光伏支架系统构造设计与工程应用

光伏支架系统构造设计与工程应用

常强

新疆新能源研究院有限责任公司   新疆  乌鲁木齐  830000

摘要：能源枯竭问题已成为全球性的重要研究课题，太阳能作为绿色可再生清洁能源受到了广泛的关注。太阳能能源在我国能源结构中的占比逐年增加。2020年我国在联合国大会上提出了“双碳”的目标，光伏发电项目得到了更加快速的发展。在光伏工程中，柔性组件的自重较轻、刚度小、跨度大等特点导致其抗风性较差，未来需要对其抗风性进行不断的提升和优化。

关键词：光伏工程；柔性支架系统；构造设计；应用措施

1.光伏柔性支架特点分析

1.1适用地形条件

柔性光伏支架主要优点是环境适应性强，比固定光伏支架具有更强的优势：①场地适应性强。空间利用地形跨度大、抗风能力较强；②承重更小、用钢量少、材料用量节省、成本低；③较强结构预装性、支架基础数量较少、受温度影响较小、施工进度可加快、施工周期可缩短。

1.2工序施工安装

柔性支架系统采用了无粘结的预应力技术，可以通过施加预应力在钢索上获得需要的刚度，通过对撑杆和钢索进行稳定确保系统在风荷载的作用下对风振进行有效的抵御，同时也能够对钢索的抗扰度进行有效控制，对变量进行有效的控制。对比传统固定式支架，柔性支架在施工方面的不同点包括：①柔性支架采用的立柱数量更少，因此桩基的立柱尺寸通常大于传统的固定支架，需要采用条形基础或者混凝土的独立基础，立柱通常采用厂家预装的H型钢柱；②柔性支架的跨度通常较大，因此距离地面的高度通常较高，这样的情况下施工方法方面通常采用滑移法，在高差比较大的区域则需要通过施工人员采用安全绳悬挂的形式进行安装，对比常规的地面支架施工具有更高的难度和作业风险；③柔性支架技术的核心在于预应力钢绞线的张拉，需要具备专业资质的团队来进行施工。

1.3后期检修维护

柔性支架的维护和检修对比传统固定支架的难度更大，固定支架的检修维护通常采用干刷、风吹或者水洗的形式对组件进行清理。但柔性支架的距离地面的高度通常较高，清洁方面通常只能采用水冲的形式。如果光伏组件出现破损或者质量问题，更换难度通常也较大。另外，预应力钢索进行初始施工时需要采用专业的器械进行预应力的施加，顶端需要配备专门定制的防滑脱锚具，随着应用时间的增长，会出现也应力损失的问题，加大了钢索的挠度。运维人员通常无法对这种情况进行有效处理，需要专业的施工团队进行现场处理。

2.柔性光伏支架结构构造设计及布置

2.1柔性光伏支架系统

柔性光伏支架结构体系分为2个部分：柔性系统和支架系统。柔性系统由预应力主索、稳定索、防风索、组件固定夹具、三角锥或四角锥、光伏组件等构成；支架系统由基础(包括独立基础、桩基础、锚杆基础)、钢立柱、钢梁、支撑体系(包括斜拉索、斜支撑)等构成。

当柔性支架跨度较大或承受的荷载增大时，主索跨中位移以及挠度也会相应增大，若只提高索的预拉力来消除位移及挠度增大的影响，当预拉力增大到一定值时，将会超过索的承载力，在此类情况下，应设置稳定索以及防风索，有条件时可利用钢桁架替代防风索。

2.2小跨度柔性支架索—柱形式

小跨度单跨支架的索—柱形式布置方式相较于索—梁形式，取消了钢横梁，增大了钢柱的密度，同时减小了柱底与支撑底的反力，但是增加了基础个数。索—柱形式的端部支撑形式主要为3种：斜拉索、钢斜柱以及八字形钢斜柱。

索—柱形式柔性支架中榀的支架形式类似于固定式单柱光伏支架，构件包括钢斜梁、斜撑杆、钢立柱、支撑杆、拉杆(索)，斜撑杆通过抱箍或焊接与钢立柱相连，通过螺栓或焊接与钢斜梁相连，钢斜梁支承于钢立柱与斜撑上，索支承于钢斜梁上，每一排2根主索对应于一根钢立柱。中榀支架对索的支承方式同样为滑动支承，索在中间支座时不断开，而采用连续搭接的方式，使支架不受预应力索轴向拉力作用。为减小钢横梁用量，应将支撑杆的作用点尽量靠近索与横梁的交点。

2.3大跨度柔性支架索—柱形式

与索—梁形式相同，通常当柔性支架跨度L≥30m时，需要设置防风体系。大跨度索—柱形式柔性支架如图1所示，索—柱形式大跨度支架端部支撑形式与小跨度相同，共3种，分别为钢斜柱、八字形钢斜柱以及斜拉索。

图1大跨度索—柱形式

在实际工程中，也可采用索—梁形式与索—柱形式相结合的布置方式，例如端榀采用索—梁形式，中榀采用索—柱形式，亦可端榀采用索—柱形式，中榀采用索—梁形式，支架的最终布置方式需根据场地条件、业主需要、经济性及安全性等因素综合考虑。

3.光伏支架系统在工程中的应用

装机容量45MW柔性支架项目的柔性支架东西向钢索共185排，每排由2根φ15.2和1根φ12.7钢索组成，共计555根钢索，φ15.2钢索总长度达到191,531m，φ12.7钢索总长度达到98,115m，钢索总长度289,646m，单排长度在160～627m。

3.1卷扬机、放索盘布置

在东西边各布置一台卷扬机组成往复牵引系统，利用边锚系统预制混凝土拉线盘作为配重固定卷扬机。牵引绳使用φ10钢丝绳，长度应满足东西向钢索最大跨距加上卷扬机与边桩距离，卷扬机位置距离转动杆安装位置所对应的边梁50~70m为宜。

3.2转动杆安装

转动杆从东往西或者从西往东方向进行安装，安装时必须确保每根转动杆在同一排钢索盖板螺栓孔上行成一条直线，南北方向每隔6组或8组钢索安装一排转动杆。

3.3钢索牵引敷设

具体放索步骤以东边往西边方向牵引为例：启动卷扬机持续牵引，同时索盘小队转动各自负责的索盘保证钢索匀速放出，钢索专用牵引工具接近转动杆时，浮筒船小队发出停车指令，卷扬机操作工收到指令后，停止卷扬机，浮筒船小队由一名工人用撬棍抬起钢索专用牵引工具，然后指挥东边卷扬机操作工点动卷扬机，钢索专用牵引工具顺利跨过转动杆后往前牵引约1.5m停止卷扬机，用撬棍将索摊分在转动轴上避免在后续牵引过程中发生缠绕，接着继续启动卷扬机牵引，重复上述操作直至钢索牵引到位。

3.4分索安装

分索是将每根钢索按设计图纸要求安装在固定的位置上，每6组或8组钢索牵引完成后可开始分索工作，分索工作由3人组成一组，两人负责撑船1人负责在脚手架上进行分索，钢索分到位后安装中梁索盖板用螺栓手拧带紧。

3.5钢索张拉

张拉应使用两路双回路油泵与同型号液压千斤顶通过高压油管连接组成的设备，张拉小组为3人，1人操作油泵，1人操作液压千斤顶，1人负责打紧锚具夹片。张拉完成后应使用绳索张力仪检测是否达到预紧力要求，对未达到预紧力要求的应再次小幅度张拉至预紧力要求。张拉从东往西张拉或从西往东张拉，张拉完毕后拧紧中梁钢索盖板处螺栓。

结语

柔性支架是电站业主逐渐研究及采用的重点，随着国内适用于普通光伏项目的土地资源减少以及高昂的土地成本，电站业主开始攻克土地环境，提高土地利用率。

参考文献

[1]邱亚军,李勇,覃茂欢.光伏支架系统的支架位置及支撑柱高度计算方法研究[J].城市勘测,2021,(02):135-139.

[2]路文辉,刘志馨,顾浩等.分布式农田用光伏支架系统研究[J].南方农机,2021,52(05):18-19.

[3]郭立算.螺旋地桩在日本光伏支架系统中的计算[J].光源与照明,2021,(02):102-104.