我國太陽能光伏支架安裝存在的問題及解決方法

朱俊江

摘要：太陽能光伏發電能量是一種可再生能源，將太陽能轉換成所需電能的技術，是光伏產業迅速發展的重要標志。當前，太陽能光伏支架在我國逐漸興起，并越來越受到人們的重視。文章介紹了我國太陽能光伏支架安裝存在的問題及其解決方法，并探討了光伏產業的現狀和未來前景。

關鍵詞：鋼結構支架；光伏支架安裝；太陽能；光伏發電；光伏產業 文獻標識碼：A

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

石油、天然氣、煤炭等傳統能源一直是我們使用的常規能源，盡管它們曾經一度儲量豐富，但并不是取之不盡、用之不竭的。隨著科學技術的不斷發展，環境問題和能源匱乏成為全球的焦點，因此，必須要開發各種新能源來替代這些日漸枯竭的傳統能源。在人們不斷的研究下，太陽能、風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，太陽能是目前人們正在逐步擴大利用的能源，不會污染環境，受到了許多國家的重視。

如何實現可持續發展，就要通過不斷的技術創新和新能源開發等手段，減少不必要的能源消耗和環境污染，促進經濟、社會、生態環境的和諧發展，給后人留下青山綠水，這就是低碳經濟。保護環境是每一個人的責任，節能降耗勢在必行。而新能源的利用，充分發展低碳經濟，也符合國家關于節能降耗指標的要求。

太陽能光伏發電能量是一種可再生能源，充分利用太陽能進行發電，節能環保，不破壞環境。在21世紀提倡環保的今天，太陽能光伏發電毫無疑問成為一種最為流行的發電系統。其實，早在100多年前，愛因斯坦就發現了光電效應，啟發了后人利用太陽能進行發電。在20世紀50年代，美國科學家又研制出單晶硅太陽能電池，標志著人們正式開始使用太陽能進行發電。

當能源危機頻頻襲來時，世界各國都開始了新能源的探索研究之路。太陽能在新能源中是不可或缺的一部分，是人們賴以生存和發展的可再生能源之一。將太陽能轉換成所需電能的技術，是光伏產業迅速發展的重要標志。當前，太陽能發電的重要組成部分太陽能光伏支架在我國逐漸興起，并越來越受到人們的重視和使用。

1 太陽能光伏支架的材質問題和解決方法

1.1 存在的問題

太陽能光伏支架擁有許多優點，如可重復利用、可靈活調整、材質不生銹等，性能優良，節省許多成本。目前，我國使用的太陽能光伏支架大多以材質區分，主要材質有混凝土、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，雖然有很強的穩定性，但是對環境的要求較高，常用來與外形巨大的電池板搭配使用。鋁合金支架常應用于民用建筑，鋁材質輕巧而美觀，并且抗腐蝕，使用壽命較長，但無法應用于大型光伏電站，而且成本較高。

相比而言，鋼支架的優勢更加顯而易見，其性能穩定、承載力強、耐腐蝕、美觀大方、成本較低，而且方便安裝，應用范圍更加廣泛。安裝鋼結構支架時，廠內生產配件送至現場，方便簡潔，根據設計的要求將鋼支架有序安裝，速度快、效率高。不過，如果沒有完善的生產、安裝水平，不了解種類，在安裝時會有一定的問題，鋼支架對于生產、施工要求也高，因此成本較高。

1.2 解決的方法

我國太陽能光伏支架輕便，便于操作，因此選取的材質多為鋼材質，其中以以下兩種鋼材質為主：

1.2.1 輕型結構鋼。輕型結構鋼是一種十分輕便的材質，在安裝時，如果采取的是角鋼，那么可利用鋼的強度進行支架安裝，鑒于角鋼型號有限，采用小方鋼安裝能夠解決這一問題。薄壁型鋼也是輕型結構鋼的一種，這種鋼很薄，是通過冷彎或冷軋制成的異型鋼。這種鋼材質雖然輕便，卻無法直接與絕大多數電池板直接連接，因此需要利用鋁壓塊、高強螺栓輔助固定，便于安裝。

1.2.2 普通結構鋼。普通結構鋼的材料多為成本較低的碳素結構鋼和低合金鋼，截面種類和加工方式多種多樣。太陽能光伏支架系統對于其截面有著固定要求。加工焊接型鋼時，根據厚度的不同和要求，進行焊接加工。通過計算不同位置的受力情況，采用不同厚度的鋼板，方便安裝，大大節約材料。

1.3 太陽能支架對鋼材性能的要求

太陽能支架對于鋼性能要求很高。要求鋼材具有強大的抗拉性，使結構更加安全可靠。另外就是鋼材的屈服點，屈服點越高，截面就越小，越能節省材料和成本。具有良好的塑性的鋼材質，可以通過變形提醒結構被破壞，使人們及時發現和解決問題。提高鋼材質塑性，有助于增強整個結構的承載力。

良好的韌性有助于結構更加牢固，即使遭遇外力破壞，也可以以充足的能量維系整個結構，提升結構安全系數。尤其是在環境條件惡劣的電站，由于風力較大而產生的風振效應，能夠因鋼材質的強大韌性維系結構的正常運行。此外，鋼的抗疲勞性也能夠使整個結構更加牢固可靠，抵御外力的侵襲。

對于鋼材質而言，加工性能是否良好也關系到結構質量。具備良好加工性能的鋼材質，可塑性很高，可以加工成結構所需要的各種零部件，而且這些零部件無一例外，其強度、塑性等性能頗佳。

支架的使用壽命關系到太陽能光伏系統的使用壽命，因此要求支架要具有極佳的耐用性和抗腐蝕性能。牽一發而動全身，支架的好壞影響了整個結構，甚至對企業的經濟效益造成嚴重的威脅。

對于支架鋼材質的選擇要以價格和生產工藝為主，應選擇價格便宜、易于生產加工的鋼。

1.4 新型太陽能鋼結構支架技術性分析

角鋼材質的太陽能支架有許多限制因素，究其原因，主要是受限于鋼材質量，有好有壞，現場安裝時還要進行鉆孔，不能確保鋼材鉆孔后依然如舊，會因鉆孔而受到腐蝕。由此可見，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和現場組裝的鋼材質，具有節省材料、提前進行防腐處理、提高效率和壽命等優點。異形冷彎薄壁型鋼式支架成為我國新型太陽能鋼結構支架的一種。

工廠預制整體式鋼支架的現場安裝也較為簡單，只要根據支架的模塊進行現場組裝即可，大大提高施工效率，常用于大規模電站中。這種新型太陽能鋼結構支架對于材料和安裝的要求都很高。

2 太陽能光伏支架的安裝存在的問題及其解決方法

2.1 太陽能光伏支架的組件

焊接和拼裝是太陽能支架的兩種主要連接方式。焊接對于角鋼的要求較低，價格較低，連接效果較好，較為牢固，應用較為普遍。焊接存在的問題是，連接點很容易發生腐蝕，在維護成本上會較高，每隔一年就要進行防腐工作，避免支架發生問題，由于維護工作較為麻煩，而且費用較高，因此，焊接成本是很高的。除此之外，焊接應用于野外安裝時會耗費許多電量，同樣會增加成本。焊接對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，用來克服以上出現的問題。槽型鋼成品支架作為拼裝支架的一種，現場不需要焊接，可直接在現場靠螺栓拼裝，安裝速度快，美觀大方，十分耐用，便于調整，這種支架的生產主要使槽鋼之間連接方便、牢固，可方便拆卸。

2.2 太陽能光伏支架底座的連接

雙排立柱式支架的形式要根據實際情況而定，一般情況下，屋頂太陽能建設可采取混凝土塊配重和預埋件的方法，太陽能電站的建設采取地錨法和直埋式。不同的方法應用于不同的方面，就會收到不同的效果。前兩種方法主要是防止屋頂防水層結構被破壞，后兩種應用于整個電站，是為了提高電站的安全性和可靠性，從而正常運行。

在太陽能電站的建設中，地錨法的安全系數很高，是建設時常用的方法。不過，采用地錨法會付出很高的成本，精心設計和定做，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便，也不需要特別定做。不過，進行直埋式方法之前，要進行地理勘測實驗，確保地質十分適合直埋式。太陽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能支架零部件安裝

2.3.1 鋼結構構件的連接。新型冷彎薄壁型太陽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。確保鋼結構構件的連接方式正確，是支架結構設計的

前提。

2.3.2 支架與基礎連接。新型冷彎薄壁型太陽能支架與基礎的連接方式一般較為獨立，不過在條件較差的環境下，最好采用條形基礎等能夠適應較差地質的

基礎。

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。遭遇風大等惡劣的環境時，應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，也彌補了剛接復雜的施工，大有彌補二者之短的優勢。不過施工中一般不采取半剛接。

2.4 太陽能光伏支架系統的技術難點

太陽能光伏支架對于工藝的要求很高，從材料來看，型鋼若要提高質量，就應該以嫻熟的鍍鋅工藝進行制造，并滿足相關國家標準。由于鍍鋅工藝要求極高，從鍍鋅層的厚度到制造方面，均應嚴格按照標準執行。如果有一點不符合規定，就可能導致在使用中出現問題，如腐蝕。其中對鋼腐蝕影響最大的就是鹵素，其腐蝕速度之快、范圍之大，會迅速造成支架薄弱，造成嚴重的質量問題。由此可見，制造出高標準的太陽能光伏支架的前提是應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思和不斷開發。許多人為此進行多年研究，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計如節約鋼材，安裝方便，成本降低，調節快捷。簡而言之，型鋼的連接方法需要不斷挖掘，才能跟上日新月異的科學

發展。

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

3 太陽能光伏發電在我國的發展現狀

近幾年來，我國太陽能光伏產業如雨后春筍，發展迅速，呈現出勃勃生機的發展態勢。盡管成績驕人，卻也存在一定的問題，如技術落后、發展不均衡等。比如，多晶硅原料生產技術與發達國家相比依然很落后，而且能源消耗很高，不能滿足目前的需求，因為多晶硅原料主要依賴進口。

在巨大的需求壓力之下，我國一些企業開始不斷研究和開發多晶硅原料生產技術，并進行實地生產，相信在不久的將來，這種依賴進口的局面會有所改善。

我國太陽能電池制造可謂勢頭強勁，發展速度很快，可價位太高，多數只能依賴出口。目前我國太陽能電池自主研發能力依然有限，沒有取得太大的進步，長此以往也不利于發展。

我國作為經濟發展最為迅速的國家之一，在光伏發電技術和應用領域中依然與先進水平有很大的差距。由于光伏發電的成本很高，所以暫時無法完全普及。光伏產品生產企業雖然很多，產量也很大，但只注重數量、不注重質量的現象依然很嚴重，因此光伏產品在我國的應用現狀并不樂觀。

光伏產業作為一種新興的產業，有很多值得借鑒和推廣的理由。在能源嚴重不足的情況下，光伏產業可以對能源結構進行有效的調整，使人們不再過分依賴于不可再生的能源，促進新能源的研究和發展，維持生態平衡，保護環境。

4 未來展望

我國光伏產業發展趨勢十分樂觀，盡管目前處于初步階段，但隨著啟動光伏發電城市和電站的試點的逐步展開，我國光伏產業將會走向正軌。縱觀全球，光伏產業也正處于起步階段，其發展離不開政策的大力扶持和技術的不斷革新。隨著時間的不斷推移，光伏市場將會步入一個飛速發展的階段。

我國擁有豐富的太陽能資源，2/3的國度都會被太陽照射，具有天然資源優勢。據統計，我國每年地表吸收的太陽能，相當于2.4萬億噸標準煤，這樣龐大的數字使得我國太陽能資源優勢十分明顯。太陽能擁有許多優勢：清潔、可靠、安全、無污染。太陽能技術也在不斷成熟，從而滿足不斷增長的能源需求。與其他產業相比，光伏產業是21世紀最為耀眼的新興產業。

太陽能是可再生能源，因此是我國重點發展的能源對象。備受能源短缺困擾的一些國家，迫切需要這樣的能源來彌補自身不足，我國的光伏產業正是在這樣的背景下得到迅速發展。在政府政策的大力扶持下，我國光伏產業的前景將會更為廣闊。

參考文獻

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

[2] 劉春娜.國內光伏發電市場動態[J].電源技術，2011，（2）.

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

[4] 孟懿.太陽能光伏發電的發展[J].東北電力技術，2010，（11）.

[5] 錢金法，王雅萍，錢惠祥.光伏產業的發展與分析

[J].電工電氣，2009，（1）.

[6] 孫玉星，楊宏，蘇乘風.中國光伏產業發展[J].半導體技術，2010，（2）.

[7] 馬恩兵.用戰略眼光謀求國內光伏產業市場化[J].企業研究，2006，（7）.

（責任編輯：秦遜玉）