关于山地光伏电站组件支架及基础的设计分析

关于山地光伏电站组件支架及基础的设计分析

王万春

江苏华能智慧能源供应链科技有限公司 江苏南京210000

摘要：随着全球能源需求的不断增长和环境问题的日益严重，光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式受到了广泛关注。山地光伏电站是一种利用山地场景建设的光伏发电设施，其特点是地势起伏，地形地质复杂。在山地光伏电站的建设中，组件支架及基础的设计是典型的重点内容。通过合理选择支架类型和材料，优化支架布置方式，合理选择基础类型和设计参数，优化基础施工工艺，可以提高山地光伏电站的稳定性和发电效率。因此，本文将对山地光伏电站组件支架及基础的方案设计进行分析和探讨，以供相关人士参考。

关键词：山地光伏电站；组件支架；方案设计

前言：山地光伏电站组件支架及基础的方案设计对于山地光伏电站建设来说具有重要意义。所以相关单位及人员要对此加强重视，结合实际情况，科学合理选择支架类型、支架材料，以及基础类型、基础材料，真正实现可持续发展的目标。本文先是简单概述了光伏电站的特点，接着研究了山地光伏电站组件支架的设计方案及基础的设计方案，最后结合实际情况及自身经验提出对山地光伏电站组件支架及基础设计的优化建议。

一、山地光伏电站的特点

山地光伏电站建设由于其自身特点及多种因素的影响，具有明显的难度。其主要特点主要包括以下几个方面：（1）地形地质复杂：山地光伏电站建设需要克服地形起伏、地质复杂等困难，在正式施工之前，需要进行准确的地质勘察和工程设计。（2）基础施工困难：山地光伏电站需要在陡峭的山坡上建设，基础施工和建设精度控制困难，需要采取特殊的基础工程措施。（3）光照条件好：山地光伏电站由于海拔较高，通常可以享受到更好的光照条件，日照时间长，光照强度高，气温相对较低，有利于光伏发电效率的提高。（4）土地利用率低：山地光伏电站由于地形复杂，地段朝向不一，土地利用率较低，需要占用较大面积的山地。（5）电网接入困难：山地光伏电站通常位于偏远地区，电网接入困难，需要进行长距离输电，增加了电站建设和运维的难度。（6）环境保护意识强：山地光伏电站建设通常需要对山体地表进行开挖和改造，对环境影响较大，因此对环境保护的要求较高，需要结合实际情况采取相应的环保措施。总之，山地光伏电站的建设在带来效益的同时，也面临着新的挑战，只有相关人员对此进行深入研究，才能实现长期可持续发展。

二、山地光伏电站组件支架的设计方案

（一）支架类型选择

山地光伏电站地势起伏明显，因此在支架的选择上需要考虑与地形的适应性。常见的支架类型有固定支架、单轴跟踪支架和双轴跟踪支架。固定支架适用于地势相对平坦的地区，在山地地形中需要进行有针对的调整和设计才可适应地形的变化，比如针对场地存在的东西向坡度问题，就需要设计足够的檩条和钢架相对转动角来解决。单轴跟踪支架可以根据太阳的运动自动调整组件的角度，提高光伏发电效率，但在山地地形中可能受到地形阻挡而无法正常运行。双轴跟踪支架可以根据太阳的运动自动调整组件的角度和方向，适应地形的变化，但占地面积大、成本较高，检修也面临巨大的挑战。因此，在山地光伏电站的设计中，应根据实际情况选择合适的支架类型。

（二）支架材料选择

山地光伏电站的支架需要具备足够的强度和稳定性，以抵御地形的变化和风力的影响。常见的支架材料有钢材、铝材和复合材料等。钢材具有较高的强度和稳定性，但重量较大，施工难度较大。铝材具有较轻的重量和良好的耐腐蚀性能，但强度较低。复合材料具有较轻的重量和较高的强度，但成本较高。所以在山地光伏电站的设计中，应根据实际情况，并结合各类型支架自身特点，科学合理地选择支架材料。

（三）支架布置方式选择

山地光伏电站的地形复杂，支架的布置方式对光伏发电效率和电站的整体布局有重要影响。常见的支架布置方式有平行布置、交错布置。平行布置方式适用于地势相对平坦的地区，但在山地地形中可能无法充分利用地形的优势。交错布置方式可以充分利用地形的优势，提高光伏发电效率，但施工难度较大，建成视觉效果差，运维困难。因此，在山地光伏电站的设计中，还要根据场地情形选择合适的支架布置方式。

（四）支架结构设计

山地光伏电站的支架结构应考虑地形复杂性和风压等因素，特别是山区的山峰山坡、山间盆地谷底、谷口山口的风压修正。支架的结构设计应具备稳定性和抗风能力，以确保组件的安全性和稳定性。常见的支架结构有单立柱支架、双立柱支架和框架支架等，其中单立柱支架因为施工工作面小，基础及安装精度要求较低等优点更适合山地光伏电站。此外，还可以采用可调节支架设计，通过调整支架的高度和角度，使光伏组件能够最大程度地接收到阳光，提高发电效率。

三、山地光伏电站基础的设计方案

在利用广泛的山地建设光伏电站来改善可利用土地资源不足局面的同时，山地地形和地质的复杂性给光伏电站的基础设计带来了一定的挑战。

（一）基础类型选择

山地光伏电站基础的选择需要考虑到山地地形地质的特点和地基的承载能力。常见的基础类型有桩基础、扩展基础和锚杆基础三种。桩基础能较好的适用于除未风化岩以外的大部分场地，桩基础又可采用灌注桩、钢螺旋桩，灌注桩可建设于土壤和强风化岩石等场地，有着较强的场地适应能力且造价成本较低；钢螺旋桩主要用于土壤场地，无需混凝土的硬化时间，施工周期段。扩展基础又可分为独立基础和条形基础，主要用于山地项目中基础开挖深度受限、钻孔难以达到设计深度的场地。锚杆基础对地基的要求非常高，适用于中风化和微风化岩石场地，其成本可以做到很低。

（二）基础的设计参数

山地光伏电站基础的设计参数包括基础的尺寸、深度和形式等。基础的尺寸需要根据组件支架的大小和重量来确定，以确保基础能够承受组件支架的恒荷载和风雪等活荷载。基础的深度需要根据地基的承载能力和地下水位等因素来确定，以确保基础的稳定性。

（三）基础的施工方式

山地光伏电站设计时需要考虑到山地地形的复杂性对施工方式的限制。一般采用机械钻孔、机械挖掘和人工挖掘相配合的方式进行基础的施工。机械钻孔和机械挖掘可以提高施工效率，而人工挖掘可以适应山地地形的复杂性。此外，还需要注意基础的施工质量和基础与组件支架的连接方法，确保基础的稳定性和安全性，考虑地基的排水和基础的防腐措施，以延长支架的使用寿命。

四、山地光伏电站组件支架及基础设计的优化建议

（一）优化支架设计

在山地光伏电站中，支架的设计应考虑地形起伏和光资源分布等因素，采用适当的倾角和间距，以确保每个组件都能够充分接收到阳光避免阴影遮挡。同时，支架的材料及防腐工艺的选择应结合地区的气候和环境条件，以提高支架的耐候性和抗风性能。另外，还要对基础节点进行优化，可以采用预埋件、套筒或焊接连接件的方式，增加支架的可靠性。除此之外，由于其自身特点维护光伏电站存在一定的难度，所以支架设计应考虑维护的便捷性，如设置可拆卸的压块等，方便组件的维修和更换。

（二）优化基础设计

在山地光伏电站中，基础的设计应根据地质条件和支架形式进行合理选择。同时，基础的尺寸、深度和承载能力等参数应进行合理计算，以确保基础有足够的安全性。此外，山地地区的施工条件通常较为困难，因此在设计组件支架时应考虑施工的便利性和安全性。可以采用模块化设计，将支架设计为多个小模块，便于运输和安装。

结束语：

综上所述，山地光伏电站组件支架及基础的设计是山地光伏电站设计中的重要环节，对电站的稳定性和发电效率具有重要影响。在设计过程中，应根据山地地形的复杂性合理选择支架材料和支架形式，合理安排支架的布局，减少阴影遮挡和能量损失。同时，应根据山地地质的具体情况选择合适的基础类型和基础材料，确保基础的稳定性和可靠性。通过合理地设计和施工，可以提高山地光伏电站的发电能力和经济效益，推动可再生能源的发展和利用。

参考文献：

[1]张磊.关于山地光伏电站组件支架及基础的方案设计分析[J].建筑工程技术与设计,2017(33):1354-1354.

[2]董国飞.山地光伏电站设计建设的关键技术[J].农村电气化,2020(11):63-64.

[3]栾石林,李光明,廖华,等.太阳能山地光伏电站优化设计研究[J].云南师范大学学报（自然科学版）,2014(5):25-31.