光伏陣區基礎形式對比研究

何凡

摘 要：光伏陣區是光伏發電系統的核心組成部分，其基礎形式對于整個系統的效率和穩定性具有重要影響。為了得出性價比較高的光伏發電區光伏支架基礎形式，從6個方面對光伏陣區常用基礎形式進行評價。選取較為合適的2種基礎類型，從結構耐久性、結構穩定性、環境保護等方面對不同基礎類型進行評價，混凝土灌注樁和條形基礎的得分分別為54分和52分，遠遠超過其他基礎類型。對比灌注樁與螺旋鋼管樁基礎的施工成本可知，單個灌注樁與螺旋鋼管樁基礎的造價分別為307.2元和320.2元。根據光伏陣區共需要樁基礎173056個對樁基施工成本進行計算，發現與螺旋鋼管樁基礎相比，使用灌注樁基礎時工程成本降低了173 056元。

關鍵詞：光伏陣區；基礎形式；光伏支架；混凝土灌注樁；工程成本

中圖分類號：TM615? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2024）05-0103-03

0引言

隨著社會對可再生能源需求的日益增長和全球能源結構的轉變，光伏發電已成為實現可再生能源利用的重要手段之一，在全球范圍內得到了廣泛應用[1]。在光伏發電系統中，光伏陣列的基礎形式對于整個系統的運行效率、穩定性及使用壽命具有重要影響[2]。但不同地區的光伏電站建設面臨著不同的地質條件和環境因素，因此選擇合適的基礎形式成為光伏電站建設的關鍵問題之一[3]。

通過對光伏陣區基礎形式的對比研究，可以深入了解各種基礎形式的優缺點、適用場景及影響因素，有助于在光伏電站建設中選擇合適的基礎形式，提高光伏發電系統的效率和穩定性，降低建設成本和維護成本[4]。同時還對推動光伏發電技術的發展和應用，實現能源結構的優化和可持續發展，具有重要的現實意義和理論價值。

潘帥等[5]分析灌注樁基礎在戈壁灘光伏項目中的施工難點和關鍵技術，并提出了相應的解決措施。莫桂梅等[6]分析了山地環境中光伏支架PHC樁基礎受力特點，并介紹了其關鍵施工技術。基于此，為了得出既能滿足光伏發電區光伏支架承載力要求，又具有經濟性的基礎形式，本文對光伏陣區常用基礎形式進行了介紹，從6個方面對不同基礎類型進行評價，并計算了不同基礎的工程成本，為類似工程提供指導和借鑒。

1工程概況

某光伏項目場址中心位于東經85°3341”北緯45°5513”附近，場址海拔高程在290～330 m，場址地貌屬山前沖洪積平原，場地地形平坦、開闊，自然坡度約3.5%。地貌表現為荒草地，土地類型為未利用地。場址中心距離西側G217國道約9 km，距離東側鹽湖公路約3 km，交通便利。工程總用地面積約1 007 ha，工程規劃建設規模為光伏400 MW/479.41632 MWp+儲能80 MW/160 MWh。一期建成，25年年均發電量約為79355.57萬kWh。本工程建設1座220 kV升壓站、400 MW/479.41632 MWp光伏發電場區及80 MW/160 MWh儲能場區，通過1回220 kV線路送出。

光伏發電區間包含128個子方陣，每個方陣由204個電池串組成，每個并聯支路由34塊540Wp電池組件串聯形成，每14～15個電池串經過1臺直流匯流箱匯流后形成1個并聯支路，每個方陣的安裝容量為3745.44kWp，分為 14個并聯支路經逆變升壓一體機將直流電壓逆變為交流35 kV匯集線路出線，逆變器和箱變采用集成一體機設計。光伏組件支架采用固定式，支架結構由主梁、次梁、前后立柱等構成，側立面結構形式為三角形，按傾斜角度40°設計。

2光伏陣區常用基礎形式

光伏陣區基礎在光伏電站建設中起著至關重要的作用，其主要功能和作用包括：通過基礎的支撐，可以確保地面的平整度，從而提高光伏板的布置效率和整體美觀度。光伏陣區基礎通過深入土層，使得整個結構的重量得以傳遞到更深層的土壤或巖石之中，從而起到了承重的作用，確保光伏板的穩固安裝。光伏電站設備需要承受沖擊風載荷和應變變形，基礎可以將這些荷載有效地傳遞到地基深層，提高了光伏板在強風條件下的穩定性。

目前光伏陣區中常用的基礎類型有條形基礎、螺旋鋼管樁基礎、混凝土獨立基礎、灌注樁基礎等，不同基礎類型的特點如下。

2.1 條形基礎

混凝土條形基礎由多個同等寬度的混凝土條組成，寬度通常為20～50 cm，深度為基礎底面以下30～60 cm，混凝土條間距通常為1.5～3 m，根據不同的荷載可以適當調整間距。將建筑物的承重墻、柱子等直接放在條形基礎上，使其承受建筑的重力以及風荷載下的側向力。

混凝土條形基礎的穩定性較好。由于混凝土條形基礎的梁柱直接支撐在基礎上，能夠更好地分散上部結構的剪力，有助于提高結構的穩定性。混凝土條形基礎的施工工藝相對簡單，易于操作，且在施工過程中不需要特殊的機械設備。相對于其他基礎形式，混凝土條形基礎的材料成本和施工成本較低，具有較好的經濟性。然而，混凝土條形基礎需要良好的地質條件作為支撐，如果地質條件不佳，可能會影響基礎的穩定性。混凝土條形基礎的施工需要經過多個步驟，包括基坑開挖、墊層施工、鋼筋綁扎、模板支設、混凝土澆筑等，相對于其他基礎形式施工周期較長。

2.2 螺旋鋼管樁基礎

螺旋鋼管樁基礎是一種常用于土壤較軟或具有一定地下水位的地區的基礎工程技術，主要由螺旋鋼管樁和連接件組成，通常通過擠壓或旋入地下而成為支撐建筑物的穩固基礎。在地基較深處螺旋鋼管樁的直徑逐漸增大，形成一種“擴孔”效應，可以提高樁基在土壤中的抗壓和抗拔承載力。

此種基礎在安裝過程不需要大量的土方開挖，不會產生大量的土方運輸，對環境影響小，且施工需要的工具簡單，可快速安裝，適用于包括軟土、淤泥、砂質土等各種地質條件，可以有效改善較差地基條件。螺旋鋼管樁可以通過增加樁長和直徑來滿足不同建筑物的承載需求，具有優良的承載性能，但此類基礎用鋼量較大，成本較高。

2.3 混凝土獨立基礎

鋼筋混凝土獨立基礎是將建筑物的基礎支撐在獨立于地基的根基上的一種構造方式。這種基礎通常由鋼筋混凝土或磚石材料制成，形狀為柱形，用于支撐上部結構，如房屋、橋梁等。此類基礎承載能力強、穩定性好、施工工藝簡單且成本較低，但同樣存在對地質條件要求較高、施工周期長、廢料處理困難等問題。

2.4 灌注樁基礎

混凝土灌注樁基礎是一種就位成孔，灌注混凝土或鋼筋混凝土而制成的樁基礎。此類基礎通過樁的承載面積擴大，使得地基承載能力得到有效提升，能夠更好地承擔上部荷載，保證地基的穩定。通過合理布置樁基，可以分散荷載，減少地基承受荷載的壓力，避免因為地基沉降而引起的建筑物下沉和傾斜。混凝土灌注樁用鋼量較小，對原有環境破壞程度低，具有確保光伏支架基礎穩定和高性價比的優點，因此常用在光伏建設項目中。但此類基礎在施工時容易出現斷樁、縮頸、混凝土離析和孔底虛土或沉渣過厚等質量問題。

3基礎的選擇

參考當地施工條件和地質情況，可分兩個階段對光伏陣區樁基礎形式的選擇分析和評價。其中第一階段通過半定量評價5種樁基，得出兩種合適的樁型。在第二個階段從經濟性的角度，定量對比分析兩種樁型的適用程度，選擇出更加適合項目的樁型。

在樁基選擇的第一階段里，可從以下6個方面對不同基礎類型進行評價，分別為：結構耐久性（抗凍性與抗腐蝕性）、結構穩定性（抗拔、抗壓、水平抗位移）、環境保護（不產生大量廢棄土、不破壞植被和環境）、經濟性（工程成本）、施工進度（能否機械化施工、施工速度）、支架兼容性（維護是否便利、安裝是否簡單）。在對比評價時共設置4個等級，從低至高分別為4分（比較差）、6分（一般）、8分（良）以及10分（優），不同基礎的評價具體情況見表1所示。

經過以上6個方面的比較，可知混凝土灌注樁和條形基礎的得分分別為54分和52分，遠遠超過其他基礎類型，表明這2種基礎形式更適合光伏支架。

通過第一階段的評價分析，得出眾多基礎類型中灌注樁和條形基礎較為合適。在第二階段對比分析上述兩種樁的經濟性。對螺旋鋼管樁基礎所需費用進行分析計算，其成本如表2所示，主要包括樁基礎加工費、材料費以及安裝費用。當前新疆地區的光伏項目還未使用過螺旋鋼管樁，因此參考同樣高海拔地區的使用螺旋鋼管樁的青海某光伏項目的價格進行計算，同時考慮到材料運輸距離和施工效率的改變，在上述基礎上放大1.2倍。

對鋼筋混凝土灌注樁基礎所需費用進行分析計算，其成本具體見表3所示，主要包括混凝土材料費、澆筑混凝土的費用、鋼筋籠制作費以及機械鉆孔費。參考相近縣市光伏工程中灌注樁的造價進行計算，鑒于參考項目與本文所研究項目的運輸、施工條件大致相同，不再乘以相應的系數。

經過對比上述兩種樁的成本，能夠得出單個灌注樁與螺旋鋼管樁基礎的造價分別為307.2元和320.2元；根據光伏陣區共需要樁基礎173 056個對樁基施工成本進行計算，得出與螺旋鋼管樁基礎相比，工程成本在使用灌注樁基礎時降低了173 056元，因此灌注樁基礎性價比更高。

4結束語

為了得出既能滿足光伏發電區光伏支架承載力要求，又具有經濟性的基礎形式，對光伏陣區常用基礎形式進行了介紹，從6個方面對不同基礎類型進行評價，初步得出較為合適的2種基礎類型，并計算2種基礎的施工成本，主要得出以下結論：①從結構耐久性、結構穩定性、環境保護等6個方面對不同基礎類型進行評價，混凝土灌注樁和條形基礎的得分分別為54分和52分，遠遠超過其他基礎類型，表明這2種基礎形式比較適合光伏支架。②對比灌注樁與螺旋鋼管樁基礎的施工成本可知，單個灌注樁與螺旋鋼管樁基礎的造價分別為307.2元和320.2元。根據光伏陣區共需要樁基礎173 056個對樁基施工成本進行計算，得出與螺旋鋼管樁基礎相比，工程成本在使用灌注樁基礎時降低了173 056元，因此灌注樁基礎性價比更高。

參考文獻

[1] 馬寧.太陽能光伏發電概述及發展前景[J].智能建筑電氣技術，2011，5（2）：25-28.

[2] 欒石林，李光明，廖華，等.太陽能山地光伏電站優化設計研究[J].云南師范大學學報：自然科學版，2014，34（5）：25-31.

[3] 閆健，劉健全.大型光伏電站擾動區支架基礎選型的探討[J].太陽能，2013（23）：36-39.

[4] 楊文，田富銀.泰國某光伏發電示范工程支架基礎選型設計探討[J].低碳世界，2014（11X）：105-106.

[5] 潘帥，徐濤，唐小鈞.戈壁光伏工程中的支架灌注樁基礎施工技術[J].四川建材，2023，49（11）：68-70.

[6] 莫桂梅，李杰生，余友誼，等.PHC樁支架結構形式在山地光伏中的應用分析[J].城市建筑，2023，20（20）：177-180.