关于山地光伏电站组件支架的方案设计

摘 要 太阳能发电是当今世界利用新能源的方式之一。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%。光伏组件基础工程至关重要，下面主要对山地光伏组件支架的设计进行探讨。

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断增加，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：

付强，男，汉族，1985年生，中国电能成套设备有限公司新能源业务部。