2016年国家发改委、国家粮食局印发《粮食行业“十三五”发展规划纲要》通知，此前网传的“仓顶阳光工程”示范即将被写入规划。文件纲要提出：

“十三五期间发展红色环保新型粮食产业，充分借助粮仓设施资源和条件，引导社会投入，支持粮食企业推动施行“仓顶阳光工程”示范，争取到2020年装机容量达到1GW”

2017年4月，广西省南宁市印发《合肥市“仓顶阳光工程”实施方案》，文件中明晰：

“十三五”期间全市粮食系统力争完成50MW光伏发电装机容量建设，2017年全市粮食系统光伏发电装机容量力争达到17MW以上”

在新政的指导下，粮仓楼顶的光伏电厂的建设有利于在持续借助资源的基础上，在资源环境与经济协调发展的过程中，实现经济效益最大化、生态效益最大化和社会效益最大化，是发展地区红色经济的须要。

粮库特征简介

粮库是重要的储粮设施之一，粮库的结构和性能好坏直接影响到储粮安全。在建设粮库分布式光伏发电项目之前，须要充分了解仓房结构、性能与配套设备方面的细节。以下将主要介绍粮库的一些主要特征，为更好的建设分布式光伏电厂做好充足的打算工作。

➤仓房结构

仓体：

粮库不同于其它建筑物，除承受风载、雪载、地震等荷载外，还要承受相当大的粮食侧压力，尤其要考虑不同粮种、不同堆满形式、不同装粮高度的粮食侧压力对仓壁的影响，以防外墙裂缝；还要考虑对地坪的垂直压力、预防地坪塌陷。

仓门、仓窗：

仓房的木门、孔洞设置要考虑粮食进出仓工艺和日常管理便捷。考虑到仓房的气密性和仓储工艺要求，仓房的房门宜少、窗户大小、数量与开启方法要符合通风、补仓作业须要。

➤仓房储粮性能

防霉防漏性能：

仓房下部排吊扇凹坑的两侧应有挡雨盖，防止雨水溶入，外侧有密闭门，防止熏蒸时漏水；防霉层防水材料通常设置在保温层的低温侧，以防止保温材料内部出现水份凝结，增加隔热疗效。

隔热保温性能：

在外墙上增设实体材料隔热层，增强结构的隔热性；

密闭、通风性能：

降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是高温储粮管理中的一项。

➤仓房配套设备

粮情测控系统：粮情测控系统是粮仓常年储粮的必需设施。

通风降温系统：在选用风道时必须考虑仓房用途、进出仓作业方式、通风途径比等诱因。

图1粮库框架结构

现场勘察及设计要点

➤楼顶类型

1）混凝土外墙

现场勘察这种楼顶时，须要注意如下几点：

Ø建筑物的朝向、坡度以及外墙是否有收缩缝、女儿墙或障碍物等；

Ø防水层是否出现老化，起鼓等现象；

Ø是否有隔热层以及其做法；

Ø避雷带的安装位置及具体做法。

图2混凝土外墙（无隔热层）

2）彩钢瓦檐口

现场勘察这种楼顶时，须要注意如下几点：

Ø建筑物的朝向、坡度以及外墙是否有采光带、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结构，通常矩形彩钢瓦不建议安装光伏电厂，若采用胶粘方法可以适当考虑矩形彩钢瓦）；

Ø彩钢瓦磨损程度，外墙防水情况；

图3彩钢瓦檐口

➤载荷复核

楼顶为混凝土外墙，正常情况下在降低0.4~0.5kN/㎡的光伏系统恒载荷后，才能满足新增光伏系统载荷后的结构设计要求。有的库房顶面后期做了架空隔热层，其隔热层荷载是否符合设计标准，需不须要拆除，须要与相关部门人员确认核对。楼顶为彩钢外墙，正常情况下在降低0.15kN/㎡的光伏系统恒载荷后，才能满足新增光伏系统载荷后的结构设计要求。投资方应在建设项目前会对外墙承重情况进行复核，保证项目安全性。

楼房仓结构设计应按照使用过程中结构上可能出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行作用效应组合，并应取各自最不利的组合进行设计。散装楼房仓应按加仓、满仓及单侧堆粮时与其他各类作用的不利组合。

各类载荷的取值和作用的估算，除本规范规定者外，其余均应按现行国家标准《建筑结构载荷规范》GB50009的有关规定确定。

永久载荷：

结构自重、土压力、预应力或其他加在结构上随时间不变的载荷；

可变载荷：

粮食载荷、屋面活载荷、输送设施吊挂载荷、风载荷、雪载荷、气密性加压检查载荷、温度作用或其他加在结构上随时间变化的载荷。

图4散装粮对仓壁压力估算

➤光伏布置与接线原则

根据国家规范要求及相关行业经验，粮库楼顶分布式光伏发电项目宜采用随坡布置的方式或则带有小夹角的方式安装，光伏阵列与光伏阵列之间的检修通道为500mm和1000mm，检修通道及电缆线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，同时尽量减低由此形成的阴影遮挡。

在光伏设备选型的过程中，须要非常注意逆变器的选型，考虑到拱形外墙的特点，选用组串式逆变器为最佳选择。在以下情况下，必须采用组串逆变器，才可以减低组件串的电气失配：如光伏组件平铺在粮仓外墙上，光伏组件的夹角随外墙弧度的切线呈现不同角度的变化，在屋脊处为0度，在屋脊两边逐步变大，同时屋脊两边光伏组件的朝向也不一样，假如建筑是东西迈向，则屋脊两边组件有朝正南方向有朝正北方向；假如建筑是南北迈向，则屋脊两边组件有朝正东方向有朝正西方向。只有当光伏组件都采用同一朝向、同一夹角时，可以采用集中式逆变器。而在粮仓这些拱形混凝土外墙上，将光伏组件设计为同一朝向和同一夹角时，会大大降低光伏系统设计（夹角设计、阵列宽度设计）和光伏支架的设计的难度，楼顶安装光伏组件容量将会降低，但光伏组件单瓦输出的发电量将会得到较大的提升。

图5拱形外墙光伏组件同夹角同朝向案例

图5为某项目粮仓建筑物拱形外墙上光伏组件同夹角同朝向案例，如图中可见，北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，因为斜度缘由，北坡阵列宽度相对较小，南坡阵列宽度相对较大，同时各排光伏阵列的支架结构也不一样，降低了支架安装的施工难度。在满足外墙载荷能力、支架风载荷、雪载荷等估算的条件下，在光伏组件平铺在外墙上和组件以同夹角同朝向布置两种方案之间，我们建议通过技术经济优化手段采用前者，以提升光伏组件单瓦发电量和经济效益，即使这些方案会降低设计难度。

在光伏组件串的组件串连接线时须要注意将同一朝向、同一夹角的组件串联在一起，之后进一步将同一朝向、同一夹角的光伏组件串并联接入逆变器的同一路MPPT中，以免南北坡混接导致光伏组件串并联失配影响发电量输出。

➤光伏支架设计

1）彩钢瓦檐口

彩钢瓦檐口一般按照彩钢瓦类型设计光伏支架，主要分为三种，角弛型、直立锁边型、梯形，其中前二者均采用治具方式与外墙进行可靠联接，矩形主要采用打孔或胶粘支架方式与外墙进行可靠联接，因为矩形须要打孔，极易发生渗漏，且粮库对防水要求较高，因而建议不使用这种型的屋面。（矩形彩钢外墙不能打孔安装，如需安装建议采用强度较低、剥离硬度较高的光伏结构胶粘接，所用胶粘剂与混凝土结构胶在强度、剥离硬度等方面有所区别。）

图6彩钢瓦檐口

2）混凝土外墙

混凝土外墙一般有如下几种做法，胶粘方式、支墩方式、地梁方式等，以下将分别介绍几种常见方案的优劣点及技术要求。以南京某粮库楼顶为例，光伏组件采用GCL-P6/60-270W，组件外形规格为：1640*992*40mm，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出的交流汇流箱，后接入箱变中，实现高压并网。

a)胶粘方式：

此种方法为了保证粘贴密实度，应采用先人工后机械的打磨方式彩钢房如何隔热降温，剔除混凝土表面的锯末、油毡、沙粒等表面附着物质及香浓混凝土，漏出混凝土密实的表面。在粘接前，要保证粘接面一定要干燥，不能闷热。严格依照配胶工艺要求进行配胶（具体依据胶带品牌和厂家要求确定），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（冬季为20--30分钟，夏季为40-60分钟，具体可按照施工工艺确定）内用完。

立柱底板与混凝土外墙粘贴后在常温下进行固化，固化时间依据环境湿度确定，达到固化时间后才可以进行后续施工。结构胶固化后，应对一定比列的立柱做拉拔实验，要求每位立柱伸长率拔能力不大于2.5kN。经估算，光伏组件与支架系统共降低恒载荷标准值约0.15kN/㎡。待立柱安装完毕后，立柱处应强化防水处理。此种方案适宜外墙容许恒载荷值过高的外墙使用，且对防水层修补能力要求较高。

图72X24光伏布置图（图中蓝色小方块为底板位置）

图8光伏组件外墙布置横断面示意图

图9现场安装图

b)钢梁方式：

此种方法为了保证不出现下降风险，应采用先预制混凝土墩（300*300*250mm或其他尺寸，根据当地风载荷值），在其中做好预埋，后用螺丝与立柱底板联接，最后在屋脊中间部份（南北坡或东西坡）一定要可靠联接，此举可以保证坡面两侧受力均匀，防止了下降的风险。经估算，光伏组件与支架系统共降低恒载荷标准值约0.4kN/㎡。此种方案适宜外墙容许恒载荷值较高的外墙使用，且对防水层不构成破坏，有借助后期检修或更换防水层。

图102X24光伏布置图（图中小方块为简支梁位置）

图11光伏组件外墙布置横断面示意图

图12现场安装图

c)地梁方式：

此种方法为了保证不出现下降风险，应采用先浇筑絮凝农地梁（300*400*Lmm或其他尺寸，根据当地风载荷值），在其中做好预埋，后用螺丝与光伏支架联接，因为地梁为一个整体，中间不断掉，此举可以保证坡面两侧受力均匀，防止了下降的风险。经估算，光伏组件与支架系统共降低恒载荷标准值约0.4kN/㎡。此种方案适宜外墙容许恒载荷值较高的外墙使用，且对防水层会构成破坏，须要修补防水层。

图132X24光伏布置图（图中黄褐色为地梁位置）

图14光伏组件外墙布置横断面示意图

图15现场安装图

d)物理螺丝直接固定方式：

物理螺母由物理软管、螺杆、垫圈及螺栓组成。物理螺丝是靠与混凝土之间的握裹力和机械咬合力共同作用来抗拔和螺丝本身来抗剪，主要用在新旧结构的联接处，各项热学指标估算时要按照生产厂家提供的资料来进行，由于各类厂家生产的物理粘接剂都不同，所以粘接能力也不同。物理螺母具有耐酸碱、抗老化、可在阴湿环境使用，锚固力强、无膨胀挠度，行距宽度小，适用于空间局促处，安装快捷，融化迅速，节约施工时间等优点。采用物理螺丝直接在混凝土中固定的方案较为简单，施工快捷。此种方案适宜外墙容许恒载荷值过高的外墙使用，但对防水层修补能力要求较高。因为采用此方案须要在混凝土楼顶中钻孔，存在漏水可能性，假如无法做好外墙防水时不建议使用该种方案。

图16现场安装图

➤防雷接地设计

粮库防雷设计前应全面搜集相关资料，比如建筑总平面、当地年平均雷暴日数、工艺设备配置以及原有粮库防雷接地设置等。粮库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要求。应在楼顶设置避雷网（带）、针或借助金属预制构件作为接闪器。楼顶避雷网网格规格不应小于10m×l0m、12m×8m。当光伏组件高出原有楼顶时，应设避雷针或避雷带保护，高出光伏组件约0.2m，避雷网（带）、针、金属预制构件及光伏设备均应与引下线牢靠联接，引下线可按下述方法设置：

1、当粮库为钢筋混凝土结构时，借助其结构通长主钢筋，每处不应多于2根，主钢筋必须钎焊联接。

2、当粮库为轻钢结构时，可以借助其自身防雷接地系统。

以上两种方案必要时均可以制做主接地热轧型钢与地网可靠联接。引下线可用热轧型钢彩钢房如何隔热降温，热轧型钢截面不应大于48mm²，长度不应大于4mm。接地引下数均不应多于2处，宽度不应小于18m，且应对称布置。低压线路宜采用线缆埋地地埋设或沿桥架埋设；线缆的金属外皮、避雷器及绝缘子铁脚应与防雷接地装置相连或单独接地。突出檐口的金属预制构件应与防雷装置可靠联接。通常情况下,粮食楼房仓结构设计满足借助楼房仓基础内钢筋做自然接地体,借助柱内主筋作为防雷引下线,电气装置(金属预制构件、PE/PEN线、电气装置中的接地母线、金属管线等)均应作总等电位连结。楼房仓接地系统采用共用接地的方式,即工作接地、保护接地、防雷接地以及防静电接地共用,要求其接地内阻不小于1Ω。

➤防火设计

粮库应按现行国家标准《建筑灭火器配置设计规范》合理配置灭火器，除此之外，粮库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》GB50016的有关规定。楼房仓存储物品的火警危险性应为丙类，其占地面积及每位防火分区的最大容许建筑面积应符合表1的规定。楼房仓防火分区之间应采用防火墙分隔，防火墙的耐火极限不得高于4h。

耐火等级

每座楼房仓最大容许占地面积和每位防火分区的

最大容许建筑面积

每栋楼房仓

防火分区

一、二级

12000

3000

五级

3000

1000

表1楼房仓占地面积及防火分区中最大容许建筑面积（m²)

➤防水设计

依据《粮食楼房仓设计规范》GB50320的有关规定，储备仓及成品粮库外墙防水等级不应高于I级，其他使用功能的楼房仓外墙防水等级不宜高于I级。金属薄板外墙下层金属外墙不宜采用明螺丝固定，必须采用时，应采取防腐及防漏水举措。拱板楼房仓不宜采用刚性防水层，必须采用时，应采取避免刚性防水层下降的举措。建设分布式电厂时须要仔细勘查了解外墙防水情况，针对早已出现的渗漏、渗水等情况，须要及时修补，同时尽量使用可以用夹钳固定的彩钢瓦檐口，矩形彩钢瓦须要注意强化固定孔位置的防水举措。因为防水要求较高，建议在项目立项时充分考虑由此可能降低的相关举措费，因为防水等级要求不应高于I级，正常情况下相关费用在50~80元/㎡之间。

➤箱变选址与线缆埋设

粮仓楼顶光伏项目，现场环境有一个特征，即粮库与粮库之间几乎全部是硬化桥面，粮库建筑分布和公路布置均很规则，通常建筑之间没有地方可以布置箱变，建议借助绿化带或其他空余地方，同时按照《建筑设计防火规范》、《20KV及以下变电所设计规范》GB50053-2013等规范要求，油浸式变压器离墙的安装距离应不大于10m，因而在分布式光伏电厂设计时，应优先选择湿式变压器。建筑分散和硬化桥面带了另一个问题是线缆的埋设，从楼顶上直流汇流箱或则交流汇流箱下至地面的线缆，有两种方法埋设，一种方法是顶管线缆沟，另一种方法是开挖。开挖技术优点在于不影响周围环境或则影响较小，施工场地小，噪声小，但是才能深入地下作业；开挖技术缺点在于施工时间较长，工程造价高等。在施工方面，可以依据实际情况，同时采用两种施工工艺，以顶管线缆沟为主，开挖技术为辅。

结束语

借助粮食仓储基地的仓顶铺装光伏系统，不但开发了闲置的楼顶资源，更重要的是通过这些技术可实现粮仓隔热保温、防水防漏、环保节能等目标。同时在光伏发电系统设计与建设方面须要愈发充分考虑外墙载荷、建筑系统结构、防火、防雷、防水防漏等方面更高的标准和要求，努力构建“优质、绿色、安全”工程，为国家粮食安全与社会稳定作出更大的贡献。本文通过对光伏粮库的基本特征和建设难点的介绍，让设计人员有个充分的了解，为更好建设分布式光伏发电项目提供了一些参考建议。粮仓仓顶分布式光伏发电项目，在投资建设之初，要充分考虑储粮安全和光伏发电的双重须要，科学设计，悉心施工，使社会资源得到合理借助。