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光伏支架作為光伏電站重要的組成部分，它承載著光伏電站的發(fā)電主體。支架的選擇直接影響著光伏組件的運(yùn)行安全、破損率及建設(shè)投資，選擇合適的光伏支架不但能降低工程造價(jià)，也會減少后期養(yǎng)護(hù)成本。


1、光伏支架類型


根據(jù)材料分類


根據(jù)光伏支架主要受力桿件所采用材料的不同，可將其分為鋁合金支架、鋼支架以及非金屬支架，其中非金屬支架使用較少，而鋁合金支架和鋼支架各有特點(diǎn)。


根據(jù)安裝方式分類


2、固定式光伏支架介紹


光伏陣列不隨太陽入射角變化而轉(zhuǎn)動，以固定的方式接收太陽輻射。根據(jù)傾角設(shè)定情況可以分為：最佳傾角固定式、斜屋面固定式和傾角可調(diào)固定式。


最佳傾角固定式


先計(jì)算出當(dāng)?shù)刈罴寻惭b傾角，而后全部陣列采用該傾角固定安裝，目前在平頂屋面電站和地面電站廣泛使用。


1)平頂屋面-混凝土基礎(chǔ)支架


平頂屋面混凝土基礎(chǔ)支架是目前平屋面電站中最常用的安裝形式，根據(jù)基礎(chǔ)的形式可以分為條形基礎(chǔ)和獨(dú)立基礎(chǔ);支架支撐柱與基礎(chǔ)的連接方式可以通過地腳螺栓連接或者直接將支撐柱嵌入混凝土基礎(chǔ)。


優(yōu)點(diǎn)：抗風(fēng)能力好，可靠性強(qiáng)，不破壞屋面防水結(jié)構(gòu)。


缺點(diǎn)：需要先制作好混凝土基礎(chǔ)，并養(yǎng)護(hù)到足夠強(qiáng)度才能進(jìn)行后續(xù)支架安裝，施工周期較長。


2)平頂屋面-混凝土壓載支架


優(yōu)點(diǎn)：混凝土壓載支架施工方式簡單，可在制作配重塊時同時進(jìn)行支架安裝，節(jié)省施工時間。


缺點(diǎn)：混凝土壓載支架抗風(fēng)能力相對較差，設(shè)計(jì)配重塊重量時需要充分考慮到當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)力。


3)地面電站-混凝土基礎(chǔ)支架


地面電站混凝土基礎(chǔ)支架多種多樣，根據(jù)不用的項(xiàng)目地質(zhì)情況，可選擇對應(yīng)的安裝方式，以下主要介紹現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)、獨(dú)立及條形混凝土基礎(chǔ)、預(yù)制混凝土空心柱基礎(chǔ)等幾種最常見的混凝土基礎(chǔ)安裝形式。


現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)


根據(jù)基礎(chǔ)形式不同，現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)可分為現(xiàn)澆混凝土樁和澆注錨桿。


優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)開挖土方量少，混凝土鋼筋用量小，造價(jià)較低、施工速度快。


缺點(diǎn)：現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)施工易受季節(jié)和天氣等環(huán)境因素限制，施工要求高，一旦做好后無法再調(diào)節(jié)。


獨(dú)立及條形混凝土基礎(chǔ)


優(yōu)點(diǎn)：獨(dú)立及條形混凝土基礎(chǔ)采用配筋擴(kuò)展式基礎(chǔ)，施工方式簡單，地質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，基礎(chǔ)埋置深度可相對較淺。


缺點(diǎn)：獨(dú)立及條形混凝土基礎(chǔ)工程量大，所需人工多，土方開挖及回填量大，施工周期長，對環(huán)境的破壞大。


預(yù)制混凝土空心柱基礎(chǔ)


預(yù)制混凝土空心柱基礎(chǔ)廣泛用于水光互補(bǔ)電站、灘涂地電站等地質(zhì)條件較差的電站。同時由于基礎(chǔ)高度優(yōu)勢，也被較多用于山地電站以及農(nóng)光互補(bǔ)電站。


4)地面電站-金屬樁支架


金屬樁支架在地面電站中應(yīng)用同樣非常廣泛，主要可分為螺旋樁基礎(chǔ)支架和沖擊樁基礎(chǔ)支架。


螺旋樁基礎(chǔ)支架


螺旋樁支架根據(jù)是否帶法蘭盤可分為帶法蘭盤螺旋樁支架和不帶法拉盤螺旋樁支架;根據(jù)子葉形狀可分為窄葉連續(xù)型螺旋樁支架和寬葉間隔型螺旋樁支架。


帶法蘭盤的螺旋樁可用于單柱安裝或雙柱安裝，而不帶法蘭盤的螺旋樁一般只用于雙柱安裝。


寬葉間隔型螺旋樁支架的抗拉拔性要好于窄葉連續(xù)型螺旋樁支架，在風(fēng)力較大地區(qū)應(yīng)優(yōu)先考慮寬葉間隔型螺旋樁支架。


沖擊樁基礎(chǔ)支架


沖擊樁基礎(chǔ)支架，也叫金屬纖桿基礎(chǔ)支架，主要是利用打樁機(jī)直接將C型鋼、H型鋼或其他結(jié)構(gòu)鋼打入地面，這種安裝方式非常簡單，但抗拉拔性能較差。


優(yōu)點(diǎn)：對于金屬樁基礎(chǔ)，用打樁機(jī)把鋼樁打入土中，無需開挖地面，更環(huán)保;不受季節(jié)氣溫等限制，可在包括北方冬季的各種氣候條件下實(shí)施;施工快捷方便、大幅縮短施工周期，能方便遷移及回收;打樁過程中基礎(chǔ)便于調(diào)節(jié)高度。


缺點(diǎn)：在土質(zhì)堅(jiān)硬地區(qū)打樁很困難;在含碎石較多地區(qū)打樁容易破壞鍍鋅層;在鹽堿地區(qū)使用抗腐蝕能力較差。


斜屋面固定式


考慮到斜屋面承載能力一般較差，在斜屋面上組件大都直接平鋪安裝，組件方位角及傾角一般與屋面一致。根據(jù)斜屋面的不同，可分為瓦片屋頂安裝系統(tǒng)與輕鋼屋頂安裝系統(tǒng)。


1)瓦片屋頂安裝系統(tǒng)


瓦片屋頂安裝系統(tǒng)主要由掛鉤、導(dǎo)軌、壓塊以及螺栓等連接件組成。


2)輕鋼屋頂安裝系統(tǒng)


輕鋼屋頂，也叫彩鋼瓦屋頂，主要用于工業(yè)廠房、倉庫等。根據(jù)彩鋼瓦形式不同，可以將其分為角弛型輕鋼屋頂、直立鎖邊型鋼屋頂以及梯型輕鋼屋頂。


角弛型輕鋼屋頂和直立鎖邊型輕鋼屋頂主要通過夾具作為連接件，將導(dǎo)軌固定在屋面上，而梯型輕鋼屋頂需要采用自攻螺栓將連接件固定在屋面。


不管哪一種屋面形式，在選擇連接件時一定要進(jìn)行實(shí)地測量“角弛”“直立邊”“梯形”尺寸，確保連接件和屋面匹配，而在梯型輕鋼屋頂支架安裝時還要做好防水措施，避免螺栓鉆孔處發(fā)生漏水。


固定傾角可調(diào)式


固定傾角可調(diào)式是指在太陽入射角變化轉(zhuǎn)折點(diǎn)，定期調(diào)節(jié)固定式支架傾角，增加太陽光直射吸收，在成本略增加情況下提高發(fā)電量。


3、跟蹤式光伏支架


跟蹤式光伏支架通過機(jī)電或液壓裝置使光伏陣列隨著太陽入射角的變化而移動，從而使太陽光盡量直射組件面板，提高光伏陣列發(fā)電能力。根據(jù)追蹤軸數(shù)量可分為：單軸追蹤系統(tǒng)和雙軸追蹤系統(tǒng)。


平單軸跟蹤系統(tǒng)


光伏方陣可以隨著一根水平軸東西方向跟蹤太陽，以此獲得較大的發(fā)電量，廣泛應(yīng)用于低緯度地區(qū)。根據(jù)南北方向有無傾角可分為標(biāo)準(zhǔn)平單軸跟蹤式和帶傾角平單軸跟蹤式。


斜單軸跟蹤系統(tǒng)


追蹤軸在東西方向轉(zhuǎn)動的同時向南設(shè)置一定傾角，圍繞該傾斜軸旋轉(zhuǎn)追蹤太陽方位角以獲取更大的發(fā)電量，適合應(yīng)用于較高緯度地區(qū)。


雙軸跟蹤系統(tǒng)


采用兩根軸轉(zhuǎn)動(立軸、水平軸)對太陽光線實(shí)時跟蹤，以保證每一時刻太陽光線都與組件板面垂直，以此來獲得最大的發(fā)電量，適合在各個緯度地區(qū)使用。


4、光伏支架鋼材與鋁材的比較和選擇


材料強(qiáng)度方面


支架一般采用Q235B鋼材與鋁合金擠壓型材6063 T6， 強(qiáng)度方面，6063 T6鋁合金大概為Q235 B鋼材的68%-69%，所以一般在強(qiáng)風(fēng)地區(qū)、跨度比較大等情況下鋼材優(yōu)于鋁合金型材。


撓度變形方面


結(jié)構(gòu)的撓度變形與型材的形狀尺寸、彈性模量(材料固有的一個參數(shù))有關(guān)系，與材料的強(qiáng)度沒有直接聯(lián)系。


在同等條件下，鋁合金型材變形量是鋼材的2.9倍，重量是鋼材的35%，造價(jià)方面在同等重量下，鋁材是鋼材的3倍。所以一般在強(qiáng)風(fēng)地區(qū)、跨度比較大、造價(jià)方面等條件鋼材優(yōu)于鋁合金型材。


防腐蝕方面


目前支架主要的防腐蝕方式鋼材采用熱浸鍍鋅55-80μm，鋁合金采用陽極氧化5-10μm。


鋁合金在大氣環(huán)境下，處于鈍化區(qū)，其表面形成一層致密的氧化膜，阻礙了活性鋁基體表面與周圍大氣相接觸，故具有非常好的耐腐蝕性，且腐蝕速率隨時間的延長而減小。


鋼材在普通條件下(C1-C4類環(huán)境)，80μm鍍鋅厚度能保證使用20年以上，但在高濕度工業(yè)區(qū)或高鹽度海濱甚至溫帶海水里則腐蝕速度加快，鍍鋅量需要100μm，以上并且需要每年定期維護(hù)。


在防腐蝕方面鋁合金遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)異于鋼材。


其他方面對比防腐蝕方面


1)外觀：


鋁合金型材有很多種表面處理方式，如陽極氧化、化學(xué)拋光、氟碳噴涂、電泳涂漆等。外表美觀并能適應(yīng)各種強(qiáng)腐蝕作用的環(huán)境。


鋼材則一般采用熱浸鍍鋅、表面噴涂、油漆涂層等方式。外觀差于鋁合金型材。在防腐蝕方面也差于鋁型材。


2)截面多樣性


鋁合金型材一般加工方式有擠壓、鑄造、折彎、沖壓等方式。擠壓生產(chǎn)是目前主流生產(chǎn)方式，通過開擠壓模的方式，可以達(dá)到生產(chǎn)出任意任意截面型材，并且生產(chǎn)速度比較快。


鋼材則一般采用輥壓、鑄造、折彎、沖壓等方式。目前輥壓是生產(chǎn)冷彎型鋼的主流生產(chǎn)方式。截面則需要通過輥壓輪組來調(diào)節(jié)，但一般機(jī)器定型后只能生產(chǎn)同類產(chǎn)品，尺寸方面調(diào)節(jié)，而截面形狀無法改變，如C型鋼、Z型鋼等截面。輥壓生產(chǎn)方式則比較固定，生產(chǎn)速度比較快。


材料的回收


鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)成本每年增長3%，而鋁結(jié)構(gòu)的支架幾乎不需要任何的保養(yǎng)與維護(hù)，且鋁材在30年后依然有65%的回收率，鋁價(jià)格每年預(yù)計(jì)上漲3%，鋼結(jié)構(gòu)在30年后基本上就是一堆廢鐵，無回收價(jià)值。


綜合性能對比


1)鋁合金型材質(zhì)量輕、外表美觀、防腐蝕性能極佳，一般用于對承重有要求的家庭屋頂電站、強(qiáng)腐蝕環(huán)境。


2)鋼材強(qiáng)度高、承受荷載時撓度變形小，一般用于普通電站或用于受力比較大的部件。


3)造價(jià)方面：一般情況下，基本風(fēng)壓在0.6kN/m2，跨度在2m以下，鋁合金支架造價(jià)為鋼結(jié)構(gòu)支架的1.3-1.5倍。在小跨度體系中，(如彩鋼板屋頂)鋁合金支架與鋼結(jié)構(gòu)支架造價(jià)相差比較小，并且在重量方面鋁合金比鋼支架要輕很多，所以非常適合用于家庭屋頂電站。