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從2014年的零星項(xiàng)目，到2019年新增4.3GW的裝機(jī)規(guī)模，截至2019年底，全國戶用光伏累計(jì)安裝已超過100萬套。但由于戶用光伏電站建設(shè)門檻低，導(dǎo)致從設(shè)計(jì)到施工及運(yùn)維等環(huán)節(jié)均缺乏對技術(shù)問題的重視。

近日，光伏們從朋友圈看到三張戶用光伏的安裝照片（如下圖：圖1、圖2、圖3）。三張圖片中的光伏電站，均利用光伏支架架高空間，實(shí)現(xiàn)支架和組件的安裝和接線，并且組件以多排的方式進(jìn)行排列。對此，光伏們咨詢了專注于分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目技術(shù)服務(wù)的EVO光伏工作室創(chuàng)始人付國輝。

以下為付國輝的詳細(xì)解釋：

上述三張圖中的光伏電站安裝同屬“一個(gè)大平面”的風(fēng)格，在戶用市場中時(shí)常會(huì)見到。雖說是100%利用了屋頂面積，但是這種安裝方式不可取。先不說方案的合理性及運(yùn)維等方面的問題，我們僅針對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)安全做一個(gè)簡單的計(jì)算分析。

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全與否主要體現(xiàn)在抗拔、抗傾覆、抗滑移三個(gè)方面。從三張圖中可以看出：

圖1中：南北兩個(gè)屋頂，南側(cè)的屋頂組件安裝角度小一些，目測約15°左右，北側(cè)的屋頂組件安裝角度明顯大很多，約35°左右。

圖2中：一個(gè)“回”字形的屋頂除了中間鏤空部分，全部建成一個(gè)朝南的平面，角度約30°左右。

圖3中：光伏支架架高后做了一個(gè)整體的朝南大平面。朝南角度目測約20°。

選取角度適中20°角度的圖三案例做個(gè)計(jì)算分析。（由于僅有一張圖片，并不了解此電站的詳細(xì)資料數(shù)據(jù)，所以以下推算均是根據(jù)照片中能看出的信息進(jìn)行的計(jì)算，僅供參考）：

1.圖中可以看出光伏組件應(yīng)為60片單片多晶組件，戶用項(xiàng)目通常選用280Wp規(guī)格組件，外形尺寸為1657mmX996mmX35mm，單塊重約18公斤。

2.“大平面”南北方向?yàn)?0塊組件，東西方向?yàn)?1塊組件，除去南側(cè)第一排空的2塊，一共裝機(jī)容量為30.24千瓦。可以推算出20°傾角的“大平面”的南北向長為16.75m，東西向長為11.156m(參考了組件的外形尺寸和組件間隙的20mm)。

3.根據(jù)圖片中的比例，推算光伏支架南北跨距約2.3m的共7跨，東西跨距約2.3m的共5跨，支架占地南北向長約為15.739m，最南側(cè)組件下檐距離屋面約2.3m，最北側(cè)組件的后檐距離屋面約為8米。

4.25年一遇基本風(fēng)壓擬選取為較為典型的0.38KN/㎡。

5.光伏基礎(chǔ)存在的問題：從照片中難以辨別是否為打膨脹螺栓生根的基礎(chǔ)形式，還是小型混凝土塊的基礎(chǔ)形式，拋開這些，只計(jì)算基礎(chǔ)柱底的受力大小。

6.風(fēng)荷載的計(jì)算過程參考《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》NB/T 10115-2018和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012。公式如下：

經(jīng)過計(jì)算，垂直于光伏組件表面的上吸風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值約Fw=71.008kN。根據(jù)角度關(guān)系計(jì)算，在逆風(fēng)時(shí)產(chǎn)生的豎向吸力F1= cos(20°)xFw=66.726 kN≈6.7噸；逆風(fēng)時(shí)最大Fw引起的傾覆彎矩Gw=Fwx16.75/2=595.295 kN*m；由于基礎(chǔ)形式不能確定，所以無法試算抗滑移相關(guān)數(shù)據(jù)。

綜合以上數(shù)據(jù)，面對6.7噸的風(fēng)吸力和595千牛米的傾覆彎矩，圖3中的光伏電站即使考慮到電站自重及其基礎(chǔ)錨固力，設(shè)計(jì)上也是難以滿足的。

以抗傾覆設(shè)計(jì)舉例，屋面光伏項(xiàng)目需要設(shè)計(jì)的抗傾覆系數(shù)是1.6，也就是說要設(shè)計(jì)的抗傾覆彎矩是傾覆彎矩的1.6倍，才能滿足安全要求。因此，圖3電站中的抗傾覆彎矩大概需要設(shè)計(jì)到952千牛米，才是安全的。而屋面電站的結(jié)構(gòu)事故許多也是因?yàn)榭箖A覆設(shè)計(jì)不足造成的，如下圖：

那么圖3的案例就沒有可行性了嗎？我們繼續(xù)分析：

假設(shè)1，如果這樣的屋面采用配重式基礎(chǔ)是否可行？

采用這種方式，首先，用于抵抗傾覆的配重墩的自重要足夠大，而且要有足夠的力矩，但是民用建筑屋頂承重能力十分有限，屋頂面積又小，對于如此大的設(shè)計(jì)彎矩來說已經(jīng)不是一個(gè)數(shù)量級的了，所以配重式基礎(chǔ)很難成立。

假設(shè)2，如果施工時(shí)采用打膨脹螺栓的形式生根固定是否可行？

采用這種方式，首先屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)層質(zhì)量要可靠，既能錨固得住又不發(fā)生開裂。這就要求屋面至少應(yīng)該是鋼筋混凝土現(xiàn)澆的屋頂，預(yù)制的空心板屋面是不可以的。再就是膨脹螺栓的長度和數(shù)量要夠。

其次要做好生根點(diǎn)的防水卷材鋪貼修復(fù)等等一系列的間接工程。因?yàn)?，如果防水恢?fù)和日常的維護(hù)稍有疏忽，很可能造成多處屋面開裂和漏水。而且要保證25年運(yùn)行期間受力安全可靠，這樣的系統(tǒng)費(fèi)用很可能超出了光伏電站的利潤空間。因此也難以成立。

以上還沒有對地震作用、雪荷載、溫度荷載、風(fēng)至共振作用等進(jìn)行分析，即使對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果也不會(huì)樂觀。所以非特殊條件下，建議不要采用這樣的安裝方式。

付國輝總結(jié)道，綜合以上分析與判斷，戶用光伏電站建成如此“大平面”形式確實(shí)存在諸多安全隱患。本著安全第一的原則，希望戶用電站的經(jīng)銷商和戶主能夠理性的選擇和科學(xué)的制定戶用光伏電站的安裝方案，或咨詢具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人士來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

戶用光伏電站一般建設(shè)在住戶的屋頂上方，有限的屋頂面積，安裝更多的光伏組件，從而增加發(fā)電量、增加收益，這一點(diǎn)無可厚非。但是收益需要建立在安全、長遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上。因此光伏們也在此呼吁，無論是經(jīng)銷商，還是住戶，一定要重視戶用光伏電站的設(shè)計(jì)問題。

原標(biāo)題：比一比誰家飛的更高?淺談大平面式戶用設(shè)計(jì)的不合理性