光伏固定支架可行性分析報告

1、 光伏固定支架可行性分析報告 隨著我國綠色經(jīng)濟的快速發(fā)展，單晶硅/多晶硅光伏發(fā)電和薄膜BIPV技術(shù)日趨成熟。鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計、施工以及綜合造價方面都具有巨大優(yōu)勢。因此，積極開發(fā)、生產(chǎn)新型鋼結(jié)構(gòu)光伏支架體系替代現(xiàn)有角鋼支架體系有著重要意義。 一 鋼支架用鋼類型：目前鑒于太陽能光伏支架結(jié)構(gòu)簡單、體積小的特性，在選用鋼材上大多以輕型結(jié)構(gòu)鋼和小截面普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼為主。 輕型結(jié)構(gòu)鋼： 輕型結(jié)構(gòu)鋼主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼。其中，角鋼用作支撐構(gòu)件時，能較好的利用鋼材的強度，并且利于整體支架的安裝，但用作受彎和受壓構(gòu)件時，產(chǎn)生的變形相對較大。目前，國標(biāo)的角鋼相對于太陽能支架來說，可

2、選的型號不多，故而需要更多的小角鋼型號來適應(yīng)目前飛速發(fā)展的太陽能市場。薄壁型鋼的檁條構(gòu)件，一般采用壁厚的薄鋼板，經(jīng)冷彎或冷軋后制成各種不同截面形式及尺寸的薄壁型鋼制品。與熱軋型鋼相比，在相同截面面積的情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增大50-60%，截面慣性矩和抵抗矩可增大倍，因而能較為合理地利用材料的強度，但是由于薄壁型鋼的加工大多是在工廠，需要高精度的鉆孔才能和光伏電池板后的螺絲孔配合。工廠加工鉆扣后，才能熱鍍鋅防銹；運至現(xiàn)場安裝時，由于鋼材截面小，工具難以操作，施工較為困難。目前國內(nèi)的大多數(shù)電池板無法直接和薄壁型鋼連接安裝，均需要其他輔助固定結(jié)構(gòu)（如壓塊等）。 普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼： 普通結(jié)構(gòu)鋼常

3、采用冶煉容易、成本低廉的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼，截面有很多種類，光伏常用的主要包括工字型、H型、L型及各種設(shè)計要求的異型截面。加工方式也多種多樣，其中焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板，根據(jù)設(shè)計要求在工廠焊接加工成型鋼，這種成型方式可以根據(jù)光伏工程項目的不同結(jié)構(gòu)部位的受力計算，在不同部位采取不同厚度的鋼板，比熱軋一次成型產(chǎn)品受力更加合理，更適合現(xiàn)場安裝，也可以節(jié)約鋼材。 二 太陽能鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有以下性能： 1） 抗拉強度和屈服點。屈服點高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材，降低整體項目造價?？估瓘姸雀呖梢栽黾咏Y(jié)構(gòu)的整體安全儲備，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。 2） 塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可

4、以使結(jié)構(gòu)在破壞前產(chǎn)生較大變形，從而可以使人們及時發(fā)現(xiàn)和采取補救措施。較好的塑性還能調(diào)整局部峰值應(yīng)力，本身太陽能電池板安裝經(jīng)常為了調(diào)整角度，采用強迫安裝，而塑性能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，讓結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某些原先應(yīng)力集中部分的應(yīng)力趨于均勻，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。較好的韌性可以使結(jié)構(gòu)在外力沖擊荷載作用下被破壞時吸收較多的能量，特別是風(fēng)力較大的沙漠電站和屋頂電站，風(fēng)振效應(yīng)明顯，鋼材的韌性能有效降低危險程度。較好的耐疲勞性能同樣也可以使結(jié)構(gòu)具有較強的抵抗交替變化重復(fù)風(fēng)荷載的能力。 3） 加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、熱加工性能和可焊性。光伏鋼結(jié)構(gòu)所采用的鋼材不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，而

5、且還需要這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不因加工造成強度、塑性、韌性以及耐疲勞性能過大的不利影響。 4） 使用壽命。由于太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計使用壽命都在20年以上，故而良好的防腐蝕性能也是衡量支架系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)。如果支架壽命短，勢必影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致投資回收期延長而降低整個項目的經(jīng)濟效益。 在符合上述條件下，光伏鋼結(jié)構(gòu)用鋼還應(yīng)該易于購買，生產(chǎn)，并且還要價 ）5格便宜。 三 鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析 目前角鋼太陽能支架的使用受到的條件限制越來越多，最主要的原因是目前鋼材質(zhì)量參差不齊，安裝需要大量現(xiàn)場鉆孔，但是鉆孔后鋼材又容易銹蝕，所以需要使用新型的支架來替代這些角鋼支架，以達到減緩腐蝕，延長使用壽命的目的

6、。 支架主體結(jié)構(gòu)形式： 1） 異形冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系。異形冷彎薄壁型鋼是一種批量化生產(chǎn)制造、能快速組裝、完全干作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系，具有用鋼量少、建造省時、省工等特點。國內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家為喜利得、海邁等。異形冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系的鋼結(jié)構(gòu)支架是將工廠預(yù)制的冷彎薄壁型鋼在施工現(xiàn)場用螺栓連接形成結(jié)構(gòu)骨架，再安裝上電池板形成整體光伏陣列。 2） 工廠預(yù)制整體式鋼支架體系。工廠預(yù)制帶檁條的鋼結(jié)構(gòu)架，在施工現(xiàn)場只需將支架模塊現(xiàn)場拼裝固定，然后安裝電池板即形成整個光伏陣列，施工速度快，適用于大規(guī)模電站。這種鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求極高，一般采用的鋼材質(zhì)量最好，表面處理工藝極為優(yōu)秀，而且需要和光伏組件

7、廠家前期充分溝通，才能達到完美的組裝配合。 新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝： 1） 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接新型冷彎薄壁型太陽能支架系由工廠預(yù)制的各種鋼塑料混合連接件裝配而成，這些鋼塑料混合連接件型號多種多樣，能夠適合不同的安裝條件，正確選擇混合構(gòu)件連接形式和方式是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。 2） 支架與基礎(chǔ)連接新型冷彎薄壁型太陽能支架自重較輕、多安裝孔洞。一般以獨立基礎(chǔ)為主，必要時需加鋼筋混凝土連梁。對于地質(zhì)條件較差的地方，可采用條形基礎(chǔ)或十字交叉基礎(chǔ)，盡量不采用筏板基礎(chǔ)。所有上部柱腳均采用鉸接形式，而預(yù)埋件部分則可選擇插入式柱腳，或預(yù)埋螺栓外包防水混凝土。這兩種柱腳形式均加工簡單、施工方便、連性

8、能好。 3） 支架檁條連接安裝節(jié)點連接有三種形式:剛接、鉸接和半剛接，這三種連接方式均已有現(xiàn)成的配套節(jié)點模塊化制作方法。鉸接構(gòu)造簡單，制造安裝最為方便，但風(fēng)大的地區(qū)需要設(shè)置水平支撐或斜撐使承受水平荷載和提供額外剛度，不設(shè)置支撐時梁與柱的連接節(jié)點都應(yīng)做成剛接。半剛性連接比剛連接施工簡單，比鉸接性能好，因其受力難以控制，需要結(jié)合經(jīng)驗才能實際采用，目前基本不采用。 相對而言，新型冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系能使項目工期大幅度縮減，滿足了太陽能光伏的需求，特別是其優(yōu)越的防腐蝕性、可回收性，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的綜合造價優(yōu)勢；新冷彎薄壁型結(jié)構(gòu)太陽能支架系統(tǒng)的直接經(jīng)濟效益主要來自結(jié)構(gòu)施工工期縮短和維護費用降低的優(yōu)勢

9、，并且隨著使用年數(shù)的延長，效益增加越明顯。 光伏支架風(fēng)載、雪載、分析鋼支架 自然條件（50年一遇） （1）基本風(fēng)壓 W0=m2 （2）基本雪壓 S0=m2 2 荷載確定原則 在作用于光伏組件上的各種荷載中，主要有風(fēng)、雪荷載、地震作用、結(jié)構(gòu)自重和由環(huán)境溫度變化引起的作用效應(yīng)等等，其中風(fēng)荷載引起的效應(yīng)最大。 在節(jié)點設(shè)計中通過預(yù)留一定的間隙，消除了由各種構(gòu)件和飾面材料熱脹冷縮引起的作用效應(yīng)，還比較美觀合理。 在進行構(gòu)件、連接件和預(yù)埋件承載力計算時，必須考慮各種荷載和作用效應(yīng)的分項系數(shù)，即采用其設(shè)計值。 風(fēng)荷載 根據(jù)規(guī)范，作用于傾斜組件表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按下列公式計算： Wk= gz .s. 式中

10、: Wk 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值( kN /m2 )； gz 高度z 處的陣風(fēng)系數(shù)；標(biāo)高地面位置取值。 s風(fēng)荷載體型系數(shù)， 按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001 取值。取值為。 z風(fēng)壓高度變化系數(shù)；取值. Wo 基本風(fēng)壓( kN /m2 ): 雪荷載 地面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)下式（）計算： Sk = r So （） 式中， Sk 雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN / m2）； r 屋面積雪分布系數(shù)；根據(jù)規(guī)范取值； 構(gòu)自重 光伏組件，支架型鋼重量，螺栓及其它部件重量，結(jié)構(gòu)自重及負重等 栓組合 載組合 按規(guī)范要求對作用于組件同一方向上的各種荷載應(yīng)作最不利組合。 鋼材的防腐 碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)

11、采取有效的防腐處理。 a) 采用熱浸鍍鋅防腐蝕處理時，鋅膜厚度應(yīng)符合GB/T 13912的規(guī)定。 b) 采用防腐涂料時，應(yīng)完全覆蓋鋼材表面和無端部封板的閉口型材的內(nèi)側(cè)，閉口型 材宜進行端部封口處理。 c) 采用防腐涂料時，涂層厚度應(yīng)滿足防腐設(shè)計要求。當(dāng)采用氟碳漆噴涂或聚氨酯漆 噴涂時，涂膜的厚度不宜小于35m，在空氣污染嚴(yán)重及海濱地區(qū)，涂膜厚度不宜小于45m。 基礎(chǔ)（或基座）一般是在地面或者屋面結(jié)構(gòu)層上采用混凝土澆筑，也有在屋頂上采用網(wǎng)架（放置負重塊）式方陣基礎(chǔ)。方陣支架一般采用法蘭與方陣基礎(chǔ)（或基座）預(yù)埋件固定，也有在混凝土基礎(chǔ)上鉆孔采用膨脹螺栓固定。在建筑屋頂上，方陣基礎(chǔ)（或基座）應(yīng)按設(shè)計

12、要求位于主體結(jié)構(gòu)上的墻或梁的位置上，與主體結(jié)構(gòu)固定牢靠。同時應(yīng)注意，方陣支架在方陣基礎(chǔ)（或基座）上的安裝位置不正確，將會造成支架偏移，影響主體結(jié)構(gòu)的受力。方陣支架應(yīng)按設(shè)計要求制作，鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝和焊接應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范gb50205的要求。 在進行方陣基礎(chǔ)、方陣支架設(shè)計時，要充分考慮到承重、抗風(fēng)、抗震等因素，在沿海地區(qū)還要考慮防臺風(fēng)、防潮濕、防鹽霧腐蝕等。方陣支架安裝前應(yīng)涂防腐涂料，對外露的金屬預(yù)埋件應(yīng)進行防腐防銹處理，防止預(yù)埋件受損而失去強度。方陣支架連接用的緊固件設(shè)計時應(yīng)采用不銹鋼，如果設(shè)計采用鍍鋅件，則必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，達到保證其壽命和防腐緊固的目的。螺栓

13、、螺母、平墊圈、彈簧墊圈數(shù)量、規(guī)格型號應(yīng)符合設(shè)計要求。螺栓緊固后，露出部位長度應(yīng)為螺栓直徑的23。 國內(nèi)的并網(wǎng)光伏電站的光伏組件大多采用固定式安裝。 對于固定式安裝的并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，選擇合適的方陣傾角對于提高發(fā)電量，從而提高整個項目的收益具有重要的意義。 1.方位角 太陽電池方陣的方位角是方陣的垂直面與正南方向的夾角（向東偏設(shè)定為負角度，向西偏設(shè)定為正角度）。一般情況下，方陣朝向正南（即方陣垂直面與正南的夾角為0）時，太陽電池發(fā)電量是最大的。在偏離正南（北半球）30度時，方陣的發(fā)電量將減少約1015；在偏離正南（北半球）60時，方陣的發(fā)電量將減少約2030。但是，在晴朗的夏天，太陽輻射能量的最大

14、時刻是在中午稍后，因此方陣的方位稍微向西偏一些時，在午太陽電池方陣的方位稍微向東或西一些都有獲在不同的季節(jié)，后時刻可獲得最大發(fā)電功率。得發(fā)電量最大的時候。方陣設(shè)置場所受到許多條件的制約，例如，在地面上設(shè)置時土地的方位角、在屋頂上設(shè)置時屋頂?shù)姆轿唤?，或者是為了躲避太陽陰影時的方位角，以及布置規(guī)劃、發(fā)電效率、設(shè)計規(guī)劃、建設(shè)目的等許多因素都有關(guān)系。 如果要將方位角調(diào)整到在一天中負荷的峰值時刻與發(fā)電峰值時刻一致時，請參考下述的公式。至于并網(wǎng)發(fā)電的場合，希望綜合考慮以上各方面的情況來選定方位角。方位角 （一天中負荷的峰值時刻（24小時制）12）15（經(jīng)度116） 10月9日北京的太陽電池方陣處于不同方位

15、角時，日射量與時間推移的關(guān)系曲線。在不同的季節(jié)，各個方位的日射量峰值產(chǎn)生時刻是不一樣的。 2.傾斜角 傾斜角是太陽電池方陣平面與水平地面的夾角，并希望此夾角是方陣一年中發(fā)電量為最大時的最佳傾斜角度。 一年中的最佳傾斜角與當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥扔嘘P(guān)，當(dāng)緯度較高時，相應(yīng)的傾斜角也大。但是，和方位角一樣，在設(shè)計中也要考慮到屋頂?shù)膬A斜角及積雪滑落的傾斜角（斜率大于50-60）等方面的限制條件。對于積雪滑落的傾斜角，即使在積雪期發(fā)電量少而年總發(fā)電量也存在增加的情況，因此，特別是在并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中，并不一定優(yōu)先考慮積雪的滑落，此外，還要進一步考慮其它因素。 對于正南（方位角為0度），傾斜角從水平（傾斜角為0度）開

16、始逐漸向最佳的傾斜角過渡時，其日射量不斷增加直到最大值，然后再增加傾斜角其日射量不斷減少。特別是在傾斜角大于5060以后，日射量急劇下降，直至到最后的垂直放置時，發(fā)電量下降到最小。方陣從垂直放置到1020的傾斜放置都有實際的例子。對于方位角不為0度的情況，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在與水平面接近的傾斜角度附近。 以上所述為方位角、傾斜角與發(fā)電量之間的關(guān)系，對于具體設(shè)計某一個方陣的方位角和傾斜角還應(yīng)綜合地進一步同實際情況結(jié)合起來考慮。 3.陰影對發(fā)電量的影響 一般情況下，我們在計算發(fā)電量時，是在方陣面完全沒有陰影的前提下得到的。因此，如果太陽電池不能被日光直接照到時，那么只有散射光

17、用來發(fā)電，此時的發(fā)電量比無陰影的要減少約1020。針對這種情況，我們要對理論計算值進行校正。 通常，在方陣周圍有建筑物及山峰等物體時，太陽出來后，建筑物及山的周圍會存在陰影，因此在選擇敷設(shè)方陣的地方時應(yīng)盡量避開陰影。如果實在無法躲開，也應(yīng)從太陽電池的接線方法上進行解決，使陰影對發(fā)電量的影響降低到最低程度。 另外，如果方陣是前后放置時，后面的方陣與前面的方陣之間距離接近后，前邊方陣的陰影會對后邊方陣的發(fā)電量產(chǎn)生影響。有一個高為L1的竹竿，其南北方向的陰影長度為L2，太陽高度（仰角）為A，在方位角為B時，假設(shè)陰影的倍率為R，則： R L2/L1 ctgAcosB 此式應(yīng)按冬至那一天進行計算， 因為，那一天的陰影最長。例如方陣的上邊緣的高度為h1，下邊緣的高度為h2，則：方陣之間的距離a （h1-h2）R