山地光伏支架新材料的应用与推广

罗大鑫

摘要：本文介绍了永仁秀田并网光伏电站一期二批工程新型支架的材料和形式，简要介绍施工步骤，论证了存在的优点和缺点，以及改进措施，并提出了铝合金新材料支架值得在山地光伏应用和推广的结论。

Abstract： This paper introduces Yongren Xiutian first phase as the second batch of photovoltaic project new materials and form of stents， briefly introduces the construction procedure， demonstrates the advantages and disadvantages， as well as improvement measures， and thinks that the aluminum alloy stent is worth popularizing in mountain photovoltaic applications.

關键词：山地光伏;秀田电站;支架;推广应用

Key words： mountain photovoltaic;Xiutian station;stents;popularization and application

中图分类号：TU395 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）07-0161-03

0 引言

永仁秀田并网光伏电站一期二批（30MWp）位于楚雄州永仁县东北面。项目采用255Wp晶体硅太阳电池组件，建设30个1MWp太阳能电池方阵，方阵支架为固定支架。项目与首批工程共用110kV升压站，整体以1回110kV改接至220kV永定变。

1 普通支架材料与形式

目前西部地面光伏电站的支架普遍采用Q235-B钢。常用的太阳电池组件支架有固定式支架、水平单轴跟踪支架、倾斜单轴跟踪支架和双轴跟踪支架。

一般而言，跟踪系统支架形式发电量最大，但是占地面积大，支架的造价高，运营维护成本高，性价比不高。本工程如布置固定支架系统，该场地装机容量为30MW，如采用跟踪系统形式，该场地装机容量为19MW。目前，跟踪系统如果出现机械故障，可能引起太阳电池少发电、不发电等情况。另外，山区地区采用跟踪系统，须做大量场平才能布置安装，也不适合本工程的地形条件。综合以上分析，本项目太阳电池方阵的运行方式采用固定式，即方阵支架采用固定支架。

2 秀田一期二批的材料与形式

方阵安装倾角的最佳选择取决于诸多因素，如地理位置、全年太阳辐射分布、直接辐射与散射辐射比例、负载供电要求和特定的场地条件等。根据计算，本项目确定方阵支架倾角均为26°。

2.1 太阳电池阵列间距的设计计算

太阳电池方阵阵列间距计算，应按太阳高度角最低时的冬至日仍保证组件上日照时间有6小时的日照考虑。其阵列间距计算示意见图1所示，太阳高度角、方位角与电池板倾角关系如图2所示。

其中，考虑东西向坡之间间距的计算如表2所示。

2.2 单组支架电池组串的排列设计

每个晶体硅太阳能电池组串支架的纵向为11排、每排2块组件，即：每组支架上安装22块晶体硅太阳电池组件，满足2个组串。每一组支架阵面平面尺寸约为（11.10×3.32m）。

2.3 方阵整体布置情况

本工程每2个500kWp光伏发电单元系统组成1个1MWp光伏发电分系统，以此形成一个1MWp光伏发电分系统方阵，设置一间逆变升压配电室。双分裂绕组变压器布置在逆变器室外。

每1MWp方阵有186个组串，对应布置186个支架，每个组串需22块多晶硅电池板，以满足1MWp方阵共需4092块组件的要求。由于场址微地形复杂，坡度及坡向多变，太阳电池方阵的阵列间距和布置位置需根据地形的变化情况确定，尽量少占土地及节省电缆。

2.4 结构及材料情况

本项目选用铝合金结构主材，材质为6063 T6，抗拉强度、抗剪强度、伸长率、屈服点等各项力学性能要求均符合《一般工业用铝及铝合金挤压型材》（GB/T 6892-2006）的相关规定，表面按规程要求采用阳极氧化措施，进行防腐处理，阳极氧化膜最小厚度不低于15。螺丝采用普通粗制螺丝，性能等级不小于4.8级，螺栓、拉条拉筋采用锌铬涂层，满足《锌铬涂层技术要求》（GB/T 18684-2002）相关要求。

单榀支架分别由4根前后立柱，4根横梁，4根前后支撑，8根链条，16组连接件，以及部分旋转连接件组成，总重124.19kg。螺栓型号采用M8、M6、M3三种类型，配合相应规格螺母，共用278颗螺栓连接，总重6.65kg。局部剖面如图3所示。

3 安装步骤及要求

光伏阵列支架采用铝合金支架，采用工厂化生产，运至施工现场进行安装，支架均采用螺栓连接。支架基础采用混凝土独立基础，其施工顺序：放线→开挖→支模（埋件定位）→找平标高→浇筑混凝土→验收。endprint

本工程太阳电池组件全部采用固定式安装，太阳电池组件的安装分为两部分：支架安装、太阳电池组件安装。

光伏阵列支架表面必须是平整的，固定太阳电池组件的支架面应该与其位于同一平面，各组件均在一条直线上整齐划一，倾角的设计应该设计要求一致，构件与连接螺栓之间加垫防松垫片后拧紧。

将太阳电池组件支架调整为26°倾角进行太阳电池组件安装。组装时，先按规定的参数全面检测太阳太阳电池组件，确保其参数配置符合设计要求。一般测试项目有开路电压、短路电流等。

太阳电池组件一律轻拿轻放，注意防止其在组装过程中被硬物刮伤或与表面玻璃相互碰撞。按照施工组织设计确定基架上太阳电池组件的安装位置和接线盒排布方式。组装时若发现组件固定面无法与基架表面充分吻合，建议先用铁垫片将无法吻合的部位垫平再拧紧连接螺丝，固定螺栓也應该按要求加垫防松垫片后拧紧。

太阳电池组件电缆连接根据设计的串接方式连接太阳电池组件电缆，连接后将引出线预留一定的余量，然后紧固插接部位。运到组装现场的组件先检查其外观质量，确保其各方面合格后按规定妥善安置。另外，必须在安装完太阳电池方阵阵列支架后才能将太阳电池组件安装在支架上，严防太阳电池组件受损。

4 优缺点分析与改进之处

4.1 新型式铝合金支架的优点

①山地区域建设光伏采用固定支架形式，从投资增加与提升发电量相比较，固定支架形式较优。

②建设光伏项目区域，一般而言太阳辐射强度大，云南省各地区有明显的雨季和旱季，钢结构支架防腐措施易失效，将造成局部生锈失稳情况发生，特别在暴风季节，容易倾倒，造成不可估量的损失。

③铝合金支架施工方便，材料轻巧，施工过程中搬运简单，特别适用于山地不平整的场区。新型结构形式采用模块化定制，大幅度提高安装人员效率，能够使项目提早发电，具有较强经济性。

④铝合金支架型式美观性好，对外交通条件好的区域易成为当地参观的旅游点，增加当地社会效益。

⑤支架利用螺栓连接取代电焊连接，大幅提高抗锈能力，增强美观度，提升防腐能力，保障支架的安全性。维护简单、易操作，提升后期运维效率。

4.2 新型式铝合金支架的缺点

①铝合金造价偏高。

②光伏组件采用螺栓连接对光伏板不利;在施工水平不高的前提下，山地地区地势高低不平，整体误差控制难度大，易造成螺栓连接组件位置偏离，存在隐患。

4.3 改进措施

①加大支架安装人员培训力度，进一步提高支架安装整体性。

②全套定制铝合金支架，通过招标方式进一步控制支架价格水平。

③支架与组件的连接方式优化为铝合金压块，提高安装效率和可靠性;部分支架结合处转角连接件可简化。

5 结语

光伏支架对光伏电站的运维安全尤为重要，因此对它进行探讨和推广很有必要的。目前市场上的光伏支架结构较单一，优化空间有限，应在优化设计时切实保证其在25年内能安全使用。本文提出的铝合金新材料、新型式结构模块化，轻巧，特别适用于山地光伏区域，值得推广和应用。

参考文献：

[1]云南省气候中心.云南省太阳能资源评价报告.

[2]云南省电力设计院.云南省永仁县秀田并网光伏电站一期二批（30MWp）工程可行性研究报告.

[3]西北勘测设计研究院有限公司.云南省永仁县秀田并网光伏电站一期二批（30MWp）工程晶硅电池组件铝合金支架结构设计说明.endprint