山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程施工技術研究

涂立群

中能建廣西開發(fā)投資有限公司 廣西 南寧 530000

引言

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)推進，出臺了一系列的政策和方針，為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了諸多的支持，其中太陽能光伏發(fā)電工程作為現(xiàn)階段國家重點扶持的新能源項目，將其與農(nóng)光互補進行有效結合，既能夠有效保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，減少能源消耗，還能夠獲得顯著的經(jīng)濟效益。尤其是對于一些偏遠山區(qū)，通過建設山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電工程，能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域清潔能源的高效利用，提高土地的利用率，改善區(qū)域的道路條件，還能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電盈利。

1 工程概況

以浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程為研究對象，占地面積達到1200畝以上，總投資5億元左右，裝機容量70MWp，項目建成后預計年發(fā)電量達到3000萬千瓦，每年可節(jié)約標準煤約62000t，減少排放二氧化碳約200000t、氮氧化物約2600t、二氧化硫約6300t。該工程項目的構成部分包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、匯流箱、升壓站、計量裝置、集電線路等[1]。該山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電項目建設于荒山荒坡上，有效利用了光伏支架下部的閑置土地，遵循“棚上發(fā)電、棚下種植、農(nóng)光互補”的建設理念，通過鋼質(zhì)骨架上覆蓋太陽能電池板施工安裝，由20多萬塊太陽能電池板構成，建成后的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程如圖1所示。

圖1 山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程

2 山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程的施工難點

在山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電技術的應用過程中，要想在最大程度上提高太陽能能源的利用效率，就需要充分分析地形水平面的總輻射量、散射輻射量、直接輻射量、區(qū)域內(nèi)各月的平均氣溫與平均風速，方可精準地判斷太陽能資源，從而為后續(xù)光伏發(fā)電項目的投資評估提供有效的依據(jù)[2]。目前，我國光伏發(fā)電項目建設地址多位于山地、開闊的沙漠等地區(qū)，所以該項目建設具有地形起伏坡度較大、電站的跨越少、山體存在砂卵礫石層等特點。

據(jù)調(diào)查可知，浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程施工面臨著以下難題：第一，山地農(nóng)光互補光工程在排布設計上要求必須保護好原有的地形地貌，通過綜合利用山地資源，達到“光伏發(fā)電＋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)”疊加效果，特點是支架比較高，難以有效控制支架的垂直度。第二，安裝施工地點比較偏僻，運輸量較大，山頂風大且粉塵大，光伏組件存在眾多的插接頭，連接質(zhì)量直接受到成品保護的影響。第三，山地的地形條件比較復雜，交直流線纜數(shù)量眾多，要想有效控制施工安裝成本，需要采取有效措施來減少損耗。第四，施工工期比較緊張，相關設備安裝的跨度較大，作業(yè)面分散，安裝質(zhì)量與實施控制難度較大，必須采取分段與分區(qū)安裝施工方案，并要求在規(guī)定期間內(nèi)實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電[3]。

3 山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程施工技術

3.1 鉆孔灌注預埋樁基礎的相關施工技術

鉆孔灌注預埋樁基礎是山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電工程安裝的重要工序，為能夠保證后續(xù)光伏支架及其組件安裝的成形質(zhì)量，首先必須保證鉆孔灌注預埋樁基礎的安裝質(zhì)量。預埋樁在施工過程中采用陣列布置的形式，一般需要先準確定位基準點，并嚴格控制拉線，由于不同陣列的縱橫向分別拉線，往往會發(fā)生橫向一條線與縱向存在偏差的情況。為能夠有效解決這一問題，需要在鉆孔灌注預埋樁基礎施工過程中采用適宜的施工技術，即軸線定位控制技術。在“線”控制的基礎上實現(xiàn)了“面”控制，通過構建一個“三角架”，依托于等腰直角三角形的特征（兩邊垂直且相等），在首排預埋樁中心的上方設置直角點，一邊與一側保持平行狀態(tài)，另一邊頂點則作為另一排預埋樁的起點，在地上對其進行妥善固定，保證兩排樁對齊，且預埋樁均位于同一軸線，從而確保各陣列在橫向與縱向上都處于一條線上[4]。對于“三角架”控制工具的制作，需要結合光伏發(fā)電工程的實際情況，選擇適宜規(guī)格的方管制成邊長合適的等腰直角三角形，并將一根規(guī)格適宜的方管焊接在斜邊中點至直角的位置，為能夠獲得良好的加固效果，需要在使用圓鋼在“三角架”控制工具的各個頂點焊接一條支腿。

山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電工程的光伏發(fā)電功能的實現(xiàn)主要依賴于光伏支架上方，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的開展則依賴于光伏支架下方，所以，垂直度控制是整個工程安裝施工的重難點。要想確保理想的光伏支架垂直度控制效果，就必須保證基礎鉆孔灌注預埋樁的成形垂直度符合工程建設標準。基于此，在鉆孔灌注預埋樁安裝施工過程中，需要合理運用垂直度控制技術，即先采用機械手段完成鉆孔作業(yè)，嚴格控制孔深與孔徑，再安裝外徑為89mm的鍍鋅鋼管預埋樁，因為孔的內(nèi)徑與樁的外徑之間有著一定的間隙，一般在混凝土澆筑作業(yè)中缺少合理定位，加上振動等因素的影響，往往會導致混凝土成形以后一些預埋樁垂直度無法滿足光伏發(fā)電工程安裝施工要求，嚴重影響到下一道工序光伏支架的安裝質(zhì)量和安裝成效效果。基于這一問題，可在預埋樁安裝期間采用輔助垂直定位工具——具有兩個套筒的“雙環(huán)組件”，將預埋樁外壁與鉆孔內(nèi)壁作為彼此作用的支撐點，借助于有效限位的方法確保混凝土澆筑期間預埋樁的垂直度符合標準[5]。關于這一輔助垂直定位工具的應用，可先將該工具由上向下套入到預埋樁管，只有雙環(huán)組件的扁鋼支撐件和地面處于水平狀態(tài)時，才表明輔助垂直定位工具放置到位，能夠很好地支撐外環(huán)和機械成孔的內(nèi)壁，并有效校直內(nèi)環(huán)和預埋樁管的外壁，使二者牢牢貼緊，從而實現(xiàn)內(nèi)外環(huán)與預埋樁管之間的中心合一，保障預埋管樁垂直度。“雙環(huán)組件”定位預埋樁垂直度控制技術的應用優(yōu)勢體現(xiàn)為：組件可重復循環(huán)使用，操作簡便，能夠減輕施工人員的工作強度，提高安裝效率，并有效控制混凝土澆筑期間預埋樁的垂直度。

3.2 光伏支架結構安裝的施工技術

在浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程的施工過程中，光伏支架結構安裝主要涉及以下兩個部分：一是冬暖式大棚光伏支架。施工人員需要結合電池組件的尺寸大小，來采用鋁合金支架或是三角形鋼支架進行光伏電池組件支架，本工程項目的光伏支架屬于固定式支架，傾度為30°，電池組件的尺寸均為長1.65m、寬0.99m、厚0.04m，大棚尺寸為跨度10m、長度90m，各大棚布置光伏板共265塊，選擇豎放的方式進行電池板布設；為能夠有效提高光伏板的基礎建設承載能力，本工程項目采用預應力混凝土管樁作為基礎，且在冬暖棚后墻中進行砌筑，選擇固定式鋼支架作為光伏支架，配合大棚開展安裝施工作業(yè)。二是拱形大棚跟蹤光伏支架，將三角形鋼支架作為其電池組件的支架，其屬于單軸跟蹤式支架，轉(zhuǎn)動范圍控制在-45°至45°之間，該支架主要由主柱、主梁、短梁、拉索、法連連接等組成，安裝在拱棚兩側，能夠結合太陽光角度的變化來對支架角度進行自動、合理地調(diào)整，促使光伏支架處于最佳傾角，從而顯著提高光伏發(fā)電量。需要強調(diào)的是：由于受到各種荷載組合的影響，光伏支架必須符合山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電工程建設對強度、穩(wěn)定以及剛度等各項參數(shù)的要求，為保證整個光伏支架結構的可靠性與安全性，必須合理選擇布置形式，保證其受力協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)應力集中問題，還需結合計算受力大小來明確各桿件的適宜截面大小，既要保證桿件的強度達標，還要盡可能減少鋼材的消耗。

3.3 光伏組件MC4插接頭的安裝技術

在浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電安裝工程中，各陣列中均布置了18塊光伏組件，且各光伏組件都選擇MC4插接頭進行連接與串聯(lián)，從而構成數(shù)千個陣列。在實際施工過程中需要用到大量的MC4插接頭，為保證光伏組件MC4插接頭的安裝質(zhì)量和安裝效率，施工人員需要先采取有效密封措施對MC4插接頭進行保護，確保接頭的清潔度與連接的有效性，在以往的安裝施工中多選擇薄膜與膠帶紙包封的方式，施工人員的操作是否規(guī)范、標準直接影響到MC4插接頭的保護效果。與此同時，本工程項目施工現(xiàn)場存在大量的粉塵，只有切實做好MC4插接頭的密封保護工作，才能夠保證最終的安裝效果，所以本工程項目經(jīng)過多方研究和協(xié)商以后，決定選擇“專用防塵帽”對MC4插接頭進行密封保護。另外，在“專用防塵帽”采購環(huán)節(jié)，建設方需要嚴格依據(jù)光伏組件訂貨的技術要求，與聲譽良好、性價比高的生產(chǎn)廠家合同，簽訂“專用防塵帽”成套供應合同。由于光伏組件數(shù)量眾多，往往需要分批次供貨，所以在專用防塵帽采購過程中，需要結合光伏組件的整體實力、安裝進度等情況來適量購入防塵帽[6]。

3.4 直流線纜的敷設技術

本工程項目中每一臺逆變器均與16個光伏組串相連，且每一個組串中安裝了18塊光伏組件，通常采用直流線纜串聯(lián)的方式對所有光伏組串進行連接，并從檁條處開始進行敷設，再從支架立柱引下，于逆變器直流側進行直埋敷設。在實際操作中，由于光伏組件直流線纜數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的安裝施工方式存在固定點不均勻、耗時耗力、觀感不佳等缺點，加上明敷設直流線纜往往會遭受陽光直射，致使直流線纜的絕緣老化速度加快。為解決上述問題，可選擇直流線纜隱蔽式敷設技術，以進一步優(yōu)化直流線纜的敷設方式，更好地保證直流線纜，具體操作流程包括：①通過合理調(diào)整光伏組件安裝與直流線纜敷設的先后順序，改變之前沿檁條明敷的方式，選擇在檁條槽內(nèi)進行敷設，這樣做能夠呈現(xiàn)出更為整潔、美觀的敷設效果；②針對光伏組串之間、沿立柱引下的直流光伏線纜，需要結合線纜的具體數(shù)量，采用相應直徑的PVC管保護，注意保護管截面積必須小于線纜截面，從而有效防止陽光直射對線纜絕緣的負面影響，還能夠讓線纜布置整齊。

3.5 交流電纜的安裝技術

為避免電纜敷設后出現(xiàn)交叉、雜亂或是損壞過大等不良現(xiàn)象，在本工程項目安裝施工過程中，決定借助于先進的信息技術手段，結合施工設計圖構建相應的三維數(shù)字模型，通過碰撞檢查來進一步優(yōu)化和改進施工圖紙，精準定位與編號光伏發(fā)電工程中所用的每一根電纜敷設位置，從而在實際施工安裝過程中依據(jù)編碼進行電纜預制加工、安裝及敷設，實現(xiàn)電纜敷設無交叉，將施工損耗控制在合理范圍之內(nèi)。

4 結束語

綜上所述，在以往的光伏發(fā)電工程建設中，普遍存在光伏板下通風效果、采光效果不佳等問題，在很大程度上限制了農(nóng)作物的生長。基于這一問題，通過將農(nóng)光互補與光伏發(fā)電技術有效結合，采用科學、先進的施工技術，實現(xiàn)太陽能資源的高效開發(fā)利用，提高山地資源的利用率，從而建造一座高水準的山地農(nóng)光互補光伏發(fā)電工程，獲得更大化的綜合效益。