光伏基础选型综述

光伏基础选型综述

陈相成 李起航

国核电力规划设计研究院有限公司 北京 100095

摘要：本文针对屋顶、地面、水面等多种光伏形式特点，结合作者参与的多个实际项目方案编制中的经验，对光伏支架基础的选型流程进行总结与综述，为后续相关项目提供参考。

1 引言

近年来，随着技术成熟、成本降低以及国家“双碳”政策的落地，各地光伏项目逐渐增多。针对项目场址形式，光伏支架基础形式主要包括屋面连接固定、混凝土配重块基础、漂浮式基础、桩基础等几种。

2 直接连接或配重块基础

屋面光伏的固定形式分为连接件固定、附加结构固定、混凝土配重块等。

对于采用直立锁边或角驰型压型钢板的轻钢屋面、预留埋件的混凝土平屋面，或承载力较低的屋面，如轻钢结构屋面或采用预制板作为屋面的民用房屋，可采用连接件固定方式，具体措施包括铝合金夹具固定、膨胀螺栓固定、胶粘固定等。此方式具有成本低、施工快捷、荷载小、不影响屋面使用等优点，是优先采用的光伏固定方式。

夹具安装方式利用特定的光伏系统夹具，在原屋面板波峰上方放置金属夹具，金属夹具夹持于屋面波峰上，不破坏原有的彩钢瓦及防水层，保证屋面的防水性。安装光伏组件后对厂房的通风、采光、防水、排水无影响。对于瓦屋面，若屋面檩条较为坚固且便于施工，可采用夹具与檩条连接，夹具上部从瓦片缝隙中外伸以固定光伏导轨。

彩钢围护式采用镀锌钢构件搭建支架，基础采用植筋、膨胀螺栓固定，南坡铺设光伏板，其余三面用彩钢板板围护形成封闭空间。优点是能充分利用屋顶空间，缺点是相较于支架固定方式造价较高。我国北方民居中单层平屋顶房屋较多，老百姓有储藏粮食、杂物的需求，故此形式在北方农村较受欢迎。

屋顶阳光房式采用镀锌钢构件搭建支架，高1.8m~2.5m左右，在顶部铺设光伏板，基础采用膨胀螺栓、植筋等形式固定。优点是不占用屋顶空间，缺点是钢材用量大，相比支架固定形式造价高。我国南方省份民居中多层建筑较多，老百姓有在顶层休闲乘凉的需求，故此形式在南方农村较受欢迎。

对于混凝土平屋面、无法直接固定光伏板的钢结构屋面、规模较小的地面光伏等，常采用混凝土配重块基础。

混凝土屋顶一般采用混凝土配重块作为基础，配重块底部垫防水并用水泥浆稍作固定与找平后放置于屋面，主要利用配重自身重量稳固光伏，不对屋面钻孔等，由于直接放置于屋面上自然它不破坏屋顶原有结构，而实际设计安装过程中，这种基础会有各种各样的形式，如条形基础、方形基础、钢筋混凝土配重块+特种工程塑料支架等方案，但基本原理都是一样的。

对于地面光伏，通常采用桩基础固定，但对于规模较小的地面光伏，或地基条件特殊，不便于采用桩基础的工程，如硬化地面、回填区域等，可考虑采用混凝土配重块或配筋混凝土条形基础固定。

3 桩基础

桩基础是地面集中光伏、渔光互补等中、大型光伏项目广泛采用的基础形式，各桩基础形式的特点和适用范围详见下表：

光伏桩基础形式特点分析表

根据上表可知，各类基础均有其优缺点，因此，基础型式的拟定应结合工程实际情况，综合考虑以下因素：支架结构型式及基础所承受的荷载特征、土的性状及地下水条件、施工工艺可行性、施工场地条件施工季节、经济指标、环保要求及施工工期。

对工程中最常用的钻孔灌注桩、预制桩、螺旋桩的优缺点和在特殊地基条件下的适用性做进一步分析。

钢筋混凝土钻孔灌注桩：成孔方便，可根据地形调整基础顶面标高，顶标高易控制，适用于工程场区覆土层较厚的地质情况，缺点是需挖孔后灌注混凝土，导致工期较长。适用于一般填土、粘性土、粉土、沙土等。

对于冻胀性地基，灌注桩无法进行减弱冻胀措施，必须加大桩长来抵抗冻拔力；对于强腐蚀性地基，灌注桩可采用增大混凝土保护层厚度，或采用抗腐蚀混凝土来增强桩基的抗腐蚀性。

钢筋混凝土预制桩：与钢筋混凝土钻孔灌注桩受力原理相同，主要区别在于成桩和施工方式。采用此基础型式，施工简单、快捷，但造价相比钢筋混凝土钻孔灌注桩要高，光伏支架立柱与基础桩预留埋件采用焊接连接，沉桩采用锤压法和静压法。适用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土等。

对于冻胀性地基，预制桩可在桩周采取隔冻措施，如在冻深范围内换填中粗砂、涂抹一层厚沥青来减弱冻胀性；对于强腐蚀性地基，预制桩可采用抗腐蚀混凝土来增强桩基的抗腐蚀性。

螺旋钢桩：适用于中软土地基，如黄土或粘性土地区。桩杆采用热浸锌钢管，采用旋拧钻进的方式打入地基土中。螺旋钢桩桩顶预留螺栓孔，支架立柱与基础采用螺栓连接。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁等。

螺旋钢桩基础优点是施工简便，不需要浇筑混凝土，也不需要大型机械，虽造价较预制桩和灌注桩稍高，但不需要大面积的场地平整，无需基槽开挖、土方回填，施工简便、人工投入少、采购方便，适用于对环保要求较高或工期紧张，投资允许的情况。对于规模较小的光伏项目，若采用灌注桩、锚桩基础需引入大型打桩设备，导致造价提高，此时采用螺旋钢桩也比较合适。

螺旋钢桩的缺点是不适用于密实的碎石土及岩石地基，且防腐难度较高，不适合有腐蚀性的地基。当场区土壤含盐量较高时，其中氯化盐产生氯离子率先侵蚀镀锌保护层，在镀锌层形成氯化锌，易对镀锌层产生腐蚀。螺旋钢桩目前存在定制标准的缺失，螺旋钢桩计价方式、钢材、质保年限、售后服务等均无明确的要求的问题，导致质量服务参差不齐。当桩身质量难以保证时，存在镀锌层杂质多易脱落、镀锌锌液纯度低、桩体表面白色晶体析出易引起支架变形和组件滑落等风险。目前螺旋桩是否能保证25年防腐性能缺乏验证，运营期存在换桩的问题，导致运营成本增加。

另外，螺旋钢桩的桩截面较小，桩身较为单薄、刚度不高、位移相比其他桩型较大，单排桩无法满足要求，通常使用双排桩形式，在北方冻土地区桩长长度需延伸至冻土层以下，导致用钢量较大，整体造价较高。

4 漂浮式基础

对于水库、湖泊等对于水域较深的区域，通常无法采用打桩固定，适合采用漂浮式固定形式。目前水面漂浮式基础形式有浮管式、浮箱式、浮箱+支架式、浮筒+支架式几类，下面对各类基础的优缺点、适用范围、造价进行对比：

水面光伏基础形式特点分析表

5. 总结

光伏项目布置灵活，可适应不同类型的场地，根据不同的屋顶条件和地基条件，光伏基础固定方案种类较多，在实际工程中经常面临不同方案的比选。通过对以往参与工程的总结，得出能覆盖大部分光伏项目场景的基础选型设计经验，对后续同类设计具有一定参考意义。