配重可调式光伏支架在光伏项目中的应用

配重可调式光伏支架在光伏项目中的应用

廖心言

中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司       四川  成都  610000

摘要：近年来我国社会经济发展迅速，科学技术也在不断进步。光伏支架是光伏发电面板的支承结构。国内的光伏支架结构形式主要有5种:固定式、固定可调式、平单轴跟踪式、斜单轴跟踪式和双轴跟踪式。跟踪式光伏支架虽然调整方式灵活，理论发电效率高，但初期投资、维护费用较高，损坏风险大。固定可调式光伏支架结构简单，可以在不同季节调整合适的倾角，发电效率较高，应用广泛。随着新能源光伏发电的发展，光伏支架的经济性越来越得到重视，设计和研究更轻、更经济、结构更合理的光伏支架成为必然趋势。国内在参数优化和稳定设计等诸多方面对光伏支架进行结构设计研究;国外学者也从拓扑、截面、控制算法等方面研究光伏支架的优化问题。光伏支架结构轻盈，风载荷起控制作用，因此有必要研究真实环境下的光伏支架力学性能。

关键词：可调式光伏支架；光伏项目；应用

引言

在光伏组件安装中，随着角度的变化，各组件接收到的太阳光辐射量有所不同，由此带来发电量层面的差异。可调支架具有灵活性，能够适应全年各时间段的光照条件，分具体的时段优化最佳倾角条件，提高光伏组件对太阳光辐射量的接收水平，从而高效发电，为社会经济的发展提供电力支持。

1可调支架基本原理和特点

1.1基本原理

为了获得最大的太阳辐射量，以月份为单位对光伏阵列的安装倾角进行调节，使得在同一地区不同的季节光伏组件的倾角度为最佳倾角。理论依据：太阳入射与光伏组件表面成垂直时，组件的发电量最大，而太阳的垂直照射位置是随时间变化的，春分、秋分时阳光直射赤道，冬至、夏至时阳光直射南北回归线。

1.2主要特点

采用力矩平衡原理简化切换调节功能，使得调节和安装都极为便利，且性能可靠；光伏组件采用横向排布方式，可减少局部遮挡对发电量的影响，全年能获得更多的发电量；基础结构简便，每排支架仅有3根单立柱基础桩，基础费用低于固定支架，与其他同类产品相比具有更好的性价比。

1.3可调支架安装原理

布设角度直接对光伏阵列吸收太阳辐射量造成影响，光伏阵列与太阳入射角呈90°交角关系时，理论上吸收太阳辐射量达到最大水平。因此，在设置光伏阵列时，其安装角度应随着时间的推移而发生周期性的变化，全年内春分、夏至、秋分、冬至是关键时间节点，形成多个时间段，均有特定的太阳入射角，对应的光伏阵列角度也需随之改变。以北半球的光伏阵列为例，分4个时间节点考虑各自的倾角。春分时，太阳赤纬角为0°，为保证此阶段光伏阵列可获得足够的太阳辐射量，所设置的安装角与现场纬度角一致；春分至夏至时段，阳光垂直照射的位置逐步发生变化，即从赤道开始向北回归线转移，赤纬角23°27′，在此条件下，光伏阵列安装角度应等同于现场纬度角减去赤纬角；夏至至秋分，此阶段太阳赤纬角与春分一致，均为0°，光伏阵列安装角度也应与现场纬度角保持一致；秋分至冬至，太阳赤纬角为-23°27′，在调整光伏阵列安装角时，该值等同于现场的纬度角加上23°27′。根据前述规律可知，光伏阵列倾角的调整时间宜安排在春分、夏至、秋分、冬至前，结合规律适度调整。全年范围内，阳光在南北回归线之间移动，在确定光伏阵列的安装倾角时，该值应按照当地纬度减去太阳赤纬角（设北半球为正数、南北球为负数）的方式计算而得。最佳倾角的计算公式为：i=l-a，式(1)中，i为最佳倾角，°；l为当地纬度，°；a为赤纬角，°。

2配重式固定可调光伏支架结构介绍

2.1上部机构

上部结构包含C型斜梁、C型斜撑、矩形管主梁、连接角钢、垫块和组件。光伏组件支撑机构包括斜梁、斜撑、连接座和连接柱，支撑杆和主梁垂直设置，连接座的上端面与斜梁的下端面之间通过连接柱连接，连接座的两侧与斜梁通过斜撑进行连接，主梁固定在连接座与斜梁之间，光伏组件安装在斜梁上，光伏组件与斜梁连接处设置有垫块；采用以上结构，设置斜撑连接增加斜梁与主梁连接的稳定性，主梁转动带动斜梁和斜撑转动，光伏组件通过螺栓安装在斜梁上，从而实现光伏组件角度的调节。

2.2立柱结构

立柱结构包含柱底板、柱脚筋板、立柱方管、铰座底板、铰链板。立柱的下端焊接有柱脚底板，柱脚底板与立柱连接处焊接有柱脚筋板，立柱的上端焊接有铰座底板，立柱的下端设置有基桩，柱脚底板上开设有螺栓连接孔，柱脚底板与基桩通过螺栓连接，立柱优选采用方管制作；立柱与基桩通过螺栓可拆连接，装卸方便。

2.3配重机构

配重机构包含混凝土配重块、配重矩形管、配重连接板、配重筋板。配重机构包括配重块、配重支撑臂和配重连接板，配重块固定在配重支撑臂的下端，配重连接板焊接在配重支撑臂的上端，配重连接板与配重支撑臂连接处设置有配重筋板，配重连接板上开设有若干螺栓孔，配重连接板与主梁通过螺栓连接。采用以上结构，配重机构的结构形式简单，能够起到静力平衡的作用，同步稳定起降，增加结构的稳定性。主梁上设置配重机构的数量优选为两个，配重块为预制混凝土块，每个混凝土块结构相同，重量一致，制作成本低，经济实惠。

2.4转动机构

转动机构-上部结构包含连接板、操作槽钢。转动机构-下部结构包含连接板、铰链板。转动机构包括转动连杆、转动连接板、铰接转动板和铰链固定板，铰链固定板焊接固定在铰座底板上，铰接转动板与铰链固定板通过铰链转动连接，铰接转动板的上端与转动连接板的下端面焊接，主梁位于转动连接板和转动连杆之间，转动连接板的上端与转动连杆的右端通过螺栓连接，转动连杆与主梁垂直设置。采用以上结构，转动机构中，铰接转动板与铰链固定板通过铰链连接，铰链固定板固定在铰座底板上，主梁和转动连杆固定设置在铰接转动板的上方，该结构即可实现主梁、转动连杆与立柱的相对转动，通过转动转动连杆可以实现主梁的转动。

2.5限位调节机构

限位调节机构包含操作限位角钢和圆钢把手。限位调节机构包括限位调节杆，限位调节杆的上端与转动连杆的左端转动连接，限位调节杆上开设有限位槽，立柱上开设有限位螺栓安装孔，限位螺栓穿过限位螺栓安装孔并从限位槽中穿出，限位槽中开设有若干与限位螺栓配合的限位孔,限位调节杆的下端设置有把手。采用以上结构，拉动把手调节限位孔与限位螺栓的连接位置，即可调节限位调节杆的固定位置，限位调节杆带动转动连杆向下转动，转动连杆带动主梁的转动，主梁带动光伏组件支撑机构转动，从而实现光伏组件转角的调节。限位槽中限位孔的数量优先为三个，三个限位孔对应光伏组件与水平面的夹角分别为20°、38°和55°，这三个角度可以满足四季光照角度的不同作出适应性调节提高光能转化效率。

3可调支架应用场景分析

固定可调支架会略微增加项目初始投资以及运维成本，这部分费用相对固定，但其发电量的增益却与应用场景关系密切，在合适的场景使用固定可调支架才能达到理想的收益率。通过数据进行对比分析可知，项目年最佳倾角越大，其倾角调节的范围更大，倾角调节的收益效果更明显；同时，良好的光照资源决定了发电量增益的基数，对发电量提升也有很大的推动作用。因此，在中高纬度、光资源条件好的地区，固定可调方案调整的范围会更加灵活，发电收益会更明显。

结语

在光伏设计中，支架的设计关系到电站的投资、规模和发电效率，是设计中一个非常重要的环节，因此，有必要对光伏支架的选型及设计进行分析，以此达到降本增效的目的。可调式支架具有结构简单、稳定可靠、灵活可调等多重应用优势，是光伏项目施工中不可或缺的辅助装置。

参考文献

[1]山海建，蒋侃锁.固定光伏支架设计[J].武汉大学学报.

[2]陈源.光伏支架结构优化设计研究[J].电器应用.