我國(guó)太陽(yáng)能光伏支架安裝存在的問(wèn)題及解決方法

朱俊江

摘要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電能量是一種可再生能源，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成所需電能的技術(shù)，是光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要標(biāo)志。當(dāng)前，太陽(yáng)能光伏支架在我國(guó)逐漸興起，并越來(lái)越受到人們的重視。文章介紹了我國(guó)太陽(yáng)能光伏支架安裝存在的問(wèn)題及其解決方法，并探討了光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和未來(lái)前景。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)支架；光伏支架安裝；太陽(yáng)能；光伏發(fā)電；光伏產(chǎn)業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TK519 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0091-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.045

石油、天然氣、煤炭等傳統(tǒng)能源一直是我們使用的常規(guī)能源，盡管它們?cè)?jīng)一度儲(chǔ)量豐富，但并不是取之不盡、用之不竭的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題和能源匱乏成為全球的焦點(diǎn)，因此，必須要開(kāi)發(fā)各種新能源來(lái)替代這些日漸枯竭的傳統(tǒng)能源。在人們不斷的研究下，太陽(yáng)能、風(fēng)能等天然能源成為新能源的代表，它們是可再生能源，也是清潔能源。其中，太陽(yáng)能是目前人們正在逐步擴(kuò)大利用的能源，不會(huì)污染環(huán)境，受到了許多國(guó)家的重視。

如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和新能源開(kāi)發(fā)等手段，減少不必要的能源消耗和環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，給后人留下青山綠水，這就是低碳經(jīng)濟(jì)。保護(hù)環(huán)境是每一個(gè)人的責(zé)任，節(jié)能降耗勢(shì)在必行。而新能源的利用，充分發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，也符合國(guó)家關(guān)于節(jié)能降耗指標(biāo)的要求。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電能量是一種可再生能源，充分利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，節(jié)能環(huán)保，不破壞環(huán)境。在21世紀(jì)提倡環(huán)保的今天，太陽(yáng)能光伏發(fā)電毫無(wú)疑問(wèn)成為一種最為流行的發(fā)電系統(tǒng)。其實(shí)，早在100多年前，愛(ài)因斯坦就發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，啟發(fā)了后人利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電。在20世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家又研制出單晶硅太陽(yáng)能電池，標(biāo)志著人們正式開(kāi)始使用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電。

當(dāng)能源危機(jī)頻頻襲來(lái)時(shí)，世界各國(guó)都開(kāi)始了新能源的探索研究之路。太陽(yáng)能在新能源中是不可或缺的一部分，是人們賴(lài)以生存和發(fā)展的可再生能源之一。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成所需電能的技術(shù)，是光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要標(biāo)志。當(dāng)前，太陽(yáng)能發(fā)電的重要組成部分太陽(yáng)能光伏支架在我國(guó)逐漸興起，并越來(lái)越受到人們的重視和使用。

1 太陽(yáng)能光伏支架的材質(zhì)問(wèn)題和解決方法

1.1 存在的問(wèn)題

太陽(yáng)能光伏支架擁有許多優(yōu)點(diǎn)，如可重復(fù)利用、可靈活調(diào)整、材質(zhì)不生銹等，性能優(yōu)良，節(jié)省許多成本。目前，我國(guó)使用的太陽(yáng)能光伏支架大多以材質(zhì)區(qū)分，主要材質(zhì)有混凝土、鋼、鋁三種。其中，混凝土支架重量較大，一般用于野外的大型電站，雖然有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，但是對(duì)環(huán)境的要求較高，常用來(lái)與外形巨大的電池板搭配使用。鋁合金支架常應(yīng)用于民用建筑，鋁材質(zhì)輕巧而美觀，并且抗腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)，但無(wú)法應(yīng)用于大型光伏電站，而且成本較高。

相比而言，鋼支架的優(yōu)勢(shì)更加顯而易見(jiàn)，其性能穩(wěn)定、承載力強(qiáng)、耐腐蝕、美觀大方、成本較低，而且方便安裝，應(yīng)用范圍更加廣泛。安裝鋼結(jié)構(gòu)支架時(shí)，廠內(nèi)生產(chǎn)配件送至現(xiàn)場(chǎng)，方便簡(jiǎn)潔，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求將鋼支架有序安裝，速度快、效率高。不過(guò)，如果沒(méi)有完善的生產(chǎn)、安裝水平，不了解種類(lèi)，在安裝時(shí)會(huì)有一定的問(wèn)題，鋼支架對(duì)于生產(chǎn)、施工要求也高，因此成本較高。

1.2 解決的方法

我國(guó)太陽(yáng)能光伏支架輕便，便于操作，因此選取的材質(zhì)多為鋼材質(zhì)，其中以以下兩種鋼材質(zhì)為主：

1.2.1 輕型結(jié)構(gòu)鋼。輕型結(jié)構(gòu)鋼是一種十分輕便的材質(zhì)，在安裝時(shí)，如果采取的是角鋼，那么可利用鋼的強(qiáng)度進(jìn)行支架安裝，鑒于角鋼型號(hào)有限，采用小方鋼安裝能夠解決這一問(wèn)題。薄壁型鋼也是輕型結(jié)構(gòu)鋼的一種，這種鋼很薄，是通過(guò)冷彎或冷軋制成的異型鋼。這種鋼材質(zhì)雖然輕便，卻無(wú)法直接與絕大多數(shù)電池板直接連接，因此需要利用鋁壓塊、高強(qiáng)螺栓輔助固定，便于安裝。

1.2.2 普通結(jié)構(gòu)鋼。普通結(jié)構(gòu)鋼的材料多為成本較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，截面種類(lèi)和加工方式多種多樣。太陽(yáng)能光伏支架系統(tǒng)對(duì)于其截面有著固定要求。加工焊接型鋼時(shí)，根據(jù)厚度的不同和要求，進(jìn)行焊接加工。通過(guò)計(jì)算不同位置的受力情況，采用不同厚度的鋼板，方便安裝，大大節(jié)約材料。

1.3 太陽(yáng)能支架對(duì)鋼材性能的要求

太陽(yáng)能支架對(duì)于鋼性能要求很高。要求鋼材具有強(qiáng)大的抗拉性，使結(jié)構(gòu)更加安全可靠。另外就是鋼材的屈服點(diǎn)，屈服點(diǎn)越高，截面就越小，越能節(jié)省材料和成本。具有良好的塑性的鋼材質(zhì)，可以通過(guò)變形提醒結(jié)構(gòu)被破壞，使人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題。提高鋼材質(zhì)塑性，有助于增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力。

良好的韌性有助于結(jié)構(gòu)更加牢固，即使遭遇外力破壞，也可以以充足的能量維系整個(gè)結(jié)構(gòu)，提升結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。尤其是在環(huán)境條件惡劣的電站，由于風(fēng)力較大而產(chǎn)生的風(fēng)振效應(yīng)，能夠因鋼材質(zhì)的強(qiáng)大韌性維系結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行。此外，鋼的抗疲勞性也能夠使整個(gè)結(jié)構(gòu)更加牢固可靠，抵御外力的侵襲。

對(duì)于鋼材質(zhì)而言，加工性能是否良好也關(guān)系到結(jié)構(gòu)質(zhì)量。具備良好加工性能的鋼材質(zhì)，可塑性很高，可以加工成結(jié)構(gòu)所需要的各種零部件，而且這些零部件無(wú)一例外，其強(qiáng)度、塑性等性能頗佳。

支架的使用壽命關(guān)系到太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的使用壽命，因此要求支架要具有極佳的耐用性和抗腐蝕性能。牽一發(fā)而動(dòng)全身，支架的好壞影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)，甚至對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重的威脅。

對(duì)于支架鋼材質(zhì)的選擇要以?xún)r(jià)格和生產(chǎn)工藝為主，應(yīng)選擇價(jià)格便宜、易于生產(chǎn)加工的鋼。

1.4 新型太陽(yáng)能鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析

角鋼材質(zhì)的太陽(yáng)能支架有許多限制因素，究其原因，主要是受限于鋼材質(zhì)量，有好有壞，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)還要進(jìn)行鉆孔，不能確保鋼材鉆孔后依然如舊，會(huì)因鉆孔而受到腐蝕。由此可見(jiàn)，角鋼支架迫切需要材料更新，尋求更新的材料替代角鋼，確保鉆孔后不易受到腐蝕的侵襲。其中異形冷彎薄壁型鋼是可以大批量工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)組裝的鋼材質(zhì)，具有節(jié)省材料、提前進(jìn)行防腐處理、提高效率和壽命等優(yōu)點(diǎn)。異形冷彎薄壁型鋼式支架成為我國(guó)新型太陽(yáng)能鋼結(jié)構(gòu)支架的一種。

工廠預(yù)制整體式鋼支架的現(xiàn)場(chǎng)安裝也較為簡(jiǎn)單，只要根據(jù)支架的模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝即可，大大提高施工效率，常用于大規(guī)模電站中。這種新型太陽(yáng)能鋼結(jié)構(gòu)支架對(duì)于材料和安裝的要求都很高。

2 太陽(yáng)能光伏支架的安裝存在的問(wèn)題及其解決方法

2.1 太陽(yáng)能光伏支架的組件

焊接和拼裝是太陽(yáng)能支架的兩種主要連接方式。焊接對(duì)于角鋼的要求較低，價(jià)格較低，連接效果較好，較為牢固，應(yīng)用較為普遍。焊接存在的問(wèn)題是，連接點(diǎn)很容易發(fā)生腐蝕，在維護(hù)成本上會(huì)較高，每隔一年就要進(jìn)行防腐工作，避免支架發(fā)生問(wèn)題，由于維護(hù)工作較為麻煩，而且費(fèi)用較高，因此，焊接成本是很高的。除此之外，焊接應(yīng)用于野外安裝時(shí)會(huì)耗費(fèi)許多電量，同樣會(huì)增加成本。焊接對(duì)于材料要求雖然較低，連接效果好，但工藝略顯粗糙，支架不美觀，越來(lái)越不符合人們的審美需求。因此，光伏支架已逐漸不適宜采用焊接支架。

槽型鋼正在逐漸替代這些焊接支架，用來(lái)克服以上出現(xiàn)的問(wèn)題。槽型鋼成品支架作為拼裝支架的一種，現(xiàn)場(chǎng)不需要焊接，可直接在現(xiàn)場(chǎng)靠螺栓拼裝，安裝速度快，美觀大方，十分耐用，便于調(diào)整，這種支架的生產(chǎn)主要使槽鋼之間連接方便、牢固，可方便拆卸。

2.2 太陽(yáng)能光伏支架底座的連接

雙排立柱式支架的形式要根據(jù)實(shí)際情況而定，一般情況下，屋頂太陽(yáng)能建設(shè)可采取混凝土塊配重和預(yù)埋件的方法，太陽(yáng)能電站的建設(shè)采取地錨法和直埋式。不同的方法應(yīng)用于不同的方面，就會(huì)收到不同的效果。前兩種方法主要是防止屋頂防水層結(jié)構(gòu)被破壞，后兩種應(yīng)用于整個(gè)電站，是為了提高電站的安全性和可靠性，從而正常運(yùn)行。

在太陽(yáng)能電站的建設(shè)中，地錨法的安全系數(shù)很高，是建設(shè)時(shí)常用的方法。不過(guò)，采用地錨法會(huì)付出很高的成本，精心設(shè)計(jì)和定做，才能使支架的連接部位更加牢固。直埋式與地錨法相比更加簡(jiǎn)便，也不需要特別定做。不過(guò)，進(jìn)行直埋式方法之前，要進(jìn)行地理勘測(cè)實(shí)驗(yàn)，確保地質(zhì)十分適合直埋式。太陽(yáng)能光伏支架更適合采取直埋法，這是由于其排布方式受到電池板的制約。

2.3 新型冷彎薄壁型太陽(yáng)能支架零部件安裝

2.3.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接。新型冷彎薄壁型太陽(yáng)能支架的材料主要是由各種混合的鋼塑料連接而成，一般情況下，要提前預(yù)定和制作。由于這些鋼塑料多種多樣，因此使用范圍較為廣泛，只要符合安裝條件即可。確保鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式正確，是支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

前提。

2.3.2 支架與基礎(chǔ)連接。新型冷彎薄壁型太陽(yáng)能支架與基礎(chǔ)的連接方式一般較為獨(dú)立，不過(guò)在條件較差的環(huán)境下，最好采用條形基礎(chǔ)等能夠適應(yīng)較差地質(zhì)的

基礎(chǔ)。

2.3.3 支架檁條連接。支架檁條連接有三種方式：剛接、鉸接、半剛接，以鉸接最為方便。遭遇風(fēng)大等惡劣的環(huán)境時(shí)，應(yīng)采取剛接的方式確保支架的梁、柱牢固。半剛接擁有鉸接不具備的性能，也彌補(bǔ)了剛接復(fù)雜的施工，大有彌補(bǔ)二者之短的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)施工中一般不采取半剛接。

2.4 太陽(yáng)能光伏支架系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)

太陽(yáng)能光伏支架對(duì)于工藝的要求很高，從材料來(lái)看，型鋼若要提高質(zhì)量，就應(yīng)該以嫻熟的鍍鋅工藝進(jìn)行制造，并滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于鍍鋅工藝要求極高，從鍍鋅層的厚度到制造方面，均應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如果有一點(diǎn)不符合規(guī)定，就可能導(dǎo)致在使用中出現(xiàn)問(wèn)題，如腐蝕。其中對(duì)鋼腐蝕影響最大的就是鹵素，其腐蝕速度之快、范圍之大，會(huì)迅速造成支架薄弱，造成嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。由此可見(jiàn)，制造出高標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能光伏支架的前提是應(yīng)具有高水平的鍍鋅工藝。

從連接看，型鋼的連接方法亦需要巧妙構(gòu)思和不斷開(kāi)發(fā)。許多人為此進(jìn)行多年研究，并形成了屬于型鋼的一套行之有效的連接方法。在連接上，不僅要考慮到連接件安全性，還要考慮到槽鋼各方面的設(shè)計(jì)如節(jié)約鋼材，安裝方便，成本降低，調(diào)節(jié)快捷。簡(jiǎn)而言之，型鋼的連接方法需要不斷挖掘，才能跟上日新月異的科學(xué)

發(fā)展。

從應(yīng)用看，如果是雙面槽鋼，其必然要有很大的承載力，因此應(yīng)采用背靠背焊接。利用壓力激光焊接和電焊會(huì)起到全然不同的效果，前者可以實(shí)現(xiàn)背靠背焊接的目的，使雙面槽鋼合二為一，均勻連接，美觀大方；而后者可以實(shí)現(xiàn)槽鋼連接，但卻不能做到完全連接，也可用方管鋼來(lái)完成較佳。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)如雨后春筍，發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。盡管成績(jī)驕人，卻也存在一定的問(wèn)題，如技術(shù)落后、發(fā)展不均衡等。比如，多晶硅原料生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然很落后，而且能源消耗很高，不能滿足目前的需求，因?yàn)槎嗑Ч柙现饕蕾?lài)進(jìn)口。

在巨大的需求壓力之下，我國(guó)一些企業(yè)開(kāi)始不斷研究和開(kāi)發(fā)多晶硅原料生產(chǎn)技術(shù)，并進(jìn)行實(shí)地生產(chǎn)，相信在不久的將來(lái)，這種依賴(lài)進(jìn)口的局面會(huì)有所改善。

我國(guó)太陽(yáng)能電池制造可謂勢(shì)頭強(qiáng)勁，發(fā)展速度很快，可價(jià)位太高，多數(shù)只能依賴(lài)出口。目前我國(guó)太陽(yáng)能電池自主研發(fā)能力依然有限，沒(méi)有取得太大的進(jìn)步，長(zhǎng)此以往也不利于發(fā)展。

我國(guó)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速的國(guó)家之一，在光伏發(fā)電技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域中依然與先進(jìn)水平有很大的差距。由于光伏發(fā)電的成本很高，所以暫時(shí)無(wú)法完全普及。光伏產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)雖然很多，產(chǎn)量也很大，但只注重?cái)?shù)量、不注重質(zhì)量的現(xiàn)象依然很?chē)?yán)重，因此光伏產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀并不樂(lè)觀。

光伏產(chǎn)業(yè)作為一種新興的產(chǎn)業(yè)，有很多值得借鑒和推廣的理由。在能源嚴(yán)重不足的情況下，光伏產(chǎn)業(yè)可以對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的調(diào)整，使人們不再過(guò)分依賴(lài)于不可再生的能源，促進(jìn)新能源的研究和發(fā)展，維持生態(tài)平衡，保護(hù)環(huán)境。

4 未來(lái)展望

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)十分樂(lè)觀，盡管目前處于初步階段，但隨著啟動(dòng)光伏發(fā)電城市和電站的試點(diǎn)的逐步展開(kāi)，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)將會(huì)走向正軌?？v觀全球，光伏產(chǎn)業(yè)也正處于起步階段，其發(fā)展離不開(kāi)政策的大力扶持和技術(shù)的不斷革新。隨著時(shí)間的不斷推移，光伏市場(chǎng)將會(huì)步入一個(gè)飛速發(fā)展的階段。

我國(guó)擁有豐富的太陽(yáng)能資源，2/3的國(guó)度都會(huì)被太陽(yáng)照射，具有天然資源優(yōu)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年地表吸收的太陽(yáng)能，相當(dāng)于2.4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這樣龐大的數(shù)字使得我國(guó)太陽(yáng)能資源優(yōu)勢(shì)十分明顯。太陽(yáng)能擁有許多優(yōu)勢(shì)：清潔、可靠、安全、無(wú)污染。太陽(yáng)能技術(shù)也在不斷成熟，從而滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求。與其他產(chǎn)業(yè)相比，光伏產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最為耀眼的新興產(chǎn)業(yè)。

太陽(yáng)能是可再生能源，因此是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的能源對(duì)象。備受能源短缺困擾的一些國(guó)家，迫切需要這樣的能源來(lái)彌補(bǔ)自身不足，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)正是在這樣的背景下得到迅速發(fā)展。在政府政策的大力扶持下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的前景將會(huì)更為廣闊。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱穎心，谷立靜.建筑光伏一體化的全生命周期環(huán)境影響分析[J].動(dòng)感（生態(tài)城市與綠色建筑），2010，（1）.

[2] 劉春娜.國(guó)內(nèi)光伏發(fā)電市場(chǎng)動(dòng)態(tài)[J].電源技術(shù)，2011，（2）.

[3] 王慧，邵竹鋒.太陽(yáng)能電池概述[J].中國(guó)建材科技，2008，（6）.

[4] 孟懿.太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展[J].東北電力技術(shù)，2010，（11）.

[5] 錢(qián)金法，王雅萍，錢(qián)惠祥.光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與分析

[J].電工電氣，2009，（1）.

[6] 孫玉星，楊宏，蘇乘風(fēng).中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010，（2）.

[7] 馬恩兵.用戰(zhàn)略眼光謀求國(guó)內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化[J].企業(yè)研究，2006，（7）.

（責(zé)任編輯：秦遜玉）