光伏支架（精选4篇）
光伏支架 篇1
1 引言
太阳能作为一种资源丰富, 分布广泛且可永久利用的可再生能源, 其在全球能源结构中的比重持续增大, 具有极大的开发潜力[1]。截至2015 年9 月底, 全国光伏发电装机容量达到3795 ×104k W, 1 ~9 月全国新增光伏发电装机容量990 ×104k W, 装机规模位居世界首位。“十三五”我国将持续壮大太阳能光伏发电市场规模, 初步规划“十三五”光伏装机规模目标将达1.5×108k W, 即每年新增约2000×104k W, 光伏发电容量占能源供应的比例进一步加大, 市场前景极为广阔[2,3]。
随着用于光伏电站开发的平地资源越来越稀少, 山地光伏的开发得到业界越来越多的重视。相对于平地光伏而言, 山地光伏场区地形起伏蜿蜒, 坡度坡向各异, 若按平地光伏布置方式进行光伏系统布置, 为保证组件东西向在同一平面内势必会增加支架型材截面和用量, 同时为避免组件间的阴影遮挡势必会加大阵列南北向间距, 增加单位建设容量的占地面积, 工程造价将大幅提高。因此, 山地光伏系统布置一般采用依山就势、顺坡布置的方式, 即组件南北向倾角按照项目所在地最佳倾角布置, 东西向倾角顺山势坡度控制在12°角度范围内。组件南北向、东西向倾角通过支架系统进行调节和控制, 因此, 基础与支架立柱连接要求有一定的调整空间。受限于地形和坡度的影响, 山地光伏支架基础往往作业面较小, 无法进行大规模机械化施工。同时, 由于山地光伏场区地表多为强风化砂砾岩、片岩等较为坚硬的地质条件, 导致山地光伏支架基础较平地光伏施工难度大、成本高, 施工周期也更长。
2 传统光伏支架基础
光伏支架基础受项目场址建设条件及施工环境影响较大, 量多面广, 施工周期长, 是光伏电站建设过程中最为关键的内容和环节之一。目前, 广泛应用的光伏支架基础型式主要有钢制螺旋地锚基础、微孔灌注桩基础、预应力管桩基础、钢筋混凝土独立基础等[4~7]。
钢制螺旋地锚基础在钢制地锚钢管上以一定螺距、倾角焊接一定数量和直径的叶片, 形成螺旋型桩体, 通过螺旋锚钻井机将螺旋地锚基础旋进地基砂土, 多用于粉土、粉质黏土等表层土地区。因钢制地锚钢管直接与地基土接触, 需采用热镀锌防腐工艺来延长螺旋桩使用寿命, 基础成本相对较高。
微孔灌注桩基础为圆柱形钢筋混凝土结构, 桩身较长, 基础开挖土石方量较大。基础施工工序包含采用专业机械设备钻孔机进行成孔, 绑扎制作钢筋笼, 钢筋笼定位固定, 桩身混凝土浇筑及振捣等, 工序繁琐且施工工艺较复杂。
预应力管桩基础在混凝土浇筑前, 采用先张法张拉钢筋, 产生预应力后再浇筑混凝土预制成桩。管桩需采用沉桩机压桩施工, 对施工作业面、机械化程度要求较高, 适用于以人工填土、软土、黏性土、粉土、粉砂、细砂、中砂为覆盖层且密实耐打的地质条件, 应用有限。
钢筋混凝土独立基础多为阶梯形现浇或预制钢筋混凝土结构, 基础开挖土石方及回填工程量大。为避免产生较大的不均匀沉降, 钢筋混凝土独立基础多用于地基承载力高的场区, 不易调整基础高度。同时基础施工需要进行基础定位、基础开挖、模板制作、钢筋绑扎定位、混凝土浇筑、养护、拆模等工序, 施工工期长。
上述传统光伏支架基础型式在山地光伏项目建设中应用受限, 无法解决山地光伏地形和地质条件下基础工程量大、基础投入造价高、施工周期长、支架不易调整等的难题。本文根据山地光伏特点, 对支架基础进行创新设计, 提出一种适用于山地光伏的新型支架基础型式———机械成孔钢管地锚基础。
3 机械成孔钢管地锚基础创新设计
3. 1 机械成孔钢管地锚基础结构型式
机械成孔钢管地锚基础桩身呈圆柱体, 现浇素混凝土, 直径一般为130~150mm之间, 桩身长度一般不超过2m, 桩身全部埋入地表以下, 如图1 和图2 所示。
基础顶部预埋1根轴对称直缝镀锌圆形钢管, 避免了角钢、方钢等截面不易旋转调整的弊病, 有效解决了山地条件下基础施工定位不易、质量控制难度大的问题。支架立柱与基础预埋钢管采用承插式定位连接, 支架立柱可以在基础钢管里自由伸缩调整高度, 满足了山地光伏支架角度的调整需求。立柱与基础钢管通过紧固螺栓和对穿螺栓进行固定, 如图3和图4所示, 其中紧固螺栓用于立柱高度和支架倾角调整前的临时固定, 对穿螺栓用于调整完成后的紧固连接。采用螺栓机械连接, 质量稳定可靠, 操作方便, 不需要焊接或现场电源, 不受气候条件影响, 施工效率高。
光伏组件及支架系统为朝南布置, 主要荷载为南北向风压及组件自重[8,9]。针对基础荷载特点, 基础中预埋的镀锌钢管沿其主受力方向 (南北向) 焊接2 根带肋钢筋, 并下引至桩身底部, 见图2。钢筋长度根据基础成孔深度及桩身长度灵活选取, 钢筋与预埋钢管之间采用满焊焊接, 基础钢管和下引钢筋采用场外集中批量加工方式, 生产效率高, 可有效提高支架基础施工效率。
3. 2 机械成孔钢管地锚基础的优势
基础钢管沿其主受力方向焊接下引带肋钢筋, 有效提高了基础的抗拔性能, 增加了基础钢管与混凝土的锚固长度, 减小了基础钢管的长度。得益于机械成孔钢管地锚基础良好的力学性能, 基础所需成孔直径和深度较小, 有效降低了支架基础的工程造价。
支架立柱钢管可以在基础钢管里面自由伸缩调整高度, 有效解决了山地光伏支架倾角调整要求高、立柱高度调节不易的问题, 对地形变化适应力强, 可广泛应用于低山丘陵、地表障碍物 (基岩) 出露、局部坡度 (高差) 变化剧烈等复杂地形区域。
基础施工采用履带式液压潜孔钻机配合空压机进行沉孔, 穿透力强, 可适应强风化砂砾岩、片岩等坚硬地质条件, 可施工性强。履带式钻机抓地性能好, 能适应山地起伏、坡度较大的施工作业面要求。采用机械化流水线沉孔作业, 单机单日可沉孔100~200 个, 人工成本低, 施工效率高。
3. 3 机械成孔钢管地锚基础的工程应用及效益分析
机械成孔钢管地锚基础已在某设计院的多个EPC总承包光伏并网发电项目工程中得到应用, 项目建设区域覆盖了云南、新疆、湖北等地, 地形为山地、戈壁滩、丘陵, 地形及地质条件复杂, 如图5 所示。采用该型基础有效节约了工程造价, 工程应用效果显著。
云南施甸木瓜山30MWp光伏发电工程共2760个一级阵列，每个阵列14个基础，较该项目可研阶段原设计方案钢筋混凝土地锚基础，共计约工程造价193.2万元，如表1所示。
新疆阳光温泉一期30MWp光伏并网发电工程共2 940个一级阵列, 每个阵列16 个基础, 较该项目初步设计阶段提供的钢筋混凝土微孔灌注桩基础方案, 共计节约工程造价141.12 万元, 如表2 所示。
湖北随州淅河100MWp光伏发电工程共18 520 个一级阵列, 每个阵列8 个基础, 较该项目可研阶段原设计方案钢筋混凝土地锚基础, 共计节约工程造价518.56 万元, 如表3 所示。
4 结论
山地光伏发电项目市场前景广阔, 光伏支架基础量多面广, 施工周期长, 是光伏电站建设过程中最为关键的内容和环节之一。本文提出的机械成孔钢管地锚基础力学性能好, 工程造价低, 施工方式灵活, 机械化施工效率高, 能有效适应山地光伏复杂地形和地质条件, 对于传统光伏支架基础有较大优势, 在工程实际应用中有效节约工程造价, 效果显著, 可在行业内大范围推广。
摘要：针对山地光伏复杂地形和地质条件下光伏支架基础工程量大、支架调整难度大、基础工程造价高、施工周期长的难题, 在传统支架基础上进行创新设计, 提出了一种可适用于山地光伏的新型支架基础型式, 该型基础力学性能好, 工程造价低, 施工效率高, 能有效适应山地光伏应用环境, 可在行业内大范围推广。
关键词：光伏支架基础,山地光伏电站,创新设计
参考文献
[1]乔俊强, 李世民.全球光伏市场动态与展望[J].太阳能, 2015 (4) :1216.
[2]国家能源局.2014年光伏发电统计信息[EB/OL].http://www.nea.gov.cn/2015-03/09/c_134049519.htm, 2015-03-09.
[3]国家能源局.国家能源局关于下达2015年光伏发电建设实施方案的通知[EB/OL].http://zfxxgk.nea.gov.cn/auto87/201503/t20150318_1891.htm, 2015-03-16.
[4]杨文, 田富银.泰国某光伏发电示范工程支架基础选型设计探讨[J].低碳世界, 2014 (22) :105-106.
[5]闫健, 刘健全.大型光伏电站扰动区支架基础选型的探讨[J].太阳能.2013 (23) :36-39.
[6]Umberto Desideri, Pietro Elia Campana.Analysis and comparison between a concentrating solar and a photovoltaic power plant[J].Applied Energy.2014, 113 (8) :422-433.
[7]Brandon Duquette, Todd Otanicar.Comparative Economic Analysis of Concentrating Solar Technologies[J].J.Sol.Energy Eng.2013, 135 (2) 145-150.
[8]GB5007-2011建筑地基基础设计规范[S].
[9]GB50797-2012光伏发电站设计规范[S].
光伏支架 篇2
2. 支持新能源是美德!
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光伏支架 篇3
关键字 光伏 山区 组件支架
1.引言
随着人类的发展能源消耗不斷增加，世界上的化石能源总有一天会消耗殆尽。由于大量燃烧煤炭使环境日益恶化，太阳能作为巨量的可再生能源，引起了人们的重视，政府也在逐步动产业的发展。经调研，我国太阳能建设条件中和中国目前的已建成光伏项目中，山区在中国的项目占比中约为70%。
2.正文
我国太阳光照较充足的地区多数为山地光伏，下面我对山地光伏支架的设计谈谈自己的看法。
一、山区光伏电站建设的特点
山区往往远离城市人口稠密区和交通主干道，地形起伏，若施工场所定位在此等地区，施工前期要做大量准备工作，如果准备欠充分，容易在施工期间对整体施工部署造成困扰，形成不同的安全、质量和工期隐患。因此，了解山地建筑的施工特点，然后进行合理的施工部署和施工安排，就显得尤为必要。由于山地未经开发，地表往往被植物和森林覆盖，地表高低起伏，地形高差大，容易形成不同于平地的山风。设计电站建设时，应比一般地区承载力和抗拔力设计值高。山区地势坎坷不平，坡多路险，人员设备进场时都有很大的困难。如果不能进行大规模的场地平整，特别是大型机械，将很难开进施工现场。在有坡度的山地施工时，像多数履带式打桩机的安全工作倾角是小于30度，胶轮式打桩机是15度。工人施工时危险性更高。因此，施工时必须精心考虑施工时的安全问题。雨季山水汇流，容易形成山洪，造成自然灾害。施工时必须考虑防范措施。由于岩层和土体的风化，容易形成土体坍塌和山体滑坡。在岩、土体稳定性差的地区，雨季大的山洪甚至能够引发泥石流等大的自然生态灾害。岩石结构紧密，硬度较大，给施工带来了相当大的麻烦。山区光伏电站的建设对设备、原材料以及施工方法的要求相对比较严格和保守，并且施工成本较高，高出20%-30%是很正常的。
山区光伏电站施工建设也并不是一味的困难重重，也有自身的优势：山区拥有大量的空间资源且土地购买成本比较低。除了施工、检修和维护外，山区光伏电站基本不影响人们的生活。管理方便，山区一般位于无人居住的地方，可尽量少人为因素造成的对电站建设和维护的影响。光照资源丰富，有坡度的地区，可以更紧密地安装组件，不必更多的考虑阴影的影响。
根据以上特点，建设山区光伏电站之前必须进行详细的场地调查。场地调查的目的，是对整个施工场地的地形地貌、自然灾害等对施工场区的影响进调查了解，熟悉场地情况，为下一步的施工部署做好充分的准备。在调查过程中应注意以下几个方面：要了解整个施工场区地形地貌，并根据施工场区的地形地貌，对场地的工程地质做一大致合理的推断。了解整个施工场区自然灾害历史情况。包括山风强度和风向，山洪的季节，雷击区域等。
二、山区光伏电站基础设计施工的特点
山区光伏电站建设因其地质条件的复杂性，其重点和难点主要集中在基础建设上。
1.设计特点：
（1）地质灾害预防设计：由于山区复杂的地质情况，容易发生山洪、滑坡、土体坍塌或泥石流等地质灾害，所以设计时应作出严格的地质灾害防治措施，做好边坡支护和疏水设施。
（2）结构稳定性设计：基础抗拔满足要求，保证基础周遭土体稳定性。
2.施工特点：
（1）不同地质，不同的施工方法。为节约成本和提高效率，在满足条件的情况下，尽量选择螺旋钢桩。岩石地层或其他不适合旋桩的地层采用对应的施工方法。一般可选择锚杆混凝土桩施工工艺和潜孔灌注桩施工工艺。
（2）地表形式不同，采用不同的设备。地势平坦的可开进大型机械设备的，尽量机械施工。坡度较大的，大型机械难以进入的可选择小型化设备。
（3）施工过程中要注意设备生产安全，人员安全，防雷防火。
三、山区光伏电站支架设计安装的特点
光伏阵列可分为固定式和跟踪式两类，一般山区多数采用固定式。
光伏方阵采用固定式布置时，最佳倾角应结合当地的多年月平均辐照度、直射分量辐照度、散射分量辐照度、风速、雨水、积雪等气候条件和技术经济比对进行设计。
四、组件支架强度计算
支架是安装从下端到上端高度为4m以下的太阳能电池阵列时使用。计算因从支架前面吹来（顺风）的风压及从支架后面吹来（逆风）的风压引起的材料的弯曲强度和弯曲量，支撑臂的压曲（压缩）以及拉伸强度，安装螺栓的强度等，并确认强度。
五、基础稳定性计算
太阳能组件支架结构设计时的载荷，主要有组件等构件自重和风压载荷、积雪载荷等。在我国宁夏地区电池列阵损坏多数在强风中发生，所以在计算支架结构时，假设荷载中一般最大的载荷就是风载荷。
自重载荷：主要包括组件的质量、檩条的质量、前后立柱的质量及其他荷重。
风压载荷：假设从后面吹来的风为W
W=1/2*（Cw*P*V2*S）*α*I*J
式中Cw为风力系数，P为空气密度，V为风速，S为迎风面积，α为高度补正系数，J为环境系数。再计算檩条强度、前后立柱强度和螺栓的强度。
最后，对光伏支架的其他几点建议：
支架列阵的侧向稳定性：列阵的侧向风载荷对支架列阵产生脉冲冲击载荷，与风速风频均有关。在支架的侧面与背面加斜向上拉筋，会减少支架列阵震动，增加支架的稳定性。在支架列阵的防风面加一道1.21m的防风土墙，将会较大程度的降低光伏列阵的风载荷系数。对螺旋管桩的防腐要求也比较严格，螺旋桩在基础中不仅需要满足抗压、抗拔抗水平剪切的强度要求外，还需要满足土壤对螺旋钢桩的侵蚀，需要权威检测机构对螺旋钢桩的抗腐蚀性给出评价。
参考文献：
[1]杨金焕.固定式光伏方阵最佳倾角分析[J].太阳能学报，1992，3（1）.
[2]建筑桩基础技术规范JGJ94-2008.
作者简介：
浅议倾斜角可调光伏支架的设计 篇4
近年来, 由于传统发电系统所利用的燃料都是煤、天然气等有限自然资源, 且它们的燃烧产物, 大多都会给自然环境造成比较大的污染, 所以, 在高科技技术的引领之下, 我国逐渐将光能、水能以及风能等清洁能源应用在了发电系统的设计当中, 从而让其有效缓解了我国能源短缺以及环境污染的严重程度。而倾斜角可调光伏支架, 是一种以光能为主要动力能源的新型发电系统, 它的基本实现原理是:利用太阳跟随四季不断变动高度角的规律, 让光伏支架的倾斜角可以随之产生不断的变化, 使光伏支架能够达到最适倾斜角, 从而在最大限度之内, 提高对太阳能的利用率, 并产生具有较高安全性、稳定性以及可靠性的电能。
二、探析倾斜角可调光伏支架的设计
倾斜角可调光伏支架的组成结构较为复杂, 主要包括:调节水箱、蓄水池、连杆、进水管道、水泵、控制器、各种电气设备以及出水管道等, 如图1所示, 即为倾斜角可调光伏支架的结构设计图。
从图1中, 我们能够看出:倾斜角可调光伏支架的连杆系统可被划分成为三个部分, 它们分别是:连杆一组成系统, 连杆二组成系统 (主要用来对光伏支架的各个组件进行安装的) 以及连杆三组成系统 (其设计方式主要为“平面垂直式”) 。其次, 连杆系统的连接方式为:连杆一组成系统中的1连杆, 通过一个特定的固件, 使其一端和水平面进行稳定的连接, 而它的另一端, 则通过固件和连杆二组成系统中的4连杆进行有效连接。连杆三组成系统中的6连杆, 借助一个特定固件, 将其的一端和连杆二组成系统中的连杆4进行完整连接, 而连杆一组成系统中的1连杆和连杆三组成系统中的6连杆, 则借助固件分别和连杆二组成系统中的4连杆两端进行合理连接。连杆三组成系统中的6连杆设计成为可调式, 其功能主要为:对连杆二组成系统中的4连杆进行倾斜角的科学调整。另外, 在连杆三组成系统当中, 我们还为其特意设计了一个浮子, 如图1所示中的7, 该浮子的设计方式为:与8水箱的内壁平行式贴近。当然, 针对该水箱, 我们还对其设计出了一个可调式的“水位调节系统”。
针对“水位调节系统”, 其构造也是较为复杂的, 主要包括:调节水箱、各个电气设备、蓄水池、控制器、进水管以及出水管等。其连接方式为:水泵一组成系统分别与进水管和出水管进行连接, 水泵二组成系统和18进水管以及12出水管进行合理连接。 (1) 若整个系统有“提高水位”要求的时候, 我们只需打开水泵二组成系统, 18进水管就能够把蓄水池中的水抽入到调节水箱中; (2) 若系统有“降低水位”要求的时候, 我们只要打开水泵一组成系统, 12出水管就可以把调节水箱中的水抽入到蓄水池当中。
另一方面, 我们还特意为倾斜角可调光伏支架安装了一个水位计以及控制器, 它们分别和水泵一组成系统中的13水泵和水泵二组成系统中的14水泵进行有效连接。其中, 控制器的主要作用是:依照预设好的时间, 科学的计算出当前系统中的“控制水位有效值”, 并依据水位计的实际情况, 科学的控制两个水泵组成系统中的水泵进行抽水作业。值得提出来的是:当水位计上所示的实际值和控制水位的有效值一致的时候, 水泵组成系统将不再进行抽水作业, 此时, 倾斜角可调光伏支架就已经完成了一次倾斜角的调整。
三、探究光伏支架控制系统的构建
光伏支架控制系统主要包括:传感器、驱动模块、转换器、电源以及单片相机等, 如图2所示。该系统实现的原理主要有两个, 它们分别是: (1) 传感器对水位信号进行合理的收集, 并将收集到的信号及时的传输到转换器中; (2) 转换器获取到信号之后, 就会立即启动转换功能, 将信号转换成为系统所需的数字信号, 同时再将转换后的信号传送给单片机;此时, 单片机就会通过时间的设置, 对获取到的信号及当前的水位预设值作出科学的比较, 倘若前者的值略大, 那么a驱动模块就会自动打开, 并控制水泵a进行抽水作业, 以降低整个水位调节系统中的水位值;但是, 倘若后者的值略大, 那么b驱动模块就会自动打开, 同时控制水泵b进行抽水, 以提高水位调节系统的水位值, 是其能够满足系统水位的预设值。
另外, 该控制系统中的电源, 它的作用也主要有两个, 分别是: (1) 为倾斜角可调光伏支架提供稳定及可靠的电能; (2) 将电能科学的转换成各组成系统所需的电压。
四、试论倾斜角可调光伏支架的优势
由于文中提及到的倾斜角可调光伏支架, 主要利用的是浮力原理, 来提供控制系统的主要原动力的, 所以它的优势也就较为突出了, 主要有以下几个:
(1) 运行成本较其它的发电系统来说更低;
(2) 控制系统的功能更加强大, 不仅能够严密的控制各水泵进行抽水作业, 还能够对倾斜角进行较为准确的调节;
(3) 具有较高的系统时效性;
(4) 运行过程更加的安全、可靠;
(5) 零污染、低噪音, 不会对外界环境以及人们的日程生活和生产造成任何的干扰;
(6) 构建成本低, 在市场上的价格也较其它类型的光伏支架 (比如:齿轮式光伏支架等) 低;
(7) 较高的适用性, 且其使用的范围也比较广。
结语
倾斜角可调光伏支架的设计, 不仅有效解决了传统式光伏支架的“低效率”、“高运行及建设成本”等问题, 还能够对自然环境起到一定的保护及节能作用, 且其为光伏支架后期的投入运行, 提供了强大的技术支持。因此, 我们就应当采取各种可行性较高的方法, 对倾斜角可调式光伏支架进行科学的设计, 以更进一步的提高光伏支架的应用价值, 让其能够成为可推动我国各个领域实现进一步发展的强大动力。
摘要：本文将针对倾斜角可调光伏支架, 对其设计原理及方案进行深入的分析和探究, 仅供参考。
关键词：发电设备,倾斜角,可调,光伏支架
参考文献