山地光伏支架新材料的應用與推廣

羅大鑫

摘要：本文介紹了永仁秀田并網光伏電站一期二批工程新型支架的材料和形式，簡要介紹施工步驟，論證了存在的優點和缺點，以及改進措施，并提出了鋁合金新材料支架值得在山地光伏應用和推廣的結論。

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.

關鍵詞：山地光伏;秀田電站;支架;推廣應用

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

中圖分類號：TU395 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0161-03

0 引言

永仁秀田并網光伏電站一期二批（30MWp）位于楚雄州永仁縣東北面。項目采用255Wp晶體硅太陽電池組件，建設30個1MWp太陽能電池方陣，方陣支架為固定支架。項目與首批工程共用110kV升壓站，整體以1回110kV改接至220kV永定變。

1 普通支架材料與形式

目前西部地面光伏電站的支架普遍采用Q235-B鋼。常用的太陽電池組件支架有固定式支架、水平單軸跟蹤支架、傾斜單軸跟蹤支架和雙軸跟蹤支架。

一般而言，跟蹤系統支架形式發電量最大，但是占地面積大，支架的造價高，運營維護成本高，性價比不高。本工程如布置固定支架系統，該場地裝機容量為30MW，如采用跟蹤系統形式，該場地裝機容量為19MW。目前，跟蹤系統如果出現機械故障，可能引起太陽電池少發電、不發電等情況。另外，山區地區采用跟蹤系統，須做大量場平才能布置安裝，也不適合本工程的地形條件。綜合以上分析，本項目太陽電池方陣的運行方式采用固定式，即方陣支架采用固定支架。

2 秀田一期二批的材料與形式

方陣安裝傾角的最佳選擇取決于諸多因素，如地理位置、全年太陽輻射分布、直接輻射與散射輻射比例、負載供電要求和特定的場地條件等。根據計算，本項目確定方陣支架傾角均為26°。

2.1 太陽電池陣列間距的設計計算

太陽電池方陣陣列間距計算，應按太陽高度角最低時的冬至日仍保證組件上日照時間有6小時的日照考慮。其陣列間距計算示意見圖1所示，太陽高度角、方位角與電池板傾角關系如圖2所示。

其中，考慮東西向坡之間間距的計算如表2所示。

2.2 單組支架電池組串的排列設計

每個晶體硅太陽能電池組串支架的縱向為11排、每排2塊組件，即：每組支架上安裝22塊晶體硅太陽電池組件，滿足2個組串。每一組支架陣面平面尺寸約為（11.10×3.32m）。

2.3 方陣整體布置情況

本工程每2個500kWp光伏發電單元系統組成1個1MWp光伏發電分系統，以此形成一個1MWp光伏發電分系統方陣，設置一間逆變升壓配電室。雙分裂繞組變壓器布置在逆變器室外。

每1MWp方陣有186個組串，對應布置186個支架，每個組串需22塊多晶硅電池板，以滿足1MWp方陣共需4092塊組件的要求。由于場址微地形復雜，坡度及坡向多變，太陽電池方陣的陣列間距和布置位置需根據地形的變化情況確定，盡量少占土地及節省電纜。

2.4 結構及材料情況

本項目選用鋁合金結構主材，材質為6063 T6，抗拉強度、抗剪強度、伸長率、屈服點等各項力學性能要求均符合《一般工業用鋁及鋁合金擠壓型材》（GB/T 6892-2006）的相關規定，表面按規程要求采用陽極氧化措施，進行防腐處理，陽極氧化膜最小厚度不低于15。螺絲采用普通粗制螺絲，性能等級不小于4.8級，螺栓、拉條拉筋采用鋅鉻涂層，滿足《鋅鉻涂層技術要求》（GB/T 18684-2002）相關要求。

單榀支架分別由4根前后立柱，4根橫梁，4根前后支撐，8根鏈條，16組連接件，以及部分旋轉連接件組成，總重124.19kg。螺栓型號采用M8、M6、M3三種類型，配合相應規格螺母，共用278顆螺栓連接，總重6.65kg。局部剖面如圖3所示。

3 安裝步驟及要求

光伏陣列支架采用鋁合金支架，采用工廠化生產，運至施工現場進行安裝，支架均采用螺栓連接。支架基礎采用混凝土獨立基礎，其施工順序：放線→開挖→支模（埋件定位）→找平標高→澆筑混凝土→驗收。endprint

本工程太陽電池組件全部采用固定式安裝，太陽電池組件的安裝分為兩部分：支架安裝、太陽電池組件安裝。

光伏陣列支架表面必須是平整的，固定太陽電池組件的支架面應該與其位于同一平面，各組件均在一條直線上整齊劃一，傾角的設計應該設計要求一致，構件與連接螺栓之間加墊防松墊片后擰緊。

將太陽電池組件支架調整為26°傾角進行太陽電池組件安裝。組裝時，先按規定的參數全面檢測太陽太陽電池組件，確保其參數配置符合設計要求。一般測試項目有開路電壓、短路電流等。

太陽電池組件一律輕拿輕放，注意防止其在組裝過程中被硬物刮傷或與表面玻璃相互碰撞。按照施工組織設計確定基架上太陽電池組件的安裝位置和接線盒排布方式。組裝時若發現組件固定面無法與基架表面充分吻合，建議先用鐵墊片將無法吻合的部位墊平再擰緊連接螺絲，固定螺栓也應該按要求加墊防松墊片后擰緊。

太陽電池組件電纜連接根據設計的串接方式連接太陽電池組件電纜，連接后將引出線預留一定的余量，然后緊固插接部位。運到組裝現場的組件先檢查其外觀質量，確保其各方面合格后按規定妥善安置。另外，必須在安裝完太陽電池方陣陣列支架后才能將太陽電池組件安裝在支架上，嚴防太陽電池組件受損。

4 優缺點分析與改進之處

4.1 新型式鋁合金支架的優點

①山地區域建設光伏采用固定支架形式，從投資增加與提升發電量相比較，固定支架形式較優。

②建設光伏項目區域，一般而言太陽輻射強度大，云南省各地區有明顯的雨季和旱季，鋼結構支架防腐措施易失效，將造成局部生銹失穩情況發生，特別在暴風季節，容易傾倒，造成不可估量的損失。

③鋁合金支架施工方便，材料輕巧，施工過程中搬運簡單，特別適用于山地不平整的場區。新型結構形式采用模塊化定制，大幅度提高安裝人員效率，能夠使項目提早發電，具有較強經濟性。

④鋁合金支架型式美觀性好，對外交通條件好的區域易成為當地參觀的旅游點，增加當地社會效益。

⑤支架利用螺栓連接取代電焊連接，大幅提高抗銹能力，增強美觀度，提升防腐能力，保障支架的安全性。維護簡單、易操作，提升后期運維效率。

4.2 新型式鋁合金支架的缺點

①鋁合金造價偏高。

②光伏組件采用螺栓連接對光伏板不利;在施工水平不高的前提下，山地地區地勢高低不平，整體誤差控制難度大，易造成螺栓連接組件位置偏離，存在隱患。

4.3 改進措施

①加大支架安裝人員培訓力度，進一步提高支架安裝整體性。

②全套定制鋁合金支架，通過招標方式進一步控制支架價格水平。

③支架與組件的連接方式優化為鋁合金壓塊，提高安裝效率和可靠性;部分支架結合處轉角連接件可簡化。

5 結語

光伏支架對光伏電站的運維安全尤為重要，因此對它進行探討和推廣很有必要的。目前市場上的光伏支架結構較單一，優化空間有限，應在優化設計時切實保證其在25年內能安全使用。本文提出的鋁合金新材料、新型式結構模塊化，輕巧，特別適用于山地光伏區域，值得推廣和應用。

參考文獻：

[1]云南省氣候中心.云南省太陽能資源評價報告.

[2]云南省電力設計院.云南省永仁縣秀田并網光伏電站一期二批（30MWp）工程可行性研究報告.

[3]西北勘測設計研究院有限公司.云南省永仁縣秀田并網光伏電站一期二批（30MWp）工程晶硅電池組件鋁合金支架結構設計說明.endprint