光伏电站桩基础结构特点及方案设计措施

光伏电站桩基础结构特点及方案设计措施

全勇

全勇

中机国际工程设计研究院有限责任公司湖南长沙410007

[摘要]光伏电站是国家重点建设的绿色能源项目，对缓解社会电能生产压力具有多方面帮助。新时期我国鼓励光伏电站改造建设，桩基础工程是电站系统设计规划的主要内容。早期由于桩基础结构设计方案失效，影响了光伏发电系统作业效率，降低了站内系统调度的一体化运行。为了避免桩基础结构带来的不利影响，本文分析了光伏电站桩基础结构特点，提出切实可行的基础工程设计方案。

[关键词]光伏电站桩基础结构特点设计

为了缓解社会用电危机，我国开始倡导节能型发电生产模式，光伏发电成为现代电力改造的主流趋势。光伏电站建设关系着新能源开发与利用成效，搞好电站内部建设质量是不可缺少的，而设计是光伏电站规划的初始阶段，设计单位需优化电站桩基础工程设计方案，为后期光伏发电生产创造良好的条件。因此，必须深入分析光伏发电趋势及桩基础结构特点，构建更加和谐的光伏发电作业模式。

一、桩基础结构作用

桩基础结构是光伏电站建设的重点内容，基础建设包括太阳电池组件地基和控制机房的建设。太阳能电池组件是光伏发电的核心装置，可直接把太阳能转换为电能，持续向地区供输足够的电能资源。桩基础结构作为地基工程的支撑面，可保证地面电池组能量转换作业的稳定性，维持光伏发电生产模式有序进行。另一方面，控制机房也是安装与存储电站设备的主要区域，也是光伏电站现代化建设不可缺少的辅助设施。

二、光伏电站桩基础结构特点

近年来市场经济发展促使了社会用电需求量增加，国内电力系统改扩建工程数量也持续增多，确保供配电作业模式安全性是十分关键的。作为光伏电站建设的主要结构之一，桩基础结构是保障光伏发电系统运行的基本设施，用其可以建立更加稳定的发电系统。设计人员应详细考察桩基础结构特点，主要包括：

1、地域性。我国各地区之间的气候条件差异性显著，不同地区太阳光照条件不一，这决定了太阳能散发量高低不一。桩基础结构设计与分布阶段，必须考虑地方光照气候条件，选择相对应的桩基础结构方案，从地域性特点拟定设计方案，建立更加高效的发电环境。

2、承载性。桩基是用于支撑太阳能电池的基本构造，光伏发电期间承受着多方面的受力荷载。例如，大型光伏发电站由多个太阳能电池组构成，桩基结构则要承当更多的重力荷载，从而维护着地面发电生产的持续性，同时桩基础承载的负荷量也会大大增多。

3、损耗性。多数情况下，桩基础是分布于地下空间的结构形式，地质条件变化对桩基础功能有直接性的影响，尤其是地质灾害发生而增加了电站基础受损的可能性。例如，设计施工的时候需要考虑建筑抗震设计（参考国家标准《建筑抗震设计规范》GBJ11-89）。

三、太阳电池组件地基设计

当前，我国社会经济快速发展，无论是企业或个人用户对电能需求量均在增加，光伏发电生产是保障社会供电的基础。光伏发电是电力行业节能化生产的主要方式，解决了地区用电资源紧缺等问题，优化桩基础结构设计光伏电站建设要点。太阳电池组是桩基础结构的基本形式，其不仅可以安装在地面上，也可以安装在屋顶上。具体设计要符合以下要求：

1、选址设计。现有光伏发电系统采用太阳能电池直接把太阳能转换为电能，尤其在节能、环保、效率等方面，体现出了优越的功能价值。选择建筑场地时，应尽量选择坚硬土或者开阔平坦密实均匀的中硬土，同一结构单元不宜设置在截然不同的地基土上。

2、土层设计。新时期光伏科技水平快速提升，桩基础工程为光伏电站建设创造了有利条件，也是新型电站工程建设过程的重点。地基油软弱粘性土、液化土、新近填土或者严重不均匀土层时，宜采取措施加强基础的整体性和刚性。

3、砌块设计。光伏发电系统融合了节能、安全、高效等多种特点，可以满足各地区供电生产的基本要求，实现了电力生产模式的战略化转变。混凝土砌块的强度等级，中砌块不宜低于MU10，小砌块不低于MU5，砌块的砂浆强度等级不宜于M5。

三、桩基础混凝土结构设计

混凝土结构是光伏电站设计的重点内容，现实设计阶段要考虑地区环境对桩基构造的要求，设定更加牢固的基础结构方案。比如，在西藏，青海、新疆等地区都存在大量的冻土地区。太阳电池组件地基的设计应针对季节性冻土地基和多年冻土地基分别进行设计计算，可参考《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ118-98。设计人员要根据混凝土结构特点，设计相对稳定的结构方案，具体措施：

1、比例设计。基础混凝土的混合比例为1:2:4（水泥、胶石、水），采用42号水泥或更细，胶石每块尺寸为20mm或更小。混凝土是加固桩基础常用的结构，实际设计要考虑混凝土配合比大小，按照光伏电站发电规模、地基面积等标准，选择适宜强度的材料比例，为光伏发电创造良好的作业环境。

2、尺寸设计。桩基础埋设于地下，设计人员要事先进行现场勘测，掌握桩基结构分布特点，规划出基础结构的具体尺寸。例如，基础尺寸建议为500mm长x500mm宽x400mm高，如果发现现场土壤疏松，要相应地增加基础深度。设计人员要综合考察尺寸标注，做好相关数据的统计与分析，确保设计方案符合要求。

3、支架设计。基础的上表面要在同一水平面上，平整光滑；支架四个支撑腿所用的四个基础应保持在同一水平上。要注意每付组件支架两个基础之间的朝向和尺寸。建议设计一付支架(不安装太阳电池组件)，将四条支架安装到适当的位置，为基础建造作标记，从而保证太阳能电池组结构的牢固性。

4、螺杆设计。螺旋杆设计是桩基础结构的要点，设计人员要控制各项参数表中，避免后期安装出现失误。例如，基础上的预埋螺杆应该要求正确地位于基础中央，同样要注意保持螺杆垂直，不要倾斜；基础上的预埋螺杆应该高出混凝土基础表面50mm，确保已经将基础螺杆的凸出螺纹上的混凝土擦干净。

四、桩基础结构管护

伴随着发电规模及数量不断扩大，光伏电站出现了能耗高、故障多、成本高等问题，对节能型发电造成了不便，阻碍了太阳能发电模式的可持续利用。因此，提升桩基础结构方案设计质量是光伏发电系统改建的关键，后期也要强化桩基础结构的管护，定期检查桩基构造的稳定性，及时更换或维修相关部件，使桩基础结构持续维护太阳能电池的持久工作。

结论

未来电力科技不断改革发展，以光伏发电技术为中心的新型体系即将建成，这些都标志着电力行业科技改革趋势到来。桩基础结构是维持站内生产的核心装置，由于承受荷载超标而出现不同程度的故障风险，导致光伏发电作业效率降低，做好桩基础结构规划与设计是不可缺少的。鉴于超负荷运行也导致发电设备故障率上升，破坏了设备结构的稳定性。桩基础结构使用后期，要注重多方面的安全防护工作，降低桩基结构病害的发生率。

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