光伏固定支架可行性分析報告

1、光伏固定支架可行性分析報告隨著我國綠色經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，單晶硅 / 多晶硅光伏發(fā)電和薄膜 BIPV 技術(shù)日趨成熟。鋼 結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合造價方面都具有巨大優(yōu)勢。因此， 積極開發(fā)、生產(chǎn)新型鋼結(jié)構(gòu)光伏支架體系替代現(xiàn)有角鋼支架體系有著重要意義。一 鋼支架用鋼類型：目前鑒于太陽能光伏支架結(jié)構(gòu)簡單、體積小的特性，在選用鋼材 上大多以輕型結(jié)構(gòu)鋼和小截面普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼為主。輕型結(jié)構(gòu)鋼： 輕型結(jié)構(gòu)鋼主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼。其中，角鋼用作支撐構(gòu)件時，能較好的 利用鋼材的強(qiáng)度， 并且利于整體支架的安裝， 但用作受彎和受壓構(gòu)件時， 產(chǎn)生的變形相對較 大。目前， 國標(biāo)的角鋼相對于

2、太陽能支架來說，可選的型號不多， 故而需要更多的小角鋼型 號來適應(yīng)目前飛速發(fā)展的太陽能市場。 薄壁型鋼的檁條構(gòu)件， 一般采用壁厚的薄鋼板， 經(jīng)冷 彎或冷軋后制成各種不同截面形式及尺寸的薄壁型鋼制品。 與熱軋型鋼相比， 在相同截面面 積的情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增大50-60%，截面慣性矩和抵抗矩可增大倍，因而能較為合理地利用材料的強(qiáng)度， 但是由于薄壁型鋼的加工大多是在工廠， 需要高精度的鉆孔才 能和光伏電池板后的螺絲孔配合。工廠加工鉆扣后，才能熱鍍鋅防銹； 運(yùn)至現(xiàn)場安裝時，由 于鋼材截面小， 工具難以操作， 施工較為困難。 目前國內(nèi)的大多數(shù)電池板無法直接和薄壁型 鋼連接安裝，均需要其他輔助

3、固定結(jié)構(gòu)(如壓塊等) 。普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼：普通結(jié)構(gòu)鋼常采用冶煉容易、 成本低廉的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼， 截面有很多種類， 光 伏常用的主要包括工字型、H 型、L 型及各種設(shè)計(jì)要求的異型截面。加工方式也多種多樣，其中焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板， 根據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠焊接加工成型鋼， 這種成型方式 可以根據(jù)光伏工程項(xiàng)目的不同結(jié)構(gòu)部位的受力計(jì)算， 在不同部位采取不同厚度的鋼板， 比熱 軋一次成型產(chǎn)品受力更加合理，更適合現(xiàn)場安裝，也可以節(jié)約鋼材。二 太陽能鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有以下性能：1)抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié) 約鋼材，降低整體項(xiàng)目造價?？估瓘?qiáng)度高可以增加結(jié)構(gòu)的整

4、體安全儲備，提高 結(jié)構(gòu)的可靠性。2)塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可以使結(jié)構(gòu)在破壞前產(chǎn)生較大變形，從而可以使人們及時發(fā)現(xiàn)和采取補(bǔ)救措施。較好的塑性還能調(diào)整局部峰值應(yīng)力， 本身太陽能電池板安裝經(jīng)常為了調(diào)整角度，采用強(qiáng)迫安裝，而塑性能使結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生內(nèi)力重分布，讓結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某些原先應(yīng)力集中部分的應(yīng)力趨于均勻，提高 結(jié)構(gòu)的整體承載力。較好的韌性可以使結(jié)構(gòu)在外力沖擊荷載作用下被破壞時吸 收較多的能量，特別是風(fēng)力較大的沙漠電站和屋頂電站，風(fēng)振效應(yīng)明顯，鋼材 的韌性能有效降低危險程度。較好的耐疲勞性能同樣也可以使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的 抵抗交替變化重復(fù)風(fēng)荷載的能力。3)加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、熱加

5、工性能和可焊性。光伏 鋼結(jié)構(gòu)所采用的鋼材不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，而且還需要這 些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不因加工造成強(qiáng)度、 塑性、韌性以及耐疲勞性能過大的不利影響。4)使用壽命。由于太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命都在20 年以上，故而良好的防腐蝕性能也是衡量支架系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)。如果支架壽命短，勢必影 響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致投資回收期延長而降低整個項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。5)在符合上述條件下，光伏鋼結(jié)構(gòu)用鋼還應(yīng)該易于購買，生產(chǎn)，并且還要價格便宜。三 鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析 目前角鋼太陽能支架的使用受到的條件限制越來越多，最主要的原因是目前鋼材 質(zhì)量參差不齊， 安裝需要大量現(xiàn)場鉆孔， 但是鉆孔后鋼材又容

6、易銹蝕， 所以需要使用新 型的支架來替代這些角鋼支架，以達(dá)到減緩腐蝕，延長使用壽命的目的。支架主體結(jié)構(gòu)形式：1）異形冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系。 異形冷彎薄壁型鋼是一種批量化生產(chǎn)制造、能快速組裝、完全干作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系，具有用鋼量少、建造省時、省工 等特點(diǎn)。國內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家為喜利得、海邁等。異形冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系的鋼 結(jié)構(gòu)支架是將工廠預(yù)制的冷彎薄壁型鋼在施工現(xiàn)場用螺栓連接形成結(jié)構(gòu)骨架， 再安 裝上電池板形成整體光伏陣列。2）工廠預(yù)制整體式鋼支架體系。工廠預(yù)制帶檁條的鋼結(jié)構(gòu)架，在施工現(xiàn)場只需將支架模塊現(xiàn)場拼裝固定，然后安裝電池板即形成整個光伏陣列，施工速度快，適用 于大規(guī)模電站。這種

7、鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求極高，一般采用的鋼材質(zhì)量最好，表面 處理工藝極為優(yōu)秀，而且需要和光伏組件廠家前期充分溝通，才能達(dá)到完美的組裝 配合。新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝：1）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接新型冷彎薄壁型太陽能支架系由工廠預(yù)制的各種鋼塑料混合連接件裝配而成， 這些鋼塑料混合連接件型號多種多樣， 能夠適合不同的安裝條件， 正確選擇混合構(gòu)件連接形式和方式是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。2）支架與基礎(chǔ)連接新型冷彎薄壁型太陽能支架自重較輕、多安裝孔洞。一般以獨(dú)立基礎(chǔ)為主， 必要時需加鋼筋混凝土連梁。 對于地質(zhì)條件較差的地方， 可采用條形 基礎(chǔ)或十字交叉基礎(chǔ)， 盡量不采用筏板基礎(chǔ)。 所有上部柱腳均采用鉸接形

8、式， 而預(yù) 埋件部分則可選擇插入式柱腳， 或預(yù)埋螺栓外包防水混凝土。 這兩種柱腳形式均加 工簡單、施工方便、連性能好。3）支架檁條連接安裝節(jié)點(diǎn)連接有三種形式:剛接、鉸接和半剛接，這三種連接方式均已有現(xiàn)成的配套節(jié)點(diǎn)模塊化制作方法。 鉸接構(gòu)造簡單， 制造安裝最為方便， 但風(fēng) 大的地區(qū)需要設(shè)置水平支撐或斜撐使承受水平荷載和提供額外剛度， 不設(shè)置支撐時 梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)都應(yīng)做成剛接。半剛性連接比剛連接施工簡單，比鉸接性能好， 因其受力難以控制，需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)才能實(shí)際采用，目前基本不采用。相對而言， 新型冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系能使項(xiàng)目工期大幅度縮減， 滿足了太陽能 光伏的需求，特別是其優(yōu)越的防腐蝕性、

9、 可回收性，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的綜合造價優(yōu)勢；新冷彎 薄壁型結(jié)構(gòu)太陽能支架系統(tǒng)的直接經(jīng)濟(jì)效益主要來自結(jié)構(gòu)施工工期縮短和維護(hù)費(fèi)用降低的 優(yōu)勢，并且隨著使用年數(shù)的延長，效益增加越明顯。光伏支架風(fēng)載、雪載、分析鋼支架自然條件（ 50 年一遇）（ 1）基本風(fēng)壓 W0=m2（ 2）基本雪壓 S0=m22 荷載確定原則 在作用于光伏組件上的各種荷載中，主要有風(fēng)、雪荷載、地震作 用、結(jié)構(gòu)自重和由環(huán)境溫度變化引起的作用效應(yīng)等等， 其中風(fēng)荷載引起的效應(yīng)最大。 在 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中通過預(yù)留一定的間隙， 消除了由各種構(gòu)件和飾面材料熱脹冷縮引起的作用效 應(yīng)，還比較美觀合理。 在進(jìn)行構(gòu)件、連接件和預(yù)埋件承載力計(jì)算時， 必須考慮各種

10、荷 載和作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，即采用其設(shè)計(jì)值。1風(fēng)荷載 根據(jù)規(guī)范， 作用于傾斜組件表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式計(jì)算：Wk=3gz .口 s.卩 / / /式中 : Wk 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （ kN /m2 ） ；3gz 高度 z 處的陣風(fēng)系數(shù)；標(biāo)高地面位置取值。卩 s 風(fēng)荷載體型系數(shù)， 按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2001 取值。取值為。卩 z 風(fēng)壓高度變化系數(shù)；取值.Wo 基本風(fēng)壓 （ kN /m2 ）:2雪荷載地面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)下式（）計(jì)算：Sk =卩 rSo （） 式中， Sk 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值 （ kN / m2 ） ；卩 r 屋面積雪分布系數(shù)；根據(jù)規(guī)范取值；3構(gòu)自重

11、 光伏組件，支架型鋼重量，螺栓及其它部件重量，結(jié)構(gòu)自重及負(fù)重等4栓組合5載組合 按規(guī)范要求對作用于組件同一方向上的各種荷載應(yīng)作最不利組合。鋼材的防腐碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)采取有效的防腐處理。a）采用熱浸鍍鋅防腐蝕處理時，鋅膜厚度應(yīng)符合 GB/T 13912 的規(guī)定。b）采用防腐涂料時，應(yīng)完全覆蓋鋼材表面和無端部封板的閉口型材的內(nèi)側(cè)，閉口型材宜進(jìn)行端部封口處理。c）采用防腐涂料時，涂層厚度應(yīng)滿足防腐設(shè)計(jì)要求。當(dāng)采用氟碳漆噴涂或聚氨酯漆噴涂時，涂膜的厚度不宜小于 35 卩 m，在空氣污染嚴(yán)重及海濱地區(qū)，涂膜厚度不宜小于45 卩m?；A(chǔ)（或基座）一般是在地面或者屋面結(jié)構(gòu)層上采用混凝土澆筑，

12、也有在屋頂上采用 網(wǎng)架（放置負(fù)重塊） 式方陣基礎(chǔ)。 方陣支架一般采用法蘭與方陣基礎(chǔ) （或基座） 預(yù)埋件固定， 也有在混凝土基礎(chǔ)上鉆孔采用膨脹螺栓固定。 在建筑屋頂上， 方陣基礎(chǔ) （或基座） 應(yīng)按設(shè)計(jì) 要求位于主體結(jié)構(gòu)上的墻或梁的位置上， 與主體結(jié)構(gòu)固定牢靠。 同時應(yīng)注意， 方陣支架在方 陣基礎(chǔ)（或基座）上的安裝位置不正確，將會造成支架偏移，影響主體結(jié)構(gòu)的受力。方陣支 架應(yīng)按設(shè)計(jì)要求制作， 鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝和焊接應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) 鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量 驗(yàn)收規(guī)范 gb50205 的要求。在進(jìn)行方陣基礎(chǔ)、方陣支架設(shè)計(jì)時，要充分考慮到承重、抗風(fēng)、抗震等因素，在沿海地 區(qū)還要考慮防臺風(fēng)、 防潮濕、防鹽霧

13、腐蝕等。 方陣支架安裝前應(yīng)涂防腐涂料，對外露的金屬 預(yù)埋件應(yīng)進(jìn)行防腐防銹處理， 防止預(yù)埋件受損而失去強(qiáng)度。 方陣支架連接用的緊固件設(shè)計(jì)時 應(yīng)采用不銹鋼， 如果設(shè)計(jì)采用鍍鋅件， 則必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求， 達(dá)到保證其壽命和防腐緊 固的目的。螺栓、螺母、平墊圈、彈簧墊圈數(shù)量、規(guī)格型號應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。螺栓緊固后， 露出部位長度應(yīng)為螺栓直徑的 2 3。國內(nèi)的并網(wǎng)光伏電站的光伏組件大多采用固定式安裝。 對于固定式安裝的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，選擇合適的方陣傾角對于提高發(fā)電量，從而提高整個 項(xiàng)目的收益具有重要的意義。1. 方位角太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設(shè)定為負(fù)角度， 向西偏設(shè)定為正角

14、度） 。一般情況下，方陣朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0）時，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30度時，方陣的發(fā)電量將減少約 10%15%;在偏離正南（北半球）60時，方陣的發(fā)電量將減少約20%30%。但是，在晴朗的夏天， 太陽輻射能量的最大時刻是在中午稍后， 因此方陣的方位稍微向西偏一些時， 在午 后時刻可獲得最大發(fā)電功率。 在不同的季節(jié)， 太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲得發(fā)電量最大的時候。 方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約， 例如， 在地面上設(shè)置時土地的方 位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤牵?或者是為了躲避太陽陰影時的方位角， 以及布置規(guī)劃、 發(fā)電效率、設(shè)計(jì)規(guī)劃、

15、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系。 如果要將方位角調(diào)整到在一天中負(fù) 荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時， 請參考下述的公式。 至于并網(wǎng)發(fā)電的場合， 希望綜合 考慮以上各方面的情況來選定方位角。方位角=（一天中負(fù)荷的峰值時刻（24 小時制）一12）X15+（經(jīng)度一 116）10 月 9 日北京的太陽電池方陣處于不同方位角時，日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。2.傾斜角傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角， 并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最 大時的最佳傾斜角度。 一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時，相應(yīng) 的傾斜角也大。 但是，和方位角

16、一樣， 在設(shè)計(jì)中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜 角（斜率大于 50-60）等方面的限制條件。對于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電 量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況， 因此， 特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中， 并不一定優(yōu)先考 慮積雪的滑落，此外，還要進(jìn)一步考慮其它因素。對于正南（方位角為 0度），傾斜角從水平（傾斜角為 0度）開始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值， 然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于5060以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到1020的傾斜放置都有實(shí)際的例子。對于方位角不為 0度的情況，斜面日射

17、量的值普遍偏低，最大日 射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系，對于具體設(shè)計(jì)某一個方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進(jìn)一步同實(shí)際情況結(jié)合起來考 慮。3.陰影對發(fā)電量的影響一般情況下，我們在計(jì)算發(fā)電量時，是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此， 如果太陽電池不能被日光直接照到時， 那么只有散射光用來發(fā)電， 此時的發(fā)電量比無陰影的 要減少約 1020。針對這種情況，我們要對理論計(jì)算值進(jìn)行校正。通常，在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時， 太陽出來后， 建筑物及山的周圍會存在陰影， 因此在選擇敷設(shè)方 陣的地方時應(yīng)盡量避開陰影。如果實(shí)在無法躲開，也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進(jìn)行解決， 使陰影對發(fā)電量的影響降低到最低程度。另外，如果方陣是前后放置時，后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后，前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個高為L1 的竹竿，其南北方向的陰影長度為L2,太陽高度（仰角）為 A,在方位角為 B 時，假設(shè)陰影的倍率為 R,則：R=L2/L1=ctgAXcosB此式應(yīng)按冬至那一天進(jìn)行計(jì)算，因?yàn)?，那一天的陰影最長。例如方陣的上邊緣的高度為h1,下邊緣的高度為 h2，則：方陣之間的距離 a = （h1-h2）xR。當(dāng)