光伏組件橫裝方法的優(yōu)化

王芳 陳圣金 盧凱 陸川 吳星亮

摘 要：太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為一種新興的綠色能源已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，但由于光伏組件的一般安裝在建筑物的頂上向陽(yáng)處，所以其安裝結(jié)構(gòu)尤其要考慮到安裝難度、穩(wěn)定、安全等性能。目前橫排安裝方式較豎排安裝方式存在壓塊數(shù)量多、安裝難度大、安裝支架高等問(wèn)題，造成材料浪費(fèi)。本文針對(duì)這一現(xiàn)狀，在不影響光伏支架穩(wěn)定性和安全性的前提下，提供了新的橫裝方法，達(dá)到節(jié)省材料的目的。

關(guān)鍵詞：光伏；橫裝；優(yōu)化

Abstract：Solar photovoltaic power has been widely used as a new type of green energy. However， since the photovoltaic components are generally installed towards the sun on the top of the building， the installation difficulty， stability， security and other properties of their installation structure of must be taken into account in particular. At present， the horizontal installation method compared with the vertical installation method uses more bulks ， more difficult to install， and larger installion heigh which causes material waste. In view of the present situation， this paper provides a new method of guaranting g the stability and safety of the photovoltaic stent as well as saving material.

Keywords：Photovoltaic；Horizontal Installation；Optimization

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，全球各國(guó)都面臨能源缺乏和環(huán)境問(wèn)題?，F(xiàn)階段能源的來(lái)源以化石能源居多，但其儲(chǔ)能有限，最終將消耗殆盡，而太陽(yáng)能能滿足能源需求和環(huán)境要求，因此太陽(yáng)能勢(shì)必能為未來(lái)重要的戰(zhàn)略新能源。而我國(guó)的光伏制造業(yè)在技術(shù)上和成本上都具備了領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，隨著光伏電池制造技術(shù)的不斷完善，生產(chǎn)成本的降低和光電轉(zhuǎn)換效率等技術(shù)指標(biāo)的不斷提升，太陽(yáng)能將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)分為兩種類型：一是集中式光伏發(fā)電，二是分布式發(fā)電系統(tǒng)，但無(wú)論是集中式還是分布式發(fā)電系統(tǒng)，組件排布均可按橫排布置或豎排布置。據(jù)調(diào)查研究，目前采用光伏組件豎排布置的光伏電站更多，主要原因在于豎向排布的光伏組件安裝更為方便，而采用光伏組件橫排布置會(huì)導(dǎo)致光伏組件最上排組件安裝比較麻煩，對(duì)施工進(jìn)度存在一定影響。

然而，在安裝容量和安裝成本相同的情況下，組件橫排布置安裝的最大優(yōu)勢(shì)在于遮擋不可避免的條件下，組件橫排布置抗遮擋能力強(qiáng)于豎排，因此效益更高。但組件橫排支架高度通常會(huì)比豎排稍高，安裝難度稍大，壓塊的用量也比較多；因安裝麻煩而改用豎排布置光伏組件，這使得施工安裝成本看似合理的設(shè)計(jì)卻有可能會(huì)降低光伏組件全天的發(fā)電量。本文用一種安裝效率高、調(diào)整方便、穩(wěn)定性強(qiáng)、節(jié)約材料的光伏組件橫排布置安裝方法來(lái)解決組件橫排布置時(shí)碰到的問(wèn)題。

1 光伏組件橫排布置傳統(tǒng)安裝方法

組件橫裝布置最常見(jiàn)的安裝方式是將先橫梁鋪設(shè)在組件最長(zhǎng)邊沿上，壓塊鋪設(shè)在橫梁上，然后第二層斜梁鋪設(shè)在橫梁下，這樣的支架用鋼量大，壓塊用量多。傳統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在安裝過(guò)程中發(fā)現(xiàn)圖1所示的傳統(tǒng)安裝結(jié)構(gòu)有4大問(wèn)題：

（1）壓塊安裝數(shù)量多。如圖1所示在4塊組件橫裝的情況下，兩端的每塊組件長(zhǎng)邊安裝兩個(gè)側(cè)壓塊，橫排相鄰的組件的長(zhǎng)邊再安裝兩個(gè)中壓塊，合計(jì)每塊組件平均使用3個(gè)壓塊固定。

（2）支架用鋼量大。壓塊下鋪設(shè)整條橫梁，橫梁下鋪設(shè)斜梁，斜梁的長(zhǎng)度取決于各條橫梁間距的總和。

（3）安裝困難。組件橫排后，支架高度比較高，最上面的一塊安裝比較費(fèi)勁。

（4）采用兩邊固定，一旦其中一塊組件發(fā)生脫落，其他電池組件也會(huì)發(fā)生連續(xù)的脫落情況。

2 新安裝方法

新的安裝方法是將一個(gè)側(cè)壓塊壓在組件的短邊外側(cè)，橫排相鄰的組件安裝兩塊中壓塊，豎排相鄰的組件安裝一塊中壓塊，然后第二層斜梁鋪設(shè)在橫梁下，這樣的斜梁的長(zhǎng)度可以減少，可以節(jié)省支架用鋼量，如圖2所示。

新的安裝方法有如下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）壓塊為公用壓塊，壓塊數(shù)量每塊平均組件為兩塊。

（2）斜梁不需要超過(guò)兩塊組件寬度的總長(zhǎng)，斜梁長(zhǎng)度減小，用鋼量降低。

（3）組件安裝中，安裝在兩側(cè)的橫梁平行距離偏差可以較大，組件仍然可以安裝固定。

（4）采用三邊固定，每條只采用一個(gè)壓塊即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的固定，實(shí)用的壓塊組件數(shù)量減少，安裝效率提升。

3 新方法組件安裝可行性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方法：按照選取的壓塊位置，固定組件，正面朝上固定放置沙袋，產(chǎn)生5400Pa的壓強(qiáng)（相當(dāng)于風(fēng)壓和雪壓），反面朝上的時(shí)放置沙袋產(chǎn)生3600Pa壓強(qiáng)（相當(dāng)于風(fēng)壓），并在放置1h后，實(shí)驗(yàn)環(huán)境如圖4和圖5所示放置，對(duì)組件做測(cè)試組件功率。

如圖3所示，當(dāng)a=150mm，b=198mm 時(shí)，當(dāng)組件反面使用3.6kN/ m2的力，組件正面使用5.4kN/ m2的力時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖4和圖5所示。

經(jīng)過(guò)3輪這樣的試驗(yàn)，通過(guò)EL測(cè)試，測(cè)試結(jié)論：組件機(jī)載實(shí)驗(yàn)后未出現(xiàn)不可恢復(fù)變形，功率衰減0.48%，實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生較小衰減，不影響組件功率。

如圖3所示，當(dāng)a=250mm，b=198mm時(shí)，當(dāng)組件反面使用3.6kN/m2的力，組件正面使用5.4kN/m2的力時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖4、圖5所示，測(cè)試結(jié)論：功率衰減≤0.65%，組件無(wú)不可逆形變。

如圖3所示，當(dāng)a=250mm，b=408mm 時(shí)，當(dāng)組件反面使用3.6kN/m2的力，組件正面使用5.4kN/m2的力時(shí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如圖4、圖5所示，測(cè)試結(jié)論：功率衰減≤0.54%，組件無(wú)不可逆形變。

通過(guò)上述3個(gè)實(shí)驗(yàn)可以證明在滿足實(shí)測(cè)正面5.4kN/m2

和背面5.4kN/m2的作用力下可以給出壓塊的安裝范圍A：150mm～250mm；B：198mm～408mm。

結(jié)語(yǔ)

本文提供了一種安裝效率高，調(diào)整方便，安裝穩(wěn)定性強(qiáng)，在節(jié)省光伏支架鋼材同時(shí)減少壓塊使用數(shù)量的橫裝組件方法。且根據(jù)上文實(shí)驗(yàn)所述，組件安裝壓塊的最優(yōu)位置為：A：150mm～250mm；B：198mm～408mm。

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