陳 忱,方 海,陳祥喜,韓 娟

(1.南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院,江蘇 南京 211800;2.江蘇省防汛防旱搶險(xiǎn)中心,江蘇 南京 211500)

2020年,隨著“碳達(dá)峰”和“碳中和”目標(biāo)的提出,我國(guó)節(jié)能環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)。2021年,中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等15部門提出綠色低碳建設(shè)的意見,提出充分利用、推廣清潔能源。國(guó)際能源署認(rèn)為“太陽(yáng)能成為新的電力之王”[1]。在過去的10年里,光伏發(fā)電一直是世界上增長(zhǎng)最快的發(fā)電來(lái)源。支撐結(jié)構(gòu)是光伏組件的基礎(chǔ),直接影響光伏電站的運(yùn)行安全和建設(shè)投資,良好的光伏支撐結(jié)構(gòu)可以顯著降低建設(shè)和維護(hù)成本,光伏支撐結(jié)構(gòu)主要包括:屋頂和地面太陽(yáng)能支架、水面漂浮系統(tǒng)(圖1)。此外,為了滿足經(jīng)濟(jì)性和安全性的要求,光伏支撐系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是光伏工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前,光伏支撐系統(tǒng)主要有3種類型:固定式、柔性和漂浮式光伏系統(tǒng)。固定安裝光伏系統(tǒng)是傳統(tǒng)的、應(yīng)用最廣泛的光伏系統(tǒng),它們通常安裝在地面和建筑屋頂上。地面光伏系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電,支架常采用鋁、鋼等材料,但尚存在諸多弊端,容易受到氣候及環(huán)境影響,在一些風(fēng)速較大、日照充足且空氣濕度大的地區(qū),這種金屬材料維護(hù)成本較高。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度/剛度高、耐候性優(yōu)、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)[2-5]等特性,替代金屬材料組成光伏支架,具有施工快捷、綜合成本低、耐腐蝕、壽命長(zhǎng)、輕便安全等優(yōu)勢(shì),已成為光伏支撐系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 屋頂、地面和水面光伏支撐結(jié)構(gòu)Fig.1 Photovoltaic supporting structures of roof, ground and water surface

1 建筑光伏支撐系統(tǒng)

屋頂光伏組件安裝在家用、工業(yè)或商業(yè)屋頂上,其中一些模塊被視為建筑材料,例如安裝在屋頂和外墻上。屋頂上的光伏系統(tǒng)不占用生產(chǎn)性土地,而且由于靠近用電系統(tǒng),它們與電力系統(tǒng)的集成相對(duì)容易,屋頂上的太陽(yáng)能光伏發(fā)電提高了能源系統(tǒng)的整體效率?，F(xiàn)有的光伏支撐系統(tǒng)存在一些安全隱患(圖2),光伏結(jié)構(gòu)在遭受大風(fēng)后,傳統(tǒng)支撐系統(tǒng)(一般采用鋁合金和鍍鋅鋼材支架)出現(xiàn)較大且不可逆的塑性變形,導(dǎo)致光伏板脫落,屋頂光伏系統(tǒng)需要在不同屋頂上設(shè)計(jì)合適的連接方式(圖3),可在一定程度上降低隱患。目前,屋頂光伏支撐系統(tǒng)多數(shù)采用支架方式,這種支架方式可以自由調(diào)節(jié)光伏板角度以達(dá)到最大的電能轉(zhuǎn)化率;此外,這種方式安裝簡(jiǎn)單,方便后期清潔維護(hù)。組件支架基礎(chǔ)分為混凝土支墩配重法和預(yù)制混凝土壓塊法等[9]。王瀟羽[10]從傾角、基礎(chǔ)和組件布置3方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),這種支架優(yōu)化方式在保證了發(fā)電量的同時(shí),最大限度地提升了屋面利用率。宮宇飛等[11]將沙堆加載的試驗(yàn)值、有限元模擬值與設(shè)計(jì)模型計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明:3種方式的位移和應(yīng)變的誤差均小于10%,說明提出的沙堆加載方式可在一定程度上與有限元模擬等效。徐悅等[12]通過數(shù)值模擬分析了單層鋁合金光伏支架的抗風(fēng)能力,結(jié)果表明:風(fēng)壓系數(shù)受光伏支撐系統(tǒng)安裝位置和風(fēng)向角影響較大。江繼波等[13]研究了屋面光伏支撐系統(tǒng)所受風(fēng)荷載受建筑周圍遮擋物的影響規(guī)律。

圖2 受臺(tái)風(fēng)破壞的傳統(tǒng)光伏支撐系統(tǒng)[14]Fig.2 Traditional photovoltaic support system damaged by typhoon[14]

圖3 建筑太陽(yáng)能板安裝示例Fig.3 Examples of solar panel installation

近年來(lái),光伏建筑一體化更是我國(guó)政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。光伏建筑一體化技術(shù)是將太陽(yáng)能電池與建筑材料復(fù)合在一起(圖4),使其成為建筑構(gòu)件的一部分[17-22]。光伏瓦采用我國(guó)傳統(tǒng)建筑瓦片和西式平板瓦的統(tǒng)一模數(shù),具有高強(qiáng)度、低密度、長(zhǎng)壽命、低吸水率、抗紫外線輻射、防腐蝕性強(qiáng)的特點(diǎn),用坡型屋面太陽(yáng)能電力發(fā)電,可以實(shí)現(xiàn)建筑冬暖夏涼、長(zhǎng)期保持屋面整潔,同時(shí)可產(chǎn)生建筑需要的充足電力。

圖4 光伏建筑一體化案例Fig.4 Examples of photovoltaic building integration

2 地面光伏支撐系統(tǒng)

地面光伏不依賴于周圍環(huán)境,在沙漠、草原、山地和海灘均可建造。常規(guī)的地面光伏支架按基礎(chǔ)類型分類有:螺旋樁、灌注樁、混凝土管樁、柔性拉索地、固定季節(jié)可調(diào)地面光伏支架等。螺旋樁地面光伏支架的可調(diào)節(jié)性高。灌注樁地面光伏支架采用機(jī)械化成孔,施工方便,人工用量較少,對(duì)地表土破壞及擾動(dòng)小,可穿透堅(jiān)硬的土層,基礎(chǔ)頂面標(biāo)高可以調(diào)節(jié),可適應(yīng)地形起伏變化。由于支架所采用的灌注樁基礎(chǔ)樁徑較小,需滿足成孔過程中不塌孔的條件,不適用于軟弱土、松散砂土、碎石土和地下水位較高的場(chǎng)地。與固定式支架相比,采用柔性支架有顯著的優(yōu)勢(shì),柔性支架擁有更大的空間利用率與更強(qiáng)的抗風(fēng)能力。固定季節(jié)可調(diào)地面光伏支架可以根據(jù)季節(jié)變化隨意調(diào)整傾斜角度和跨距,可以保證光伏所受輻射量保持在最大值,可直接提升光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。

Jubayer等[25]采用數(shù)值方法研究了不同風(fēng)向的風(fēng)對(duì)地面獨(dú)立光伏系統(tǒng)的影響,結(jié)果表明:在4個(gè)不同的風(fēng)向下,最大風(fēng)荷載都出現(xiàn)在前緣附近。Abiola等[26]在風(fēng)洞中對(duì)由24塊光伏電池板組成的光伏組件上下表面的壓力場(chǎng)進(jìn)行了4種不同風(fēng)向的實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明:在迎風(fēng)(0°和180°)作用下,光伏電池板表面的壓力分布呈中心對(duì)稱,在其他風(fēng)向下不對(duì)稱。在大型光伏組件中不可避免的面板間隙會(huì)影響組件的表面壓力場(chǎng)。正如預(yù)期的那樣,光伏電池板表面的壓力隨著其傾角的增大而增大。研究還發(fā)現(xiàn),在平坦風(fēng)場(chǎng)下,光伏組件上的平均壓力比在開闊地面風(fēng)場(chǎng)下的平均壓力要高。面板間隙對(duì)組件表面壓力場(chǎng)有一定的影響,尤其是暴露在直風(fēng)中的組件,但組件的相對(duì)風(fēng)向也會(huì)影響表面壓力場(chǎng)。Jubayer等[27]提供了與陣列周圍的風(fēng)場(chǎng)相關(guān)的陣列上的風(fēng)荷載詳細(xì)分析,結(jié)果表明:對(duì)于0°和180°風(fēng)向,第3排的風(fēng)荷載(升力、阻力和力矩)最小,而對(duì)于45°和135°風(fēng)向,第2和4排遇到的風(fēng)荷載(升力和阻力)最小。對(duì)于第2～5排,斜風(fēng)(45°和135°)的風(fēng)荷載(升力和阻力)高于直風(fēng)(0°和180°)的風(fēng)荷載。就最大傾覆力矩而言,45°和135°風(fēng)向最為關(guān)鍵,每排的傾覆力矩系數(shù)相近。蔚博琛等[28]利用數(shù)值模擬研究了支座沉降對(duì)光伏支撐系統(tǒng)的影響,結(jié)果表明:光伏支撐系統(tǒng)中地質(zhì)條件及基礎(chǔ)形式對(duì)光伏支架受力有較大影響,一旦發(fā)生支座沉降,光伏支架內(nèi)力顯著增大。唐俊福等[29]對(duì)比了3種柔性支架的性能,結(jié)果表明:地質(zhì)條件良好條件下可采用斜拉索柔性支架,其承載能力優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)。王東等[30]采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合的方法得出光伏系統(tǒng)所受風(fēng)荷載影響規(guī)律。He等[31]采用有限元方法,對(duì)新型纜索支撐光伏系統(tǒng)(圖5)的振型、模態(tài)頻率和非線性結(jié)構(gòu)剛度等結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了數(shù)值研究,結(jié)果表明:扭轉(zhuǎn)位移和扭轉(zhuǎn)剛度的增大有利于新光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性,該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的承載能力和較高的應(yīng)用潛力。在相同的預(yù)張力條件下,新型纜索支撐光伏系統(tǒng)的垂跨比僅為傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)的7.9%;此外,新型纜索支撐光伏系統(tǒng)比傳統(tǒng)光伏系統(tǒng)具有更大的跨度,纜索的預(yù)張力和直徑是影響新型纜索支撐光伏系統(tǒng)極限承載力的主要因素。

圖5 纜索支撐光伏系統(tǒng)[31]Fig.5 Cable supported photovoltaic system[31]

鹽堿地或近海區(qū)域的光伏支架常常位于熱帶或亞熱帶區(qū)域(圖6),需抵御潮濕、鹽堿化的自然條件,光伏支架立柱腐蝕問題嚴(yán)重。針對(duì)光伏支架導(dǎo)電、易銹蝕、質(zhì)量大等問題,南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)工程復(fù)合材料研究中心開發(fā)了一種以多軸向纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料拉擠型材為受力構(gòu)件的輕量化光伏支架(圖7),這種支架可大幅降低維護(hù)成本、抗腐蝕性強(qiáng)、易安裝,并且可以很好彌補(bǔ)金屬支架的不足,為光伏電站建設(shè)提供生態(tài)環(huán)保的綠色建材。

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比,屬低能耗材,其大范圍推廣應(yīng)用為光伏電站建設(shè)領(lǐng)域節(jié)能減排提供了有效途徑;解決了目前支撐使用壽命無(wú)法與光伏電站全生命周期相匹配的難題;為光伏電站建設(shè)提供可工業(yè)化制造、可設(shè)計(jì)性更強(qiáng)的裝配式結(jié)構(gòu)。根據(jù)工程需要,可設(shè)計(jì)并制造各種形狀、尺寸和體量的構(gòu)件和結(jié)構(gòu),運(yùn)輸方便,現(xiàn)場(chǎng)拼裝簡(jiǎn)單快捷。此外,玻璃纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的軸向拉伸性能[32],并且其固有的平面內(nèi)材料剛度不足,可通過空間結(jié)構(gòu)補(bǔ)償。

馮鵬等[33]研究了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料人行天橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)指標(biāo),分析了大截面纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材斜拉橋的受力性能,結(jié)果表明:該斜拉橋的承載力滿足設(shè)計(jì)需求,變形與振動(dòng)為其關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)。柏宇等[34]針對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料型材桁架人行橋開展動(dòng)力性能研究,結(jié)果表明:復(fù)合材料型材的動(dòng)力性能及耐久性優(yōu)異,組成的空間結(jié)構(gòu)能夠很好滿足承載力要求。Bai等[35]提出了一種新的方法,解釋了脆性線彈性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的非線性大變形能力,這種性能在結(jié)構(gòu)層面上是通過在壓縮中對(duì)某些結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行后屈曲來(lái)實(shí)現(xiàn)的,在此過程中,變形顯著增大,而不會(huì)損失承載能力,直至達(dá)到材料強(qiáng)度,并且在去除外加荷載后,后屈曲過程中的大變形可以恢復(fù);此外,利用該方法得到的非線性大變形能力與材料的延性無(wú)關(guān)。Zhang等[36]設(shè)計(jì)了一種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-鋁組合空間桁架結(jié)構(gòu),試驗(yàn)結(jié)果表明:提出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-鋁組合空間桁架橋,在極限狀態(tài)荷載水平下,力學(xué)性能呈線性,并且其結(jié)構(gòu)抗彎性能良好。孫慧明等[37]提出了一種新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料桁架橋,靜載試驗(yàn)表明:該桁架橋具有較高的剛度與承載力。Yang等[38]對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了疲勞試驗(yàn),結(jié)果表明:施加的疲勞沒有降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件和連接強(qiáng)度。張冬冬等[39]提出一種新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-金屬組合空間桁架結(jié)構(gòu),并進(jìn)行靜載與車載試驗(yàn),測(cè)試其彎曲性能與最大承載力,結(jié)果表明:該結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮纖維增強(qiáng)復(fù)合材料圓管的單向力學(xué)性能。由此可見,由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料組成的空間結(jié)構(gòu)具有良好的安全儲(chǔ)備,完全可設(shè)計(jì)為光伏支撐結(jié)構(gòu)。

圖6 近海區(qū)域的光伏支架立柱[40]Fig.6 Photovoltaic support column in offshore area[40]

圖7 復(fù)合材料拉擠型材光伏支架Fig.7 Composite extruded profile photovoltaic support

3 水面光伏支撐系統(tǒng)

中國(guó)光資源豐富的西北地區(qū)并非用電負(fù)荷中心,且存在棄光率較高問題,而用電負(fù)荷程度極大的東部和南部等地區(qū)可供建設(shè)地面光伏發(fā)電系統(tǒng)的土地資源較少,難以實(shí)現(xiàn)地面光伏發(fā)電系統(tǒng)的大規(guī)模發(fā)展。除此之外,目前國(guó)內(nèi)還存在著許多離網(wǎng)運(yùn)行且裝機(jī)容量較小的魚塘光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏大棚。然而,上述光伏發(fā)電系統(tǒng)均存在著發(fā)電規(guī)模受限和發(fā)展不穩(wěn)定因素較多等問題。因此,為解決地面光伏發(fā)電系統(tǒng)土地資源需求及發(fā)展規(guī)模受限等問題,基于我國(guó)具有的廣闊水域面積,水面光伏發(fā)電系統(tǒng)已受到越來(lái)越多的關(guān)注,并將成為有效克服上述諸多發(fā)展難題的重要途徑。

水面漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新型的光伏電站應(yīng)用形式,目前在市場(chǎng)上還未得到大范圍的推廣和應(yīng)用。由于水面光伏發(fā)電系統(tǒng)幾乎適用于海洋、湖泊、河流等所有類型的水域環(huán)境[41],可節(jié)省大量土地資源;同時(shí),水面光伏發(fā)電系統(tǒng)還可節(jié)省大量的土建工作,有效地縮短水面光伏電站項(xiàng)目的施工安裝周期;此外,水面光伏發(fā)電系統(tǒng)覆蓋的水域面積較大,能夠減少水域的蒸發(fā)量,從而起到抑制藻類生長(zhǎng)和保護(hù)水域環(huán)境的作用,因此水面光伏發(fā)電系統(tǒng)具有較高的研究?jī)r(jià)值和較好的應(yīng)用前景。

水面光伏系統(tǒng)通過浮體承載上部結(jié)構(gòu),并通過錨索結(jié)構(gòu)固定于岸邊和水底[38]。傳統(tǒng)水面漂浮式光伏浮體結(jié)構(gòu)有混凝土樁柱架高式支架、高密度聚乙烯(HDPE)塑料浮筒支架、混凝土浮箱支架、薄壁金屬浮箱支架等,存在耐候性較差、使用壽命短、維護(hù)成本高、抗風(fēng)浪性能差等不足。

Aly[42]研究了幾何尺度和入流湍流特性作為高不確定性的潛在原因,采用的計(jì)算流體力學(xué)模擬可作為全尺度模擬風(fēng)荷載的補(bǔ)充工具,并將模擬結(jié)果與現(xiàn)有的風(fēng)洞數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較,結(jié)果表明:尺寸效應(yīng)是造成風(fēng)荷載峰值差異的主要原因,采用適當(dāng)?shù)娜肓魍牧骱秃线m的測(cè)試方案可以避免這種差異。陶鐵鈴等[43]提出了一種新型水面光伏組件支撐,如圖8所示。田縱橫等[44]采用莆田-鶴地水庫(kù)波浪要素計(jì)算公式,得到了水面光伏浮體在波浪作用下的6種危險(xiǎn)波工況。金乾等[45]提出一種新型異徑浮管式水面光伏漂浮系統(tǒng),該系統(tǒng)親水性好、耐老化。唐湘茜等[46]研發(fā)了一種插拔式水面光伏漂浮系統(tǒng),并應(yīng)用于各地光伏發(fā)電工程,如廣西桂冠巖灘水光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程(圖9),解決了現(xiàn)有光伏浮體親水性差、影響水下生態(tài)等難題。

圖8 立體限位式水面光伏組件支撐[43]Fig.8 Three-dimensional limited water surface photovoltaic module support[43]

圖9 水面光伏應(yīng)用案例[45]Fig.9 Application cases of water surface photovoltaic[45]

水面漂浮式光伏發(fā)電系統(tǒng)上部結(jié)構(gòu)固定于浮體之上,浮體為上部結(jié)構(gòu)提供足夠的浮力,同時(shí)也可以避免由風(fēng)、浪、流作用所引起的荷載傳遞至光伏組件,而導(dǎo)致光伏組件的損壞。浮體之間主要采用銷栓連接,過道平臺(tái)也可以起到連接浮體的作用。塑料浮體易于加工、可回收利用、初期建造成本較低,使得光伏電站項(xiàng)目的前期投資相對(duì)較低,可以得到較好地推廣和應(yīng)用;但是,由于塑料本身存在著耐腐蝕性能差的特點(diǎn),使得塑料浮體的使用壽命難以得到保證,項(xiàng)目的后期維護(hù)費(fèi)用相對(duì)較高,嚴(yán)重影響光伏電站項(xiàng)目的整體經(jīng)濟(jì)性,實(shí)際上傳統(tǒng)塑料浮體使用壽命最長(zhǎng)僅為10～15年左右。

肖福勤等[47]為漂浮式光伏電站的風(fēng)、浪、流等多種環(huán)境荷載下的數(shù)值預(yù)報(bào)提供了方法。Han等[48]提出了一種用于光伏發(fā)電的新型自浮式纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(圖10),主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件:主梁采用玻璃鋼復(fù)合管體系,次梁采用鍍鋅鋼矩形空心截面組成浮式平臺(tái),頂部設(shè)有無(wú)軌支撐架,通過實(shí)驗(yàn)研究了不同纖維鋪層復(fù)合材料對(duì)主梁力學(xué)性能的影響;同時(shí),基于雙向流固耦合數(shù)值模擬方法研究了該浮體系統(tǒng)的水動(dòng)力特性(圖11),并對(duì)所提出的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在一定水環(huán)境下的功能性和結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評(píng)估,為建設(shè)具有獨(dú)特耐蝕性優(yōu)勢(shì)的復(fù)合材料浮式光伏電站提供了一種解決方案。楊晨等[49-50]通過復(fù)合浮體系統(tǒng)的受力試驗(yàn)與模擬,測(cè)試了該浮體結(jié)構(gòu)抵御風(fēng)、浪、流作用的能力,結(jié)果表明:此結(jié)構(gòu)既節(jié)省材料,又方便組裝,能夠有效抵御風(fēng)、浪組合作用。根據(jù)目前的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),這種復(fù)合結(jié)構(gòu)獨(dú)特的耐蝕性和輕質(zhì)高強(qiáng)優(yōu)勢(shì)有助于節(jié)約成本,在水環(huán)境中的服役壽命較長(zhǎng)。

圖10 自浮式纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)[48] Fig.10 Floating fiber reinforced polymer composite structure[48]

圖11 水面光伏浮體流固耦合模擬[48]Fig.11 Fluid-solid coupling simulation of water surface photovoltaic floating body[48]

4 結(jié)論與展望

纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料為光伏支撐系統(tǒng)領(lǐng)域帶來(lái)了大量新的機(jī)遇與挑戰(zhàn),開發(fā)新型支撐結(jié)構(gòu)及采用新型材料制備光伏支撐系統(tǒng)刻不容緩。本文對(duì)傳統(tǒng)材料及復(fù)合材料光伏支撐系統(tǒng)在光伏領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用進(jìn)行了介紹,結(jié)論與展望如下:

1)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料相比,纖維增強(qiáng)復(fù)合材料屬于低能耗材料,并且其在濕熱地區(qū)的抗腐蝕能力優(yōu)于傳統(tǒng)鋼構(gòu)件,其推廣應(yīng)用可為光伏電站建設(shè)領(lǐng)域的節(jié)能減碳提供有效途徑,可解決目前光伏支撐結(jié)構(gòu)的使用壽命無(wú)法與光伏電站全生命周期相匹配的難題。

2)地面及屋面光伏支撐系統(tǒng)所受風(fēng)荷載較大,而光伏陣列中第一排光伏支撐結(jié)構(gòu)所受荷載通常高于其他排,因此可在第一排光伏支撐結(jié)構(gòu)中采用大截面復(fù)合材料型材,并對(duì)后排光伏支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化,可滿足力學(xué)性能要求,并降低成本。此外,在風(fēng)、雪及地震荷載下需對(duì)關(guān)鍵連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行受力分析,并開展足尺光伏支撐系統(tǒng)風(fēng)洞力學(xué)性能試驗(yàn)研究,還需長(zhǎng)期監(jiān)控復(fù)合材料光伏支架在組合荷載下的蠕變、疲勞和耐久性能。

3)對(duì)于水面光伏浮體結(jié)構(gòu),需開展其在波流與風(fēng)荷載聯(lián)合作用下的力學(xué)性能研究,不斷完善纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料浮體支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,并開拓纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在近海漂浮式光伏系統(tǒng)中的研發(fā)與應(yīng)用,從而設(shè)計(jì)出低成本、安全可靠的水面光伏浮體支撐結(jié)構(gòu)。