山地農光互補光伏發電安裝工程施工技術研究

趙 海 軍

(山西四建集團有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

某山地農光互補光伏發電安裝工程由光伏方陣、組串逆變器、匯流箱、升壓變壓器、集電線路、升壓站等組成。工程位于山頂荒山荒地，設防按照風壓0.31 kN/m2，雪壓0.26 kN/m2，抗震烈度6度，地震加速度0.05g。光伏方陣基礎采用鉆孔灌注預埋樁，鉆孔深度2.5 m，孔徑250 mm，樁長2 650 mm，入土深度2 500 mm，地面以上外露150 mm作為預埋樁護腳。光伏組件采用優質多晶硅(345P)，外形尺寸1 960 mm×992 mm×35 mm，2×9陣列布置。光伏支架體系為成套鍍鋅構件，現場裝配化安裝，鍍鋅層厚度不小于65 μm，滲鋅工藝滿足25年正常使用要求，每一個方陣的支架立柱縱向和橫向距離分別為1.9 m和2.8 m，前后排立柱高度分別為2.5 m和3.57 m，主梁傾斜角33°，前后陣列間距8.8 m，共組成4 223個方陣。

2 工程特點與難點

1)太陽能是綠色、清潔、可再生能源。光伏發電可節約標準煤資源，減少CO2排放量，具有廣泛的應用前景。

2)山地農光互補形式是以保護原有梯田地貌為前提進行排布設計，對山地綜合利用，實現“光伏+農業種植”疊加效應，特點是支架比較高，支架垂直度控制難度大。

3)山頂風大、粉塵大，光伏組件插接頭多，成品保護直接影響到連接質量，甚至影響到運行發電量，是施工控制的重點和難點。

4)交直流線纜數量大，荒山地形復雜，降低損耗是控制施工成本的重點和難點。

5)工期緊張，作業面分散，跨度大，施工組織和質量控制難度大，需要分區、分段施工，按期并網發電具有重要意義和時效性。

3 施工工藝流程

材料進場檢驗→鉆孔灌注預埋樁基礎→光伏支架安裝→光伏組件安裝→逆變器、匯流箱安裝→變壓器安裝→交直流線纜敷設→接地連接→送電調試。

4 施工關鍵技術研究與應用

4.1 鉆孔灌注預埋樁軸線定位控制技術

鉆孔灌注預埋樁基礎是光伏系統安裝的關鍵工序，其安裝質量直接決定后續支架及組件安裝的成形效果。預埋樁呈陣列布置，通常施工采用定位基準點、拉線控制的方法，由于每個陣列的縱橫向分別拉線，時常會出現橫向一條線、縱向有偏差的問題。

采用軸線定位控制技術的思路是把“線”控制改進為“面”控制，通過制作一種“三角架”，利用等腰直角三角形，兩邊垂直且相等的原理，將直角點置于第一排預埋樁中心點上方，一邊與一側平行，另一邊頂點便是另一排預埋樁的起點，將其固定在地上，做到兩排樁對齊，確保了預埋樁在同一軸線，實現每一個陣列橫向和縱向均一條線布置。

“三角架”控制工具采用40 mm×20 mm方管制作形成邊長1 500 mm的等腰直角三角形，斜邊中點至直角焊接一根20 mm×20 mm方管；采用φ12圓鋼在其各個頂點焊接長500 mm的支腿，起加固作用(如圖1所示)。

4.2 鉆孔灌注預埋樁垂直度控制技術

山地農光互補光伏發電形式是支架上光伏發電，支架下農業耕作和養殖，支架高度2.5 m及以上，支架比較高，垂直度控制是重點和難點。支架垂直度控制效果在很大程度上決定于基礎鉆孔灌注預埋樁的成形垂直度。基礎鉆孔灌注預埋樁施工順序為先機械鉆孔，孔徑φ250 mm，孔深2.65 m，然后安裝外徑為φ89 mm的鍍鋅鋼管預埋樁，由于孔的內徑和樁的外徑存在間隙，通常施工在澆筑混凝土過程中缺少有效定位，由于振動等原因，會出現混凝土成形后部分預埋樁垂直度達不到要求的問題，給下一道工序支架垂直安裝造成了很大困難，甚至導致支架安裝成形效果不好，無法調節的遺憾。此項預埋樁垂直度控制技術的思路是發明一種預埋樁安裝過程中輔助垂直定位的工具，以鉆孔內壁和預埋樁外壁為相互作用支撐點，用有效限位的方法保證預埋樁在澆筑混凝土過程中的垂直度。此種相互作用支撐的工具為一種具有兩個套筒的“雙環組件”，使用時從上往下套入預埋樁管，直至雙環組件的扁鋼支撐件與地面水平，放置到位后，外環與機械成孔的內壁貼緊起到支撐作用，內環與預埋樁管的外壁貼緊起到校直的作用，通過定位工具的使用，做到了外環、內環、預埋樁管三者中心合一，確保了預埋樁管垂直度。雙環組件可重復循環使用。采用“雙環組件”定位預埋樁垂直度控制技術，減小勞動強度，提高勞動效率，確保預埋樁在澆筑混凝土過程中的垂直度得到有效控制。

“雙環組件”控制工具是采用δ2 mm鋼板制作一根內徑為250 mm、高度為300 mm的套筒，作為外環，采用δ2 mm鋼板制作一根內徑為89 mm、高度為300 mm的套筒，作為內環，在確保內外環同心的情況下，在內外環之間的上部和下部焊接φ12圓鋼做縱向和橫向支撐；在外環的上部外側焊接長度為50 mm的40×4扁鋼作為此工具與地面的支撐件(如圖2所示)。

鉆孔灌注預埋樁安裝允許偏差及控制效果見表1。

表1 鉆孔灌注預埋樁安裝允許偏差及控制效果

4.3 光伏支架檁條接頭錯位設置穩定性安裝技術

光伏支架前后立柱采用熱鍍鋅焊接鋼管D76×3.5；主梁采用SC52×41.3×2.5×3.2，傾斜角度33°安裝；檁條采用SC62×41.3×2.2×4.5并排安裝在主梁上；斜撐采用L50×2.5熱鍍鋅型鋼對立柱進行支撐。

設計圖紙中并排檁條的接頭呈一條線布置，容易造成光伏組件安裝后支架受力點集中而產生變形，長期受壓導致投運后組件出現不平整，影響發電的問題出現。

采用檁條接頭錯位設置穩定性技術是借鑒“錯縫”結構受力原理，把檁條連接件“一條線”布置優化為交叉錯位，提高支架安裝的穩定性。

圖紙優化須經過原設計單位同意，根據優化圖紙編制材料采購計劃。檁條鋼構件供貨廠家批量生產前，必須先生產出一組支架，進行現場試安裝，確定完全符合要求后方可批量生產。嚴格進場驗收，分類存放，安裝過程中安裝優化圖紙合理組合，在沒有采取加固及校正措施前，不得進行螺栓的終擰。

支架安裝允許偏差及控制效果見表2。

表2 支架安裝允許偏差及控制效果

光伏組件安裝允許偏差及控制效果見表3。

表3 光伏組件安裝允許偏差及控制效果

4.4 光伏組件MC4插頭專用防塵帽施工技術

每個陣列由18塊光伏組件組成，光伏組件之間采用MC4專用插接頭串聯連接，共形成4 223個陣列，插接頭數量大。光伏組件在安裝過程中必須對MC4插頭采取有效措施密封保護，以保證接頭的清潔和連接的可靠性。通常施工采用薄膜+膠帶紙包封，保護效果與工人責任心有直接關系，保護效果不理想(見圖3)。

結合山地環境施工現場粉塵比較大的特點，必須做到對插接頭的密封保護更加規范、安全、可靠，經研究調查決定采用“專用防塵帽”進行保護，做到配套嚴密且可以重復利用。

“專用防塵帽”需要在光伏組件訂貨的技術要求中明確提出，由生產廠家成套供應。結合光伏組件數量大，分批次供貨，而專用防塵帽的使用是在供貨、安裝、接線期間，接線之后即可回收重復利用，故可根據光伏組件的整體數量、供貨批次、安裝進度對防塵帽做適量的采購。

4.5 直流線纜隱藏式敷設技術

每臺逆變器連接16個光伏組串，每個組串由18塊光伏組件組成，光伏組串之間直流線纜串聯連接，沿檁條敷設，沿支架立柱引下后直埋敷設至逆變器直流側。

由于光伏組件直流線纜根數多，通常施工時順著檁條明敷設，固定點不均勻，觀感比較零亂，整理費工費時，勞動強度大；方陣與方陣之間和沿立柱引下部分的明敷設直流線纜，容易受到陽光直射，絕緣加速老化容易降低使用壽命。

采用直流線纜隱蔽式敷設技術的思路是改變傳統施工工序，優化線路敷設方式，起到對直流線纜的保護作用。具體做法為：沿檁條明敷設部分優化為敷設在檁條槽內，如此需要調整線纜敷設和光伏組件安裝的先后工序，敷設效果可以達到整潔美觀；組串之間及沿立柱引下直流光伏線纜，根據線纜的根數選擇相應直徑的PVC管保護，做到線纜截面不大于保護管截面積的60%，穿管保護有效避免了陽光直射對線纜絕緣造成的傷害，也避免了線纜零亂布置的問題出現，同時在豎向PVC管視線高度位置粘貼黃黑相間色警示標識，明顯提升施工品質(見圖4)。

4.6 交流電纜編號定位施工技術

電纜敷設因敷設前策劃不細致、不到位而造成敷設中沒有先后順序、沒有明確定位，敷設后造成雜亂、交叉及損耗過大等問題。

采用BIM技術根據設計圖紙建模，碰撞檢查并優化，對每一根電纜敷設位置進行精準定位和編號(如圖5所示)。電纜采購計劃中對編號進行分類整理，電纜預制加工及安裝全過程按照電纜編號搭接下料與裝配化有序施工，實現電纜敷設無交叉，施工損耗有效可控的效果。

4.7 接地工藝安裝技術

每一個方陣兩端的兩塊光伏組件與支架檁條采用黃綠色BVR16 mm2接地連接；每一個方陣兩端的支架立柱與人工接地體采用熱鍍鋅扁鋼-40×4連接。

考慮到風壓造成光伏支架和光伏組件的振動，黃綠雙色接地線設置連續環形補償余量，既科學合理又美觀大方，接地線兩端壓線鼻子并搪錫，線鼻子端部采用熱縮帶密封，壓接點采用機螺栓，平墊片、彈簧墊片設置齊全。

支架立柱與預埋樁連接縫隙采用橡膠圈密封防雨水灌入，接地扁鋼安裝位置統一安裝在便于人員視覺檢修的一側，采用雙螺栓加平墊片彈簧墊片可靠固定，鍍鋅扁鋼表面涂刷直道黃綠相間標識漆。

5 結語

山地農光互補光伏發電系統解決了傳統光伏支架比較低，光伏板下采光和通風透氣性不佳，對光伏板下的植物生長造成一定程度影響的問題，實現“光伏+特色種植”，最大限度地利用山地資源二次收益，隨著新能源的發展，必將具有更加廣闊的應用空間。

依托工程實踐，開展山地農光互補光伏發電安裝工程施工技術研究及應用，通過技術創新，提高了施工效率，提升了施工質量，獲得了良好的社會效益和經濟效益，具有很好的推廣應用價值。