太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计浅析

太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计浅析

杜小兵

秦皇岛天秦装备制造股份有限公司河北省秦皇岛市066000

摘要：在光伏日益发展的今天，如何因地制宜地选择合适的光伏支架，是确保整个光伏系统安全高效运行的重要环节。从安装形式出发，可将现有光伏支架粗分为两大类：地面光伏支架；屋面光伏支架。本文根据作者多年工作经验，对太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计进行了详细的探讨分析，旨在为同行提供一些参考和借鉴。

关键词：太阳能电站；光伏单柱支架；机械结构；设计；

1、引言

光伏支架是施工的关键之一，它安装质量的好坏直接影响到施工的安全性和稳定性，光伏支架结构紧凑，固定式太阳能光伏支架，在安装过程中必须把握好安装质量，以免造成在使用中出现质量问题，或引起部件与部件之间配合不当，造成的生产配料散落，后果严重的甚至会影响施工生产。

光伏支架在安装的时候要严格按照图纸进行安装，整体部件连接必须牢固，结构符合生产标准，新机使用前应按照使用说明书的要求，对各系统和部件逐项进行检验及必要的试运转，空车运转，普通型结构钢光伏支架，检查光伏支架的转动方向，各工作装置的操作、制动，确认正常，方可。

2、太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计

2.1基础形式：

2.1.1锤入地桩

在安装场地测量好距离，直接用打桩机将立柱打入地下，方便快捷。在安装前需要做地质土壤检测，确定合适的锤入深度。以下几种型材都适合做锤入地桩，依据实际情况选择：圆管、矩形管、西格玛形管、H型钢。优点：速度快、适应性强；性价比高；不受季节气温等限制；地桩拔除方便，不影响安装场地的再利用。

2.1.2螺旋地桩

当安装场地太硬，或者碎石太多，不方便将立柱直接锤入地下时，可以选用螺旋地桩。将旋入式钢管打入地下，然后将立柱固定在上面。主要有带法兰盘地桩、圆地桩。优点：适应性强，组合灵活多样；不受季节气温等限制；地桩拔除方便，不影响安装场地的再利用。

2.1.3预制水泥基础

如果安装场地不适合做插入式地桩，可以选择做水泥基础，支架放在水泥基础上，用螺栓固定。应用实例：水泥基础预埋螺栓。

2.1.4直接水泥浇筑

另外一种做水泥基础的形式，就是直接将支架和水泥浇筑在一起。此种方式。相对上面那种，省却了做螺栓连接固定的时间，但是浇筑时对支撑柱的定位精度要求较高。优点：强度好，精度高；对地面适应性强。应用实例：水泥直接浇筑，优点：强度好，精度高；对地面适应性强。

2.2常见地面支架形式

2.2.1插入式地面固定形式

插入式地面固定支架特点：①支架主体采用结构型钢，表面热浸镀锌，使用寿命在20年以上；②各零部件配合性好，安装方便；③检修维护方便；④对地面适应性强。

2.2.2地面桁架式固定形式

地面桁架式固定支架特点：①使用螺旋地桩，操作简便（也可使用其他地面固定方式）；②适应多种不同类型地质；③横梁采用强化设计的铝导轨；④铝导轨上设计有安装组件用的插槽，组件的安装固定简单方便。

2.2.3地面单柱固定形式

地面单柱固定支架特点：①采用特别为安装晶硅组件设计的支撑铝导轨，使安装固定太阳能组件非常方便，减少安装时间；②立柱、横梁等承重件都做了强化设计，满足大工作载荷要求；③横梁上集成了布线槽，使施工更加方便。

2.3常见屋面支架形式

2.3.1平屋顶固定形式

平面屋顶安装系统适合户外或平面屋顶荷载量较大的情况下使用。

（1）基础型

基础型平屋顶固定支架特点：适用于任意规格晶硅组件及部分薄膜组件；安装面预埋地脚螺栓，或类似水泥基础；根据实际需要设计安装角度。

（2）负重型

负重型平屋顶固定支架特点：不破坏原有防水层，无需防水处理；适用于任意规格晶硅组件及部分薄膜组件；底框上安装可调负重框，上面放置水泥块、石块等；

根据实际需要设计安装角度。

（3）导流板型

导流板型平屋顶固定支架特点：适用于载荷量小的平面屋顶；组件安装斜度10-15°；导流板材料使用不锈钢或镀铝镁锌板；不破坏原有屋顶，不用担心漏水问题。

2.3.2彩钢瓦屋顶安装系统

彩钢板屋顶多用卡扣、暗扣、锁边等非穿透方式安装，特殊情况下可采用穿透性安装。首先了解什么是彩钢板屋顶：薄钢板经冷压或冷轧成型的钢材。钢板采用有机涂层薄钢板（或称彩色钢板）、镀锌薄钢板、防腐薄钢板（含石棉沥青层）或其他薄钢板等。

安装注意事项：首先屋面修设木板或竹板施工栈道，避免材料二次搬运直接踩踏在屋面板上，导致屋面板变形，密封胶脱开而漏水；

明确原结构屋面檩条的位置，并弹墨线标识出具体位置；支架与彩钢板连接处必须在屋面檩条位置上；施工人员在屋面上行走，必须穿绝缘软底鞋，走波谷，每天必须清除屋面板上杂物，防止锈蚀和划伤屋面板；所有需要敷设密封膏的位置不得有遗漏。屋面外板安装完毕后，清除屋面全部杂物、铁屑，如发现屋面板涂层划伤，须用彩板专用修补漆进行修补。拉铆钉及自攻螺钉如发生空钉，应随时用铆钉和密封膏补牢，橡胶垫圈不能损坏。

3、太阳能电站光伏支架设计选材及施工过程中的注意事项

光伏阵列支架的安装结构应该简单、结实耐用。制造安装光伏阵列支架的材料，要能够经受项目现场的各种严酷的环境，确保25年的耐候耐腐蚀以及结构强度的稳固。电镀铝型材、电镀钢以及不锈钢都是理想的选择。同时，支架的焊接制作质量要求要符合国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的要求。阵列支架在符合设计要求下重量尽量减轻，以便于运输和安装。

在光伏阵列基础与支架的施工过程中，需尽量避免对相关建筑物及附属设施的破坏，如因施工需要不得已造成局部破损，应在施工结束后及时修复。当要在屋顶安装光伏阵列时，要使基座预埋件与屋顶主体结构的钢筋牢固焊接或连接，如果受到结构限制无法进行焊接或连接，应采取措施加大基座与屋顶的附着力，并采用铁丝拉紧法或支架延长固定法等加以固定。基座制作完成后，要对屋顶破坏或涉及部分按照国家标准《屋面工程质量验收规范》（GB50207-2002）的要求做防水处理，防止渗水、漏雨现象发生。光伏电池组件边框及支架要与接地系统可靠连接。

4、结束语

光伏组件支架作为太阳能电站电池板最主要的支撑结构，越来越被太阳能发电行业重视，支架的设计和使用寿命要求一定要满足整个电站的运行年限需要，在整个电站建设的投资中也占有相当的比例。支架的设计涉猎钢结构，地质分析，土建基础，施工工艺，机械加工，表面处理，金属非金属材料，建筑结构等多领域多学科的知识，综合性较强。

参考文献：

[1]尹立胜.太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计浅析[J].城市建设理论研究，2014，（13）.

[2]徐东，张洪信，高雷，周美施.青岛市太阳能光伏电站及其支架设计[J].青岛大学学报（工程技术版），2016，（2）：59-64，70.

[3]罗珊，陈冬冬，陈国良，孙丽兵.大型光伏电站支架结构的优化设计研究[J].科教导刊-电子版（上旬），2013，（8）：149.

[4]李若毅，李硕.大型光伏电站支架结构的优化设计研究[J].建材发展导向（上），2017，（11）：326.