屋顶分布式光伏发电的支架结构设计

屋顶分布式光伏发电的支架结构设计工作单位：清源科技股份有限公司福建厦门361101
摘要：近几年环境恶化和能源紧张已经成为全球化的问题，随着社会的不断进步和人们生活水平的提升，这两大问题受到了更多的重视。

为有效缓解环境恶化和能源枯竭的问题，屋顶分布式光伏发电在城市中得到了广泛的应用。

本文针对屋顶分布式光伏发电的结构和支架结构设计进行了分析和研究。

关键词：屋顶分布式光伏发电；支架结构；设计研究
城市化的快速发展让大型住宅区、工业厂房和商业街区的数量逐年增加，采用太阳能发电能够有效缓解电能的消耗，也能够缓解国家电网的压力。

采用屋顶分布式光伏发电能够迎合国家绿色环保的要求，也能够减轻城市的用电负担。

屋顶分布式光伏发电的组成包括光伏电池组件、组串式逆变器、支架结构、电缆。

光伏电池组件能够将阳光的辐射转化成电能，发出的电量能够供应就近的建筑进行内部消耗和使用，有效降低电缆传输的消耗。

1、分布式光伏发电的设计要点
1.1组件布局和倾角设计
分布式光伏发电系统的整体与局部的设计过程中最重要的部分是光伏组件布局和倾角的设计。

从环保、经济、安全等多方面角度进行需求分析和可行性的评估后，光伏发电组在型号和重量方面应当结合屋顶的实际情况进行选择，屋顶屋面的结构是否能够承受整个组件，同时也需要对运行监测和安装维护的对应措施进行科学合理的配置，采用可视化分析方法来对屋顶分布式光伏发电系统的布局和支架结构的设计方案进行综合分析。

许多分布式光伏发电组件和支架结构的设计都需要考虑到经纬度、光照时间、光照强度等数据参数，在倾角的设计方面应当结合当地的资源数据，充分结合GIS系统的数据参数，从经济和环保的角度来
进行倾角的设计。

倾角的设计需要与地面的水平方向保持一致，同时也应当考虑
到系统组装和发电过程中存在的性能问题和安全隐患。

1.2支架以及组件方阵间距设计
确定好整体的结构布局和发电系统的倾斜角以后，设计师需要结合建筑具体
的地理位置和实际情况来对支架结构和光伏组件方阵之间的间距进行设计，确保
东西方向和南北方向的间距能够在科学合理的范围内。

对组件方阵进行系统配置、集中安装和固定的过程中应当确定好倾斜角和光照的有效时间，采用最小间距进
行安装，对安装数据进行详细的记录和统计，进行综合的分析。

通过公式来对太
阳的高度角、方位角、电池板的最大高度进行数据的计算，通过模拟的形式对光
伏组件的倾角支架安装进行统计和分析。

安装组件方阵和支架的过程中应当考虑
到间距的合理保留，确保倾斜面的长度和宽度存在的误差应当在允许范围内。

后
期安装过程中也要考虑到屋顶的混凝土钢筋结构承重情况，确保运维管理是否存
在风险，后期使用是否存在安全隐患。

1.3混凝土屋顶载荷计算
屋顶分布式光伏发电系统进行全局设计及后期安装前需要对混凝土屋顶的载
荷力进行有效的计算，对各项光伏组件和支架结构能够对屋顶造成的作用力进行
精准的测量和计算。

虽然分布式光伏发电系统具有较高的经济效益优势和较轻的
自重，但也需要考虑到实际应用的屋顶屋面结构承载能力和结构差异性，对水泥
基础的固定钢支架进行安装效果的有效计算。

计算过程中也要考虑到单块电池板
的实际面积、单位重量、倾斜投影面积、承重标准等，确保建筑物的屋顶结构稳
定性和安全性，另外也要考虑到高空作业和低空应用的相应安全防护，避免不必
要的安全风险产生。

2、屋顶分布式光伏发电的支架结构设计
2.1支架结构设计思路
光伏支架的设计应当充分结合建筑屋面的结构，从建筑物的自身特点和最佳
发电影响因素等多方面进行综合考虑。

光伏发电组件应当安装在闲置的屋顶空地，
避免对建筑物的自身功能产生影响，设计时也应当确保支架能够与建筑物的外观
达到一定的协调性，也要考虑到建筑结构的载荷能力，确认建筑屋顶的结构承载
在可行范围内在进行光伏组件支架结构的设计。

2.2混凝土屋面支架设计
混凝土的屋顶平面安装光伏发电组件需要考虑到光伏阵列是否按照最佳倾角
进行铺设，同时也要对前后排之间的间距是否存在光伏板遮挡的情况进行考虑，
确保周围的建筑物不会对光伏组件造成遮挡。

光伏阵列的支架结构间距应当能够
满足冬至日时有效光照在6小时以内，结合光伏组件实际安装的方位角度和经纬度，采用专业的软件对光伏阵列的位置进行测算和模拟。

混凝土配重支架系统的
设计要考虑到设计的安全系数是否符合建筑规范和施工工程的要求。

光伏支架不
能破坏原本的建筑物屋顶防水，能够确保原有建筑物的功能性。

混凝土屋顶的光
伏固定支架结构可以采用地面用光伏固定支架，构成包含主梁、檩条、立柱以及
斜撑。

材料的设计和选择应当符合屋面的具体载荷能力规范要求。

2.3彩钢瓦屋顶支架设计
彩钢瓦屋顶的光伏发电系统支架设计方面可以采用平行铺设的形式，支架固
定的方式要结合彩钢瓦的咬合形状，采用夹具进行组件的固定，组件的底部应当
流出充分的散热空间。

支架结构的设计要确保安全系数符合项目的与要求和规范，不可以破坏建筑原有的防水功能。

屋顶的夹具需要考虑到屋面坡度的垂直方向和
彩钢瓦的波距。

屋顶的光伏支架结构在施工过程中应当对钢结构的施工情况进行
专业的设计和计算，确保施工的完善性和可靠性。

光伏组件安装时要采用最佳的
固定斜角，能够进行更高电量的耦合，安装过程中要避免对建筑外观造成破坏。

彩钢瓦支架结构包括铝合金夹具、横梁、导轨、中间和旁边的压块等。

光伏系统
的寿命周期通常在25年左右，因此材料选择和结构设计方面要考虑到防腐蚀等
方面。

彩钢瓦屋顶安装光伏发电组件不仅要考虑到承重，还要考虑到夹具是否与
彩钢瓦匹配，通过螺栓进行固定连接。

彩钢瓦通常分为直立锁边、角驰型、梯形
板等几种，其中梯形板需要采用粘结的形式来对连接件进行固定，施工过程中需
要对其稳定性加以重视。

2.4琉璃瓦屋顶安装支架设计
琉璃瓦屋顶安装光伏发电组件时需要可以采用弯钩将组件直接与混凝土屋顶
进行固定，施工过程时对原有的琉璃瓦进行拆除，对现场的成品进行有效保护。

选择适合屋顶尺寸的弯钩，施工前对混凝土屋顶进行防水测试，必要的话可以重
新进行防水施工，确保光伏组件安装后屋顶的防水性能不会被破坏。

支架结构内
容包含弯钩连接件、导轨连接件、U型钢导轨、弯钩固定螺栓、压块连接螺栓等。

其中导轨连接件的螺栓和硅酮结构采用耐候胶材质，通过耐候胶来对弯钩和膨胀
螺栓进行固定。

布置导轨的时候应当确保光伏组件能够均匀受力，根据组件的实
际尺寸来对每一排的导轨间距进行计算。

结束语：综上所述，为充分发挥出建筑物的有限空间，屋顶设置分布式光伏
发电站能够有效提升太阳能的利用率。

不同的屋顶采用不同的支架结构能够有效
提升分布式光伏发电的效率和质量，对屋顶分布式光伏发电支架结构的设计和研
究能够进一步促进光伏发电技术的推广和进步，能够提升光伏发电的性能，有助
于促进局域电网的稳定性。

参考文献：
[1]周辉,郭其秀,罗志辉.一种可移动分布式光伏电站的回字型支架结
构:,CN214851042U[P].2021.
[2]王炯.一种分布式转角光伏发电支架:,CN213043631U[P].2021.
[3]李杰.一种追日型的斜坡面上的分布式光伏发电装
置:,CN212435634U[P].2021.
[4]朱杰.一种可调节的光伏电站用支架:,CN213243889U[P].2021.
[5]王静.配重可调式光伏支架在光伏项目中的应用[J].能源与节
能,2021(012):000.
[6]仲雅娟,赵大乐,赵鹰.光伏电站内不同光伏支架形式数量占比的研究[J].
太阳能,2022(009):000.
茅述焰（1988.10），男汉族福建三明人，学士，研发工程师，从事光伏支架的研发设计工作
蔡坤来（1983.8），男汉族福建漳州人，学士，总工，从事光伏支架的研发设计工作。