随着我国经济的快速发展，经济增长与资源耗费和环境污染之间的抵牾愈发突出，自然资源的可持续利用已成为经济社会持续发展的关键，经济再生产越来越依赖于自然生态环境的优化和再生产。光伏电站的培植，正在把保护环境、优化生态与提高效率、发展经济统一起来，提高了资源配置的高效性，促进了资源的可持续供给。在政策的辅导下，粮库屋顶的光伏电站的培植有利于在持续利用资源的根本上，在资源环境与经济折衷发展的过程中，实现经济效益最大化、生态效益最大化和社会效益最大化，是发展地区绿色经济的须要。
粮仓简介
粮仓是主要的储粮举动步伐之一，粮仓的构造和性能利害直接影响到储粮安全。在培植粮仓分布式光伏发电项目之前，须要充分理解仓房构造、性能与配套设备方面的细节。以下将紧张先容粮仓的一些紧张特点，为更好的培植分布式光伏电站做好充足的准备事情。
➤仓房构造
仓体：粮仓不同于其它建筑物，除承受风载、雪载、地震等载荷外，还要承受相称大的粮食侧压力，尤其要考虑不同粮种、不同堆放办法、不同装粮高度的粮食侧压力对仓壁的影响，以防墙体开裂；还要考虑对地坪的垂直压力、预防地坪下陷。
仓门、仓窗：仓房的门窗、孔洞设置要考虑粮食进出仓工艺和日常管理方便。考虑到仓房的气密性和仓储工艺哀求，仓房的窗户宜少、窗户大小、数量与开启办法要符合透风、补仓作业须要。
➤仓房储粮性能
防潮防漏性能：仓房上部排风扇孔洞的外侧应有挡雨盖，避免雨水渗入，内侧有密闭门，避免熏蒸时漏气；防潮层防水材料一样平常设置在保温层的高温侧，以避免保温材料内部涌现水分凝集，降落隔热效果。
隔热保温性能：在屋面上增设实体材料隔热层，提高构造的隔热性；
密闭、透风性能：降仓温透风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮管理中的一项。
➤仓房配套设备
粮情测控系统：粮情测控系统是粮库长期储粮的必需举动步伐。
透风降温系统：在选用风道时必须考虑仓房用场、进出仓作业形式、透风路子比等成分。
图1 粮仓框架构造
现场勘查及设计要点
➤屋顶类型
1）混凝土屋面
现场勘查此类屋顶时，须要把稳如下几点：
Ø 建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有紧缩缝、女儿墙或障碍物等；
Ø 防水层是否涌现老化，起鼓等征象；
Ø 是否有隔热层以及其做法；
Ø 避雷带的安装位置及详细做法。
图2 混凝土屋面（无隔热层）
2）彩钢瓦屋面
现场勘查此类屋顶时，须要把稳如下几点：
Ø 建筑物的朝向、坡度以及屋面是否有采光带、女儿墙或障碍物等；
Ø 彩钢瓦类型（优选角弛型或直立锁边型彩钢瓦构造，一样平常梯形彩钢瓦不建议安装光伏电站，若采取胶粘办法可以适当考虑梯形彩钢瓦）；
Ø 彩钢瓦锈蚀程度，屋面防水情形；
图3 彩钢瓦屋面
➤荷载复核
屋顶为混凝土屋面，正常情形下在增加 0.4~0.5kN/㎡的光伏系统恒荷载后， 能够知足新增光伏系统荷载后的构造设计哀求。有的仓库顶面后期做了架空隔热层，其隔热层载荷是否符合设计标准，需不须要拆除，须要与干系部门职员确认核实。屋顶为彩钢屋面，正常情形下在增加 0.15kN/㎡的光伏系统恒荷载后， 能够知足新增光伏系统荷载后的构造设计哀求。投资方应在培植项目前会对屋面承重情形进行复核，担保项目安全性。
平房仓构造设计应根据利用过程中构造上可能涌现的浸染 ，按承载能力极限状态和正常利用极限状态分别进行浸染效应组合 ，并应取各自最不利的组合进行设计。散装平房仓应按空仓、满仓及单侧堆粮时与其他各种浸染的不利组合。
各种荷载的取值和浸染的打算，除本规范规定者外，别的均应按现行国家标准《建筑构造荷载规范》GB 50009的有关规定确定。
永久荷载 ：构造自重、土压力、预应力或其他加在构造上随韶光不变的荷载；
可变荷载 ：粮食荷载 、屋面活荷载 、运送举动步伐悬挂荷载 、风荷载 、雪荷载 、气密性加压检测荷载、温度浸染或其他加在构造上随韶光变革的荷载。
图4 散装粮对仓壁压力打算
➤光伏支配与接线原则
按照国家规范哀求及干系行业履历，粮仓屋顶分布式光伏发电项目宜采取随坡支配的形式或者带有小倾角的形式安装，光伏阵列与光伏阵列之间的检修通道为500mm和1000mm，检修通道及电缆桥架宜设置在屋脊线附近，同时须要预留光伏逆变器、汇流箱的安装位置，宜放置在光伏方阵中间，同时只管即便减少由此产生的阴影遮挡。
在光伏设备选型的过程中，须要特殊把稳逆变器的选型，考虑到拱形屋面的特性，选用组串式逆变器为最佳选择。在以下情形下，必须采取组串逆变器，才可以减少组件串的电气失落配：如光伏组件平铺在粮库屋面上，光伏组件的倾角随屋面弧度的切线呈现不同角度的变革，在屋脊处为0度，在屋脊两侧逐渐变大，同时屋脊两侧光伏组件的朝向也不一样，如果建筑是东西走向，则屋脊两侧组件有朝正南方向有朝正北方向；如果建筑是南北走向，则屋脊两侧组件有朝正东方向有朝正西方向。只有当光伏组件都采取同一朝向、同一倾角时，可以采取集中式逆变器。而在粮库这种拱形混凝土屋面上，将光伏组件设计为同一朝向和同一倾角时，会大大增加光伏系统设计（倾角设计、阵列间距设计）和光伏支架的设计的难度，屋顶安装光伏组件容量将会减少，但光伏组件单瓦输出的发电量将会得到较大的提高。
图5为某项目粮库建筑物拱形屋面上光伏组件同倾角同朝向案例，如图中可见，南坡第一排为竖向三排设计，第二排和第三排为竖向双排设计，第四排和第五排为竖向单排设计，由于坡度缘故原由，南坡阵列间距相对较小，北坡阵列间距相对较大，同时各排光伏阵列的支架构造也不一样，增加了支架安装的施工难度。在知足屋面荷载能力、支架风荷载、雪荷载等打算的条件下，在光伏组件平铺在屋面上和组件以同倾角同朝向支配两种方案之间，我们建议通过技能经济优化手段采取后者，以提高光伏组件单瓦发电量和经济效益，虽然这种方案会增加设计难度。
图5 拱形屋面光伏组件同倾角同朝向案例
在光伏组件串的组件串联接线时须要把稳将同一朝向、同一倾角的组件串联在一起，然后进一步将同一朝向、同一倾角的光伏组件串并联接入逆变器的同一路MPPT中，以免南北坡混接引起光伏组件串并联失落配影响发电量输出。
➤光伏支架设计
1）彩钢瓦屋面
彩钢瓦屋面常日根据彩钢瓦类型设计光伏支架，紧张分为三种，角弛型、直立锁边型、梯形，个中前两者均采取夹具形式与屋面进行可靠连接，梯形紧张采取打孔或胶粘支架形式与屋面进行可靠连接，由于梯形须要打孔，极易发生漏水，且粮仓对防水哀求较高，因此建议不该用此类型的屋面。（梯形彩钢屋面不能打孔安装，如需安装建议采取硬度较低、剥离强度较高的光伏构造胶粘接，所用胶粘剂与混凝土构造胶在硬度、剥离强度等方面有所差异。）
图6彩钢瓦屋面
2）混凝土屋面
混凝土屋面常日有如下几种做法，胶粘形式、支墩形式、地梁形式等，以下将分别先容几种常见方案的优缺陷及技能哀求。以北京某粮仓屋顶为例，光伏组件采取GCL-P6/60-270W，组件外不雅观尺寸为：164099240mm，重量为18.5kg。光伏组串为每24块为1串，每8个光伏组串接入1台50kW光伏逆变器中，每4台光伏逆变器接入1台4进1出的互换汇流箱，后接入箱变中，实现高压并网。
a)胶粘形式：
此种办法为了担保粘贴密实度，应采取先人工后机器的打磨方法，剔除混凝土表面的木屑、油毡、沙粒等表面附着物质及酥松混凝土，露出混凝土密实的表面。在粘接前，要担保粘接面一定要干燥，不能湿润。严格按照配胶工艺哀求进行配胶（详细根据胶水品牌和厂家哀求确定），每次配胶都必须称重，随配随用，配胶量不宜过多（不超过4公斤），配好的胶需在适用期（夏季为20--30分钟，冬季为40-60分钟，详细可根据施工工艺确定）内用完。
立柱底板与混凝土屋面粘贴后在常温下进行固化，固化韶光根据环境温度确定，达到固化韶光后才可以进行后续施工。构造胶固化后，应对一定比例的立柱做拉拔实验，哀求每个立柱抗拉拔能力不小于2.5kN。经打算，光伏组件与支架系统共增加恒荷载标准值约0.15kN/㎡。待立柱安装完毕后，立柱处应加强防水处理。此种方案适宜屋面许可恒荷载值偏低的屋面利用，且对防水层修复能力哀求较高。
图7 2X24光伏支配图（图中玄色方块为底板位置）
图8光伏组件屋面支配横断面示意图
图9现场安装图
b)支墩形式：
此种办法为了担保不涌现下滑风险，应采取先预制混凝土墩（300300250mm或其他规格，依据当地风荷载值），在个中做好预埋件，后用螺栓与立柱底板连接，末了在屋脊中间部分（南北坡或东西坡）一定要可靠连接，此举可以担保坡面两边受力均匀，避免了下滑的风险。经打算，光伏组件与支架系统共增加恒荷载标准值约0.4kN/㎡。此种方案适宜屋面许可恒荷载值较高的屋面利用，且对防水层不构成毁坏，有利用后期检修或改换防水层。
图10 2X24光伏支配图（图中方块为支墩位置）
图11光伏组件屋面支配横断面示意图
图12现场安装图
c)地梁形式：
此种办法为了担保不涌现下滑风险，应采取先浇筑混凝地皮梁（300400Lmm或其他规格，依据当地风荷载值），在个中做好预埋件，后用螺栓与光伏支架连接，由于地梁为一个整体，中间不断开，此举可以担保坡面两边受力均匀，避免了下滑的风险。经打算，光伏组件与支架系统共增加恒荷载标准值约0.4kN/㎡。此种方案适宜屋面许可恒荷载值较高的屋面利用，且对防水层会构成毁坏，须要修复防水层。
图13 2X24光伏支配图（图中条状为地梁位置）
图14光伏组件屋面支配横断面示意图
图15现场安装图
d) 化学螺栓直接固定形式：
化学螺栓由化学胶管、螺杆、垫圈及螺母组成。化学螺栓是靠与混凝土之间的握裹力和机器咬协力共同浸染来抗拔和螺栓本身来抗剪，紧张用在新旧构造的连接处，各项力学指标打算时要根据生产厂家供应的资料来进行，由于各种厂家生产的化学粘接剂都不同，以是粘接能力也不同。化学螺栓具有耐酸碱、抗老化、可在湿润环境利用，锚固力强、无膨胀应力，边距间距小，适用于空间狭小处，安装快捷，凝固迅速，节省施工韶光等优点。采取化学螺栓直接在混凝土中固定的方案较为大略，施工快捷。此种方案适宜屋面许可恒荷载值偏低的屋面利用，但对防水层修复能力哀求较高。由于采取此方案须要在混凝土屋顶中钻孔，存在渗水可能性，如果难以做好屋面防水时不建议利用该种方案。
图16现场安装图
➤防雷接地设计
粮仓防雷设计前应全面网络干系资料，例如建筑总平面、当地年均匀雷暴日数、工艺设备配置以及原有粮仓防雷接地设置等。粮仓防雷设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057中第二类防雷建筑物的防雷哀求。应在屋顶设置避雷网（带）、针或利用金属构件作为接闪器。屋顶避雷网网格尺寸不应大于10m×l0m、12m×8m。当光伏组件赶过原有屋顶时，应设避雷针或避雷带保护，赶过光伏组件约0.2m，避雷网（带）、针、金属构件及光伏设备均应与引下线稳定连接，引下线可按下列办法设置：
1、当粮仓为钢筋混凝土构造时，利用其构造通长主钢筋，每处不应少于2根，主钢筋必须焊接连接。
2、当粮仓为轻钢构造时，可以利用其自身防雷接地系统。
以上两种方案必要时均可以制作主接地镀锌扁钢与地网可靠连接。引下线可用镀锌扁钢，镀锌扁钢截面不应小于48mm²，厚度不应小于4mm。接地引下数均不应少于2处，间距不应大于18m，且应对称支配。低压线路宜采取电缆直埋地敷设或沿桥架敷设；电缆的金属外皮、避雷器及绝缘子铁脚应与防雷接地装置相连或单独接地。突出屋面的金属构件应与防雷装置可靠连接。一样平常情形下,粮食平房仓构造设计知足利用平房仓根本内钢筋做自然接地体,利用柱内主筋作为防雷引下线,电气装置(金属构件、PE/PEN线、电气装置中的接地母线、金属管道等)均应作总等电位联结。平房仓接地系统采取共用接地的形式,即事情接地、保护接地、防雷接地以及防静电接地共用,哀求其接地电阻不大于1Ω。
➤防火设计
粮仓应按现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》合理配置灭火器，除此之外，粮仓的消防与给水设计尚应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定。平房仓储存物品的失火危险性应为丙类，其占地面积及每个防火分区的最大许可建筑面积应符合表1的规定。平房仓防火分区之间应采取防火墙分隔 ，防火墙的耐火极限不得低于4h。
耐火等级
每座平房仓最大许可占地面积和每个防火分区的
最大许可建筑面积
每栋平房仓
防火分区
一、二级
12000
3000
三级
3000
1000
表1 平房仓占地面积及防火分区中最大许可建筑面积（m²)
➤防水设计
根据《粮食平房仓设计规范》GB 50320的有关规定，储备仓及成品粮仓屋面防水等级不应低于I 级 ，其他利用功能的平房仓屋面防水等级不宜低于I 级 。金属板材屋面上层金属屋面不宜采取明螺栓固定，必须采取时，应采纳防腐及防渗漏方法。拱板平房仓不宜采取刚性防水层，必须采取时 ，应采纳防止刚性防水层下滑的方法。培植分布式电站时须要仔细勘察理解屋面防水情形，针对已经涌现的漏水、渗水等情形，须要及时修复，同时只管即便利用可以用夹具固定的彩钢瓦屋面，梯形彩钢瓦须要把稳加强固定孔位置的防水方法。由于防水哀求较高，建议在项目立项时充分考虑由此可能增加的干系方法费，由于防水等级哀求不应低于I 级，正常情形下干系用度在50~80元/㎡之间。
➤箱变选址与电缆敷设
粮库屋顶光伏项目，现场环境有一个特点，即粮仓与粮仓之间险些全部是硬化路面，粮仓建筑分布和道路支配均很规则，一样平常建筑之间没有地方可以支配箱变，建议利用绿化带或其他空余地方，同时根据《建筑设计防火规范》、《20KV及以下变电所设计规范》GB50053-2013等规范哀求，油浸式变压器离墙的安装间隔应不小于10m，因此在分布式光伏电站设计时，应优先选择干式变压器。建筑分散和硬化路面带了另一个问题是电缆的敷设，从屋顶上直流汇流箱或者互换汇流箱下至地面的电缆，有两种办法敷设，一种办法是开挖电缆沟，另一种办法是顶管。顶管技能优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小，而且能够深入地下作业；顶管技能缺陷在于施工韶光较长，工程造价高档。在施工方面，可以根据实际情形，同时采取两种施工工艺，以开挖电缆沟为主，顶管技能为辅。
结束语
利用粮食仓储基地的仓顶铺设光伏系统，不但开拓了闲置的屋顶资源，更主要的是通过这种技能可实现粮库隔热保温、防水防漏、环保节能等目标。同时在光伏发电系统设计与培植方面须要更加充分考虑屋面荷载、建筑系统构造、防火、防雷、防水防漏等方面更高的标准和哀求，努力打造“优质、绿色、安全”工程，为国家粮食安全与社会稳定做出更大的贡献。本文通过对光伏粮仓的基本特点和培植难点的先容，让设计职员有个充分的理解，为更好培植分布式光伏发电项目供应了一些参考建议。粮库仓顶分布式光伏发电项目，在投资培植之初，要充分考虑储粮安全和光伏发电的双重须要，科学设计，精心施工，使社会资源得到合理利用。
