鄧兵　鄭素

摘要：固定式光伏支架系統(tǒng)主要承載著光伏組件的重量、風(fēng)荷載、雪荷載，其對光伏電站的安全和質(zhì)量起到?jīng)Q定性作用，在此基于光伏支架設(shè)計(jì)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，探討固定式光伏支架的設(shè)計(jì)，并對各種支架設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：光伏電站;光伏支架;設(shè)計(jì)要求

前言

中央財(cái)經(jīng)委員會第九次會議，重點(diǎn)指出，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實(shí)施可再生能源替代行動。在此背景下，光伏發(fā)電這一清潔能源迎來了歷史性的發(fā)展機(jī)遇，建設(shè)光伏發(fā)電站離不開光伏支架系統(tǒng)的輔助，其中大型的光伏地面電站離不開大量的固定式光伏支架系統(tǒng)。固定式光伏支架是一種承載光伏組件重量、抵抗風(fēng)荷載、雪荷載的支架結(jié)構(gòu)體系。一般材質(zhì)有鋁合金、不銹鋼、鍍鋅碳鋼、鍍鋁鎂鋅碳鋼、耐候鋼、鍍鎂鋁鋅碳鋼、鍍鎂鋁鋅低合金高強(qiáng)度鋼等。固定式光伏支架系統(tǒng)分為：分布式光伏系統(tǒng)支架（光伏系統(tǒng)附著在建筑物上的一種發(fā)電系統(tǒng)）、地面式光伏系統(tǒng)支架。分布式光伏系統(tǒng)支架：一般安裝在屋面、光伏幕墻面、欄桿面。因?yàn)榻ㄖ锏男问蕉喾N多樣，光伏組件布置各不相同，其支架系統(tǒng)具有很強(qiáng)的多樣性，常用的配件形式有斜撐，立柱，固定連接件（三向連接件，檁托，檁條連接件，抗拔連接件等）。支座一般與既有建筑的承重構(gòu)件相連接，或者能平穩(wěn)放置在屋面上，起到承重和抗拔的作用。地面式光伏系統(tǒng)支架：根據(jù)地形環(huán)境的不同可分為平地式光伏、山地式光伏、水面光伏三大類。光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式一般分為固定式支架和柔性支架，基礎(chǔ)形式一般為預(yù)制管樁、灌注樁、獨(dú)立柱基礎(chǔ)等。常用的地面地面電站的光伏支架配件有前后斜撐，立柱，檁條，拉條，固定連接件（抱箍，檁托，檁條連接件，三角連接件等）

1分布式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)的一般步驟和注意事項(xiàng)：

1.1分布式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)的一般步驟

a.現(xiàn)場踏勘，保證設(shè)計(jì)輸入條件的準(zhǔn)確性（主要是對屋面施工條件，具體光伏支架布置場地大小，屋面障礙物排查清楚），對既有建筑，如果能找到原始藍(lán)圖最佳;b.如果是既有建筑，要對其相關(guān)部位（例如屋頂梁板）進(jìn)行荷載核算，判斷能否承受光伏系統(tǒng)的重量及風(fēng)吸作用下的抗拔驗(yàn)算;c.確定光伏組件陣列排布方式，預(yù)留檢修施工操作面;組件排布方式有多組陣列組合分布，全屋面平鋪布置等方式。多組陣列組合分布方式，可使用常用陣列支架先進(jìn)行排布，多余空缺位置再用不同規(guī)格陣列填補(bǔ)，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率比較高。全屋面平鋪式需要根據(jù)建筑物特點(diǎn)，配合建筑造型，先進(jìn)行支架方案設(shè)計(jì)。此類型屋面光伏系統(tǒng)為特定型產(chǎn)品，設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率較慢，但造型較為美觀。d.將主要的著力點(diǎn)（支座、混凝土壓塊、抗拔連接件等）盡量布置在建筑物主體結(jié)構(gòu)的梁柱上;e.風(fēng)荷載、雪荷載、恒荷載（支架組件荷載）、混凝土壓塊恒荷載的統(tǒng)計(jì);風(fēng)荷載計(jì)算Wk=W0×βz×μs×μz，其中風(fēng)荷載體型系數(shù)取值根據(jù)《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中要求取相應(yīng)參數(shù);雪荷載Sk=S0×μr;其中雪荷載體型系數(shù)取值根據(jù)《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》中要求取相應(yīng)參數(shù);組件恒荷載G=支架重量+組件重量;（組件重量一般取值為1.2～1.8KN/m2）混凝土壓塊重量根據(jù)算的風(fēng)荷載吸力值進(jìn)行取值;f.根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的支架材質(zhì)、考慮25年材料的耐久性，結(jié)構(gòu)形式及連接方式;g.對支架整體進(jìn)行力學(xué)模型驗(yàn)算，選擇符合規(guī)范及滿足力學(xué)性能的構(gòu)件，并對關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算。

1.2分布式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)

a.不同的屋面高度或光伏幕墻高度，一定要考慮風(fēng)荷載的高度修正系數(shù)。在不同高度根據(jù)規(guī)范要求選取合適的高度修正系數(shù)，進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算。b.結(jié)合原有建筑的施工條件和材料運(yùn)輸條件，擬定合理的桿件長度和重量。如果現(xiàn)場沒有合適的吊裝條件，桿件長度不合適會增加施工難度，甚至導(dǎo)致現(xiàn)場無法吊裝。c.光伏支架的安裝角度和高度，要考慮既有建筑的廣告牌、女兒墻，以及屋面其他障礙物的遮擋。d.光伏支架系統(tǒng)的排布要考慮后期檢修及巡檢的通道。e.光伏支架系統(tǒng)的排布設(shè)計(jì)不得影響既有建筑的排水系統(tǒng)，不得破壞既有建筑的保溫隔熱層。f.支架和檁條撓度變形應(yīng)控制不大于1/250，是由于光伏組件的材料較脆弱，變形過大容易導(dǎo)致安裝過程中使組件破裂，另外變形也會導(dǎo)致整體光伏系統(tǒng)的不美觀。g.光伏支架的安裝高度以及外觀與當(dāng)?shù)匾?guī)劃局要求高度是否有沖突，需要提前協(xié)商好。h.當(dāng)支架支座采用混凝土配重塊時，支座處相對于已有建筑表面應(yīng)有足夠的摩擦力，嚴(yán)禁支座產(chǎn)生滑移。支座滑移會導(dǎo)致支架結(jié)構(gòu)變形嚴(yán)重。

2地面式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)的一般步驟和注意事項(xiàng)

2.1地面式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)的一般步驟

a.根據(jù)地勘報(bào)告及現(xiàn)場踏勘情況，結(jié)合組件的安裝角度和安裝高度、當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)壓雪壓、保證基礎(chǔ)承載力和穩(wěn)定性的情況下，設(shè)計(jì)合理的基礎(chǔ)形式;b.根據(jù)光伏組件的排布及安裝角度統(tǒng)計(jì)荷載，計(jì)算并選擇合理的支架形式;c.設(shè)計(jì)安裝簡便，滿足受力要求、經(jīng)濟(jì)可靠的連接節(jié)點(diǎn);d.光伏組件與支架的連接，要根據(jù)組件型號的不同，安裝角度的不同，來選擇可靠且安裝簡便的連接方式（壓塊連接、螺栓連接、螺釘連接等）;e.整個支架系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)要考慮其能消化土建基礎(chǔ)施工誤差的形式;是由于樁基施工可能會存在偏位，標(biāo)高過高過低的問題，支架桿件需要設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)，便于消化土建基礎(chǔ)施工的誤差。f.根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的支架材質(zhì)，需要考慮25年的耐久性。因?yàn)楦鶕?jù)規(guī)范要求光伏支架的使用年限為25年，材料選擇應(yīng)符合規(guī)范要求。g.對支架進(jìn)行整體的力學(xué)模型驗(yàn)算，選擇符合規(guī)范及滿足力學(xué)性能的構(gòu)件，并對關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)算;

2.2地面式光伏系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)時的注意事項(xiàng)

a.根據(jù)《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)范要求，基礎(chǔ)承載力和穩(wěn)定性計(jì)算需要按50年一遇的基本風(fēng)壓和雪壓進(jìn)行驗(yàn)算，支架承載力和穩(wěn)定變形的計(jì)算可以按25年一遇的基本風(fēng)壓和雪壓進(jìn)行驗(yàn)算。b.光伏支架整體計(jì)算時可以按《光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的風(fēng)荷載整體體型系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算檁條時要考慮風(fēng)荷載局部體型系數(shù)增大的影響。c.光伏支架的設(shè)計(jì)要考慮安裝的簡便和消化土建施工、配件制作誤差（如桿件開孔的正負(fù)誤差以及連接的配件開孔的正負(fù)公差）的能力。d.不同的地質(zhì)環(huán)境、路網(wǎng)環(huán)境，設(shè)計(jì)時候要考慮構(gòu)件的大小是否方便搬運(yùn)及二次轉(zhuǎn)運(yùn)。e.光伏支架的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時盡可能的將配件進(jìn)行歸并，考慮配件的通用性，整理成標(biāo)準(zhǔn)配件，對設(shè)計(jì)生產(chǎn)施工更加友好。

3結(jié)語

現(xiàn)在國際能源形式相對嚴(yán)峻，太陽能發(fā)電能源作為一種新的綠色能源正在備受關(guān)注和加以利用。隨著全國以及全世界范圍內(nèi)推廣建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏支架的設(shè)計(jì)實(shí)施是其中必不可少的環(huán)節(jié)。為了確保光伏系統(tǒng)的正常運(yùn)行，光伏支架應(yīng)該在各個不同環(huán)境、工況下滿足不發(fā)生變形、破壞的要求。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，針對兩種固定式光伏支架的設(shè)計(jì)過程以及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)進(jìn)行闡述，使光伏支架設(shè)計(jì)更好的應(yīng)用于實(shí)際項(xiàng)目中。

參考文獻(xiàn)：

[1]代松.太陽能光伏組件的設(shè)計(jì)選型[J].環(huán)球市場信息導(dǎo)報(bào)，2011.01.

[2]周穎.光伏電站支架及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)[J]中國科技信息，2014.02.