山地光伏支架系統(tǒng)解決方案

特變電工新疆新能源股份有限公司 ■ 王建勃 黃華 何銀濤

0 引言

隨著我國(guó)光伏發(fā)電事業(yè)的大力發(fā)展，目前西北地區(qū)大量荒漠、戈壁灘等光伏并網(wǎng)電站可利用的較平整場(chǎng)地已越來(lái)越少，現(xiàn)在一些企業(yè)已經(jīng)將目光投向了山地、屋頂及與農(nóng)業(yè)相結(jié)合的農(nóng)業(yè)大棚等電站載體上。本文著重對(duì)山地光伏支架系統(tǒng)[1]與一般光伏支架系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析，為改善山地光伏支架系統(tǒng)的受力問(wèn)題提供參考。

1 對(duì)比分析

荒漠光伏電站相對(duì)于山地光伏電站，項(xiàng)目場(chǎng)地地形起伏較小，支架系統(tǒng)也具有一定的調(diào)節(jié)能力，一般采取調(diào)平處理[2]。山地光伏電站項(xiàng)目場(chǎng)地均為山地，地形起伏較大，坡度一般約在10°～25°，支架系統(tǒng)自身的調(diào)節(jié)量已不能抵消地勢(shì)變化。引起的高度差，既然不能采用調(diào)平處理的方式，只能采用“放坡處理”的方式，如圖1、圖2所示。

由于荒漠光伏電站支架系統(tǒng)采用了高平處理，即相鄰兩榀支架斜梁處于同一水平面內(nèi)，橫梁與斜梁為面接觸，連接處受力均勻，正常情況下不會(huì)產(chǎn)生局部變形、撕裂等破壞。而山地電站項(xiàng)目支架系統(tǒng)采用了放坡處理，即相鄰的兩榀支架斜梁不在同一水平面內(nèi)，如果繼續(xù)延用荒漠電站支架系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致橫梁與斜梁的面接觸變?yōu)榫€接觸，如圖3、圖4所示，橫梁與斜梁連接處受力不均勻，易產(chǎn)生局部變形、撕裂等破壞。

圖1 荒漠電站支架系統(tǒng)－調(diào)平處理(單位：mm)

圖2 山地電站支架系統(tǒng)－放坡處理(單位：mm)

圖3 荒漠電站斜梁與橫梁連接示意

圖4 山地電站斜梁與橫梁連接示意

2 山地光伏支架適應(yīng)性設(shè)計(jì)

為解決荒漠光伏電站支架系統(tǒng)應(yīng)用于山地地形所產(chǎn)生的受力不均勻問(wèn)題，現(xiàn)提出以下解決方案。

2.1 方案一

在立柱與斜梁連接處增加雙向鉸連接件(見(jiàn)圖5)，即可滿足斜梁南北方向傾斜達(dá)到最佳傾角，又可使斜梁東西方向傾斜達(dá)到與橫梁緊密連接，避免了斜梁與橫梁的線接觸問(wèn)題。優(yōu)點(diǎn)是一榀支架只需增加兩套鉸連接件，成本較低；缺點(diǎn)是安裝后斜梁重心偏移，不在立柱幾何中心處，會(huì)導(dǎo)致斜梁與橫梁連接處產(chǎn)生較大的應(yīng)力，對(duì)材料強(qiáng)度要求較高。

圖5 立柱頂增加鉸連接件示意圖

2.2 方案二

圖6 斜梁與橫梁連接處增加鉸連接件

在斜梁與橫梁連接處增加鉸連接件(見(jiàn)圖6)，通過(guò)連接件轉(zhuǎn)換分別使斜梁、橫梁同時(shí)與鉸連接件實(shí)現(xiàn)面接觸，從而改善橫梁的受力情況。優(yōu)點(diǎn)是解決了斜梁重心偏移的問(wèn)題，各部分受力更合理；缺點(diǎn)是一榀支架需增加4套鉸連接件，材料成本費(fèi)用較高。

3 應(yīng)力分析

因山地光伏支架與荒漠電站支架的主要區(qū)別在于增加了鉸連接件，故本文著重對(duì)鉸連接件進(jìn)行應(yīng)力分析。初始條件：基本風(fēng)壓0.3 kN/m2，基本雪壓0.2 kN/m2，電池組件1650 mm×992 mm×40 mm、19 kg。SAP2000進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核顯示該結(jié)構(gòu)在多種荷載組合工況下均穩(wěn)定(如圖7所示)。根據(jù)上、下板風(fēng)吸力、風(fēng)壓力不同，計(jì)算后將面荷載轉(zhuǎn)換成集中力作用于鉸連接件處。方案一的鉸連接件受力分解如圖8所示，方案二的鉸連接件受力分解如圖9所示。

圖7 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性校核

圖8 方案一鉸連接件受力分解

圖9 方案二鉸連接件受力分解

使用有限元分析軟件分別對(duì)鉸連接件進(jìn)行受力分析如圖10、圖11所示。

圖10 方案一鉸連接件應(yīng)力分析(單位：MPa)

圖11 方案二鉸連接件應(yīng)力分析(單位：MPa)

由校核結(jié)果可知，在同等受力條件下，方案一鉸連接件1、2最大應(yīng)力分別為250.7 MPa、143.07 MPa，方案二鉸連接件1、2最大應(yīng)力分別為130.81 MPa、128.67 MPa。方案二鉸連接件應(yīng)力明顯小于方案一鉸連接件應(yīng)力。

4 工程應(yīng)用實(shí)例

本文所述兩種方案為解決荒漠電站支架系統(tǒng)應(yīng)用于山地地形所產(chǎn)生的受力不均勻問(wèn)題提供了參考，其中方案一已在國(guó)內(nèi)某大型山地項(xiàng)目中實(shí)施應(yīng)用(見(jiàn)圖12)，效果較為理想。方案二為準(zhǔn)備實(shí)施于國(guó)內(nèi)某大型山地項(xiàng)目的方案(見(jiàn)圖13)，效果有待驗(yàn)證。

圖12 方案一工程應(yīng)用

圖13 方案二工程樣品

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著西北地區(qū)可用于建設(shè)光伏電站的較平整場(chǎng)地的減少，山地光伏電站將會(huì)越來(lái)越多，解決山地光伏電站支架系統(tǒng)受力問(wèn)題是推廣山地光伏電站的首要條件。本文所述兩種方案為解決荒漠電站支架系統(tǒng)應(yīng)用于山地地形所產(chǎn)生的受力不均勻問(wèn)題提供了參考，并于國(guó)內(nèi)某山地項(xiàng)目中實(shí)施應(yīng)用，效果較為理想，有利于山地光伏電站的推廣應(yīng)用。

[1](日)太陽(yáng)光發(fā)電協(xié)會(huì). 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工[M]. 北京: 科學(xué)出版社，2006，13－72.

[2]GB 50797-2012， 光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].