑接地系统一致），电气设备的接地电阻系统（与建筑接地系统一致），电气设备的接地电阻 R10，满足屏蔽接地和工作接地的要求。，满足屏蔽接地和工作接地的要求。本设计中所有不带金属外壳电气设备均应可靠接地。本设计中所有不带金属外壳电气设备均应可靠接地。光伏屋面太阳能电站接地系统与建筑内其他接地系统光伏屋面太阳能电站接地系统与建筑内其他接地系统共用同一接地体，联合接地体接地电阻应不大于共用同一接地体，联合接地体接地电阻应不大于10。 n整个光伏并网发电系统的防雷与接地设计，严格按照国家标准执行，满足雷电防护分区、分级确定的防雷等级要求，各连接点的连接电阻小于1。整

23、个光伏发电系统的防雷与接地保护措施主要包括：1） 太阳电池方阵与整个建筑屋面形成有效的防雷连接，有明显的防雷连接点。2） 直流汇线箱内置直流防雷模块（最大额定直流电压Uc=1000V DC），防雷等级达到II级。3） 并网逆变器自身具有防雷保护。4） 交流控制柜内置交流防雷模块（最大额定直流电流Uc=440V AC），防雷等级达到II级。5） 太阳能光伏并网发电系统所有设备部件的箱/柜体外壳可靠接地。防雷设计：1） 防直击雷设计：本系统太阳能光伏组件的金属紧固防直击雷设计：本系统太阳能光伏组件的金属紧固件和屋面敷设电缆桥架均与屋面连接成一个整体，该件和屋面敷设电缆桥架均与屋面连接成一个整体，该

24、系统已与建筑避雷带或防雷引下线可靠连接，系统接系统已与建筑避雷带或防雷引下线可靠连接，系统接地电阻小于地电阻小于4。2） 防感应雷设计：为防止感应雷给系统设备造成损坏，防感应雷设计：为防止感应雷给系统设备造成损坏，本设计在以下处安装防雷保护装置。本设计在以下处安装防雷保护装置。a)直流汇线箱内安装二级直流防雷元件。直流汇线箱内安装二级直流防雷元件。b)逆变器自身具有防雷保护，达到国家逆变器自身具有防雷保护，达到国家级防雷标准。级防雷标准。c)交流控制柜：在交流配电柜内安装防雷器，采用交交流控制柜：在交流配电柜内安装防雷器，采用交流防雷器接到交流输出线上，同时防雷器接地端与流防雷器接到交流输出线

25、上，同时防雷器接地端与PE线连接。线连接。9系统内外部接口划分及配合设计系统内外部接口划分及配合设计系统内外部接口分光伏发电系统和并网接入系统，光伏发电系统内部又分直流侧系统和交流侧系统。n配合措施：配合措施：光伏发电系统直流侧是大电流、高电压，而且光伏方阵到逆变器距离较远，考虑到线损和传输电流、电压、阻燃、抗腐蚀等，选择直流侧线缆符合招标要求。组件方阵、直流汇流箱、逆变器设备、交流并网箱等需接地，接地阻值不大于10。直流汇流箱、逆变器、交流并网箱都有防雷措施，形成多级保护，增加系统稳定运行型。直流汇流箱、交流并网箱都有独立断路器，直流汇流箱、交流并网箱还有设隔离开关和测量显示仪表，便于设备检

26、修和对过流过载保护等功能。交流并网箱内有远程控制功能，能就地模式下进行并网，也可通过远方模式下进行远程控制，方便光伏电站运行管理。直流汇流箱、交流并网箱及并网逆变器都带有RS485通信接口，可以与光伏监控系统平台直接通信，本设备可以提供Modbus通信协议及接口；光伏系统并网接入点由甲方提供，光伏发电监控系统提供很好界面和接口，满足系统需要。10.监控系统设计监控系统设计n（1）实现可测量和显示光伏发电）实现可测量和显示光伏发电各系统的各类参数。各系统的各类参数。监控系统可根据各个设备采集到的实时数据自动分析，实现真正的无人值守。系统还可以通过Internet实现远程监控，为用户提供远程故障诊

27、断、系统数据分析等服务。（2）方案配置）方案配置1）数据通信配置）数据通信配置2）控制中心监控）控制中心监控3）监控系统的体系结构）监控系统的体系结构（3）通信机制）通信机制1）内部通信。）内部通信。2）智能设备通信。）智能设备通信。任务一任务一 BIPV幕墙设计幕墙设计任务目标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。任务知识准备任务知识准备1）光伏电站设计基本内容与）光伏电站设计基本内容与方法。方法。2）光伏支架的荷载计算方法。）光伏支架的荷载计算方法。3）民房建筑基本知识。）民房建筑基本知识。任务实施过程与方法任务实施

28、过程与方法n设计流程地理位置气候特征太阳能资源间 距朝 向建筑布局空间环境群体组合电网条件周边环境建筑外观系统运行方式负荷性质建筑功能其他因素组件选择组件安装位置与方式建筑设计安装规模系统选型光伏系统设计其他设计2设计要点nBIPV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。3案例应用分析n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（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

29、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。（2）安全设计）安全设计n1）设计依据。）设计依据。n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。2）设计规范与标准）设计规范与标准n建筑幕墙 GB/T 21086-2007n玻璃幕墙工程技术规范 JGJ 102-2003n建筑结构荷载规范 GB 50009-2012 n建筑物防雷设计规范 GB 50057-2010 n建筑抗震设计规范 GB 50

30、011-2010 n建筑设计防火规范 GB 50016-2014n建筑玻璃应用技术规程 JGJ113-2009n混凝土结构后锚固技术规程 JGJ145-2013n铝合金建筑型材 GB/T5237-2008n浮法玻璃 GB11614-1999n建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃 GB/T9963.2-2005n中空玻璃 GB 11944-2002n硅酮建筑密封胶 GB 14683-2003n建筑用硅酮结构密封胶 GB 16776-2005n建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法 GB/T15227-2007n玻璃幕墙工程质量验收标准 JGJ/139-2001n建筑装饰装修工程质量验收规范 GB

31、50210-2001n紧固件螺栓和螺钉 GB/T 5277-1985（3）幕墙设计说明）幕墙设计说明1）幕墙设计）幕墙设计n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。2）幕墙抗震设计）幕墙抗震设计n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

32、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。n3）幕墙防雷设计）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。n4）幕墙防火设计）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。5）后置埋板设计）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。n6）幕墙与建筑主

33、体结构连接设计）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。n7） 幕墙防变形噪音设计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。n8）焊缝防锈设计）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。n9）幕墙防腐蚀设计）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。（4）幕墙性能设计指标）幕墙性能

34、设计指标 n1）风压变形性能）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)； 2）空气渗透性能）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.3）雨水渗漏性能）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

35、-2007建筑幕墙可开启部分水密性能指标P500Pa,固定部分P1000Pa。4）幕墙平面内变形）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。n5）幕墙耐撞击性能）幕墙耐撞击性能幕墙耐撞击性能为级。（5）其他）其他1）幕墙施工深化设计系在原建筑设计的基础）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。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）本工程标高以米为单位，其余尺寸均以毫米为单位。米为单

36、位。（6）框支承玻璃幕墙结构设计）框支承玻璃幕墙结构设计n 1）横梁）横梁横梁截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：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（如图截面自由挑出部位（如图6-31a所示）和双侧加劲部所示）和双侧加劲部位（如图位（如图6-31b所示）的宽度（所示）的宽度（b0）与厚度（）与厚度（t）比）比b0/t应符合表应符合表6-21的要求。的要求。 b.当横梁跨度不大于当横梁跨度不大于1.2m时，铝合金型材截面主要受时，铝合金型材截面主要受力部位的厚度不应小于力部位的厚度不应小于2.0mm；当横梁跨度大于；当横梁跨度大于1.2m时，其截面主要受力部位的

37、厚度不应小于时，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钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm. 截面部位铝型材6063-T56063A-T56063-T66061-T6Q235Q3456061-T46063A-T6自由挑出（如图6-33a）171513121512双侧加劲（如图6-33b）504540354033横梁可采用铝合金型材或钢型材，钢型材宜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，处于其他有效防腐措施，焊缝应涂防锈涂料

38、，处于严重腐蚀条件下的钢型材，应预留腐蚀厚度。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大跨度开口截面横梁时，宜考虑约束扭转产生的双力矩。的双力矩。2）立柱n立柱截面主要受力部位的厚度，应符合下列要求：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铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口，闭口部位的厚度不应小于部位的厚度不应小于2.5mm；型材孔壁与螺钉之间直；

39、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；的公称直径；b.钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于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对偏心受压立柱，其截面宽厚比应符合JGJ 102-2003玻璃幕墙工程技术规范第玻璃幕墙工程技术规范第6.2.1条的相应规定。条的相应规定。立柱可采用铝合金型材或钢型材立柱可采用铝合金型材或钢型材，钢型材宜采用高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。防腐措施。

40、上、下立柱之间应留有不小于上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙，闭口的缝隙，闭口型材可采用长度不小于型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接，芯柱与立的芯柱连接，芯柱与立柱应紧密配合柱应紧密配合。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。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；当柱支承点可能产结构铰接，宜采用上端悬挂方式；

41、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。生较大位移时，应采用与位移相适应的支承装置。横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接。角码应横梁可通过角码、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立柱与主体之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于少于2个，且连接螺栓直径不宜小于个，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。分隔或采取其他有效措施防止双金属腐蚀。（7） 构件

42、设计计算构件设计计算 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。简支梁计算：n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 =N/A0+M/1.05W f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)。n轴力 n N =G L B式中，G 为幕墙单位面积自重（N/mm2）；L为跨度（m）；B 为

43、分格宽度（m）。n弯距 M = MW +0.5MEn风荷载产生的弯距 MW = qW L2/8n水平地震作用产生的弯距 ME = qE线L2/8 （6-11）n或弯距 M =( qW+0.5qE线)L2/8n风荷载线荷载设计值 qW =wkBn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JGJ 102-2003玻璃幕墙工程技术规范。n挠度

44、 dflim =5qw L4/(384EI)n相对挠度 dflim /L1/180n型材最小惯矩 I =800qwL3/(384E)n型材最小截面抵抗矩 W =（MW +0.5ME）/(1.05 f) 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。n材料截面设计最大正应力值 =N/A0+M/W(1-0.8N/NE) fnNE=2EA/1.12n迥转半径 n i =（I/A）1/2n轴心受压构件的长细比 n =L/i式中，为整体稳定系数

45、，见表6-22； i 为迥转半径（mm）；为轴心受压构件的长细比。n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：Nn剪力设计值 V=VW+0.5VE （6-23）n风荷载产生的剪力设计值 VW=qW L/2 （6-24）n水平地震作用产生的剪力设计值 VE=qE L/2 （6-25）n或剪力设计值 V=(qW +0.5qE)L/2 （6-26）n材料截面设计最大剪应力 =VSS/（It）fV （6-27）n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

46、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)。 n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：400 N/m

47、2,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49.6 N/mm2） n解：高度变化系数Zb=1.187阵风系数gz=1.642风荷载标准值 WK=1.6421.1871.2300 N/m2=702N/m2风荷载设计值 W =1.4WK =1.4702 N/m2=983N/m2风荷载线荷载设计值 qW = W(B1+B2)/2=983(1.265+1.265)/2 N/m=1243N/m=1.243N/mm 地震作用标准值 qEK=EmaxGAK =50.04400 N/m2=80N/m2 地震作用设计值 qE面=1.3qEK =1.380 N/m2

48、=104N/m2地震作用线荷载设计值 qE线= qE面 (B1+B2)/2=104(1.265+1.265)/2 N/m=131.6N/m=0.1316N/mm 风荷载产生的弯距 MW= qWL2/8=1.24340002/8 Nmm =2486000 Nmm 水平地震作用产生的弯距 ME= qE线L2/8=0.131640002/8 Nmm 263200 Nmm 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S

49、G+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/mm285.5 N/mm2，承载力满足要求。挠度验算采用SW风荷载线荷载标准值 qWK= WK(B1+B2)/2=702(1.265+1.265)/2 N/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

50、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/mm249.6 N/mm2 经验算，强度、挠度、抗剪强度满足要求。任务二任务二 金属屋面金属屋面PV系统的设计系统的设计n任务内容本任务以昆山花桥会展中心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屋面光伏工程金属屋面来重点分析项目设计及其

51、支架荷载情分析项目设计及其支架荷载情况。况。任务知识准备：任务知识准备：普通地面电站或水泥板屋面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电站光伏支架的设计方法及荷载计算方法；载计算方法；普通光伏电站的光伏系统的普通光伏电站的光伏系统的设计与设备的匹配与选型；设计与设备的匹配与选型；金属屋面电站结构的了解。金属屋面电站结构的了解。任务实施过程与方法任务实施过程与方法n1.设计流程设计流程现场调查的整理(包括对主体结构及屋面板的验算，与屋面板的连接方式等）确定太阳能电池板的阵列排布验算光伏结构系统是否满足光伏组件安装注意事项2设计要点设计要点n（1）现场调查整理）现场调查整理n1）建筑设

52、计与结构设计。）建筑设计与结构设计。n2）主体结构验算和屋面板计算。）主体结构验算和屋面板计算。n3）基座（夹具）的确定。）基座（夹具）的确定。4）金属屋面的类型。）金属屋面的类型。n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，如图型、角驰型、卡扣型、明钉型等，如图6-34所示。所示。n n （2）光伏组件的确定）光伏组件的确定n1）支架）支架(龙骨）的确定与安装龙骨）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

53、合金）龙骨，与专用夹具用螺栓固定，按照设计间距进行布置；2）光伏组件的固定）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3）不同承重的金属屋面安装方式，）不同承重的金属屋面安装方式，n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。n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。n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

54、、养殖场等场所。n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。n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。n 3.光伏结构系统的验算光伏结构系统的验算n（1）光伏组件支架系统的校核）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。 n（2）基座）基座(夹具）的校核夹具）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

55、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。（3）系统荷载的校核）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。4 金属屋面光伏组件安装注意事金属屋面光伏组件安装注意事项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

56、，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。项目项目允许偏差（允许偏差（mm）中心线偏差2垂直度（/m） 1水平偏差相邻横梁间1东西向全长（相同标高）10立柱面偏差相邻立柱间1东西向全长（相同轴线）55.案例应用分析n江苏昆山花桥会展中心屋面光伏工程:n结构形式：n框架形式；安装形式：n金属屋面；安装方式：n朝南 （屋面倾角2.6，组件倾角9）；n组件类型：长宽厚为1640 x992x45mm多晶硅组件，最大输出功率：235Wpn基本风压：0.5 kN/m2；n雪荷载：0.4kN/m2；n地面粗糙度类别：B类；n工程所在地抗震设防烈度：7度；n设计地震基本加速度0.1g