光伏固定支架可行性分析报告

光伏固定支架可行性分析报告随着我国绿色经济的快速发展，单晶硅 /多晶硅光伏发电和薄膜 BIPV技术日趋成熟。钢结构与其它结构相比，在使用功能、设计、施工以及综合造价方面都具有巨大优势。因此，积极开发、生产新型钢结构光伏支架体系替代现有角钢支架体系有着重要意义。一钢支架用钢类型： 目前鉴于太阳能光伏支架结构简单、 体积小的特性， 在选用钢材上大多以轻型结构钢和小截面普通型钢结构钢为主。轻型结构钢：轻型结构钢主要是指圆钢、小角钢和薄壁型钢。其中，角钢用作支撑构件时，能较好的利用钢材的强度， 并且利于整体支架的安装， 但用作受弯和受压构件时， 产生的变形相对较大。目前， 国标的角钢相对于太阳能支架来说，可选的型号不多， 故而需要更多的小角钢型号来适应目前飞速发展的太阳能市场。薄壁型钢的檩条构件，一般采用壁厚 1.5-5mm 的薄钢板， 经冷弯或冷轧后制成各种不同截面形式及尺寸的薄壁型钢制品。 与热轧型钢相比， 在相同截面面积的情况下，薄壁型钢的回转半径可增大 50-60%，截面惯性矩和抵抗矩可增大0.5-3 倍，因而能较为合理地利用材料的强度，但是由于薄壁型钢的加工大多是在工厂，需要高精度的钻孔才能和光伏电池板后的螺丝孔配合。 工厂加工钻扣后， 才能热镀锌防锈； 运至现场安装时， 由于钢材截面小，工具难以操作， 施工较为困难。 目前国内的大多数电池板无法直接和薄壁型钢连接安装，均需要其他辅助固定结构（如压块等） 。普通型钢结构钢：普通结构钢常采用冶炼容易、 成本低廉的碳素结构钢或低合金钢， 截面有很多种类， 光伏常用的主要包括工字型、 H 型、 L 型及各种设计要求的异型截面。加工方式也多种多样，其中焊接型钢是选用不同厚度的钢板， 根据设计要求在工厂焊接加工成型钢， 这种成型方式可以根据光伏工程项目的不同结构部位的受力计算， 在不同部位采取不同厚度的钢板， 比热轧一次成型产品受力更加合理，更适合现场安装，也可以节约钢材。二太阳能钢结构的钢材应具有以下性能：1） 抗拉强度和屈服点。屈服点高可以减小型钢构件截面，减轻结构自重，节约钢材，降低整体项目造价。抗拉强度高可以增加结构的整体安全储备，提高结构的可靠性。2） 塑性、韧性及耐疲劳性。较好的塑性可以使结构在破坏前产生较大变形，从而可以使人们及时发现和采取补救措施。较好的塑性还能调整局部峰值应力，本身太阳能电池板安装经常为了调整角度，采用强迫安装，而塑性能使结构产生内力重分布，让结构或构件中某些原先应力集中部分的应力趋于均匀，提高结构的整体承载力。较好的韧性可以使结构在外力冲击荷载作用下被破坏时吸收较多的能量，特别是风力较大的沙漠电站和屋顶电站，风振效应明显，钢材的韧性能有效降低危险程度。较好的耐疲劳性能同样也可以使结构具有较强的抵抗交替变化重复风荷载的能力。3） 加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、热加工性能和可焊性。光伏钢结构所采用的钢材不但要易于加工成各种形式的结构和构件，而且还需要这些结构和构件不因加工造成强度、塑性、韧性以及耐疲劳性能过大的不利影响。4） 使用寿命。由于太阳能光伏系统的设计使用寿命都在 20 年以上，故而良好的防腐蚀性能也是衡量支架系统好坏的重要指标。如果支架寿命短，势必影响整个结构的稳定性，导致投资回收期延长而降低整个项目的经济效益。5） 在符合上述条件下，光伏钢结构用钢还应该易于购买，生产，并且还要价格便宜。三钢结构支架技术性分析目前角钢太阳能支架的使用受到的条件限制越来越多， 最主要的原因是目前钢材质量参差不齐， 安装需要大量现场钻孔， 但是钻孔后钢材又容易锈蚀， 所以需要使用新型的支架来替代这些角钢支架，以达到减缓腐蚀，延长使用寿命的目的。支架主体结构形式：1） 异形冷弯薄壁型钢式支架结构体系。异形冷弯薄壁型钢是一种批量化生产制造、能快速组装、完全干作业的装配式轻钢结构体系，具有用钢量少、建造省时、省工等特点。国内主要的生产厂家为喜利得、海迈等。异形冷弯薄壁型钢结构体系的钢结构支架是将工厂预制的冷弯薄壁型钢在施工现场用螺栓连接形成结构骨架， 再安装上电池板形成整体光伏阵列。2） 工厂预制整体式钢支架体系。工厂预制带檩条的钢结构架，在施工现场只需将支架模块现场拼装固定，然后安装电池板即形成整个光伏阵列，施工速度快，适用于大规模电站。这种钢结构支架的安装要求极高，一般采用的钢材质量最好，表面处理工艺极为优秀， 而且需要和光伏组件厂家前期充分沟通， 才能达到完美的组装配合。新型冷弯薄壁型太阳能支架零部件安装：1）钢结构构件的连接新型冷弯薄壁型太阳能支架系由工厂预制的各种钢塑料混合连接件装配而成， 这些钢塑料混合连接件型号多种多样， 能够适合不同的安装条件， 正确选择混合构件连接形式和方式是整体结构设计的重要环节。2）支架与基础连接新型冷弯薄壁型太阳能支架自重较轻、多安装孔洞。一般以独立基础为主， 必要时需加钢筋混凝土连梁。 对于地质条件较差的地方， 可采用条形基础或十字交叉基础， 尽量不采用筏板基础。 所有上部柱脚均采用铰接形式， 而预埋件部分则可选择插入式柱脚， 或预埋螺栓外包防水混凝土。 这两种柱脚形式均加工简单、施工方便、连性能好。3）支架檩条连接安装节点连接有三种形式 :刚接、铰接和半刚接，这三种连接方式均已有现成的配套节点模块化制作方法。 铰接构造简单， 制造安装最为方便， 但风大的地区需要设置水平支撑或斜撑使承受水平荷载和提供额外刚度， 不设置支撑时梁与柱的连接节点都应做成刚接。 半刚性连接比刚连接施工简单， 比铰接性能好， 因其受力难以控制，需要结合经验才能实际采用，目前基本不采用。相对而言， 新型冷弯薄壁型钢式支架结构体系能使项目工期大幅度缩减， 满足了太阳能光伏的需求，特别是其优越的防腐蚀性、 可回收性，体现了钢结构的综合造价优势；新冷弯薄壁型结构太阳能支架系统的直接经济效益主要来自结构施工工期缩短和维护费用降低的优势，并且随着使用年数的延长，效益增加越明显。光伏支架风载、雪载、分析钢支架自然条件（ 50 年一遇）（ 1）基本风压 W0=0.6kN/m2 （ 2）基本雪压 S0=0.8kN/m2 2 荷载确定原则在作用于光伏组件上的各种荷载中，主要有风、雪荷载、地震作用、结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等， 其中风荷载引起的效应最大。 在节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应，还比较美观合理。 在进行构件、 连接件和预埋件承载力计算时， 必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值。① 风荷载根据规范，作用于倾斜组件表面上的风荷载标准值，按下列公式 (1.1)计算： Wk= β gz .μ s.μ z.W0 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 (1.1) 式中 : Wk 风荷载标准值 ( kN /m2 )；β gz 高度 z 处的阵风系数；标高地面位置取值 1.69。μ s 风荷载体型系数， 按 《建筑结构荷载规范》 GB50009-2001 取值。 取值为 1.3。μ z 风压高度变化系数；取值 1.25. Wo 基本风压 ( kN /m2 ): ② 雪荷载地面水平投影面上的雪荷载标准值，应下式（ 2.1）计算： Sk = μ r So 〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃〃 （ 2.1） 式中， Sk 雪荷载标准值 （ kN / m2 ） ；μ r 屋面积雪分布系数；根据规范取值 0.6；③ 构自重光伏组件，支架型钢重量，螺栓及其它部件重量，结构自重及负重等④ 栓组合⑤ 载组合按规范要求对作用于组件同一方向上的各种荷载应作最不利组合。钢材的防腐碳素结构钢和低合金高强度结构钢应采取有效的防腐处理。a) 采用热浸镀锌防腐蚀处理时，锌膜厚度应符合 GB/T 13912 的规定。b) 采用防腐涂料时， 应完全覆盖钢材表面和无端部封板的闭口型材的内侧， 闭口型材宜进行端部封口处理。c) 采用防腐涂料时，涂层厚度应满足防腐设计要求。当采用氟碳漆喷涂或聚氨酯漆喷涂时，涂膜的厚度不宜小于 35μm ，在空气污染严重及海滨地区，涂膜厚度不宜小于 45μm 。基础（或基座）一般是在地面或者屋面结构层上采用混凝土浇筑，也有在屋顶上采用网架（放置负重块）式方阵基础。方阵支架一般采用法兰与方阵基础（或基座）预埋件固定，也有在混凝土基础上钻孔采用膨胀螺栓固定。 在建筑屋顶上， 方阵基础 （或基座） 应按设计要求位于主体结构上的墙或梁的位置上， 与主体结构固定牢靠。 同时应注意， 方阵支架在方阵基础（或基座）上的安装位置不正确，将会造成支架偏移，影响主体结构的受力。方阵支架应按设计要求制作， 钢结构支架的安装和焊接应符合国家现行标准 《钢结构工程施工质量验收规范》 gb50205 的要求。在进行方阵基础、方阵支架设计时，要充分考虑到承重、抗风、抗震等因素，在沿海地区还要考虑防台风、防潮湿、防盐雾腐蚀等。方阵支架安装前应涂防腐涂料， 对外露的金属预埋件应进行防腐防锈处理， 防止预埋件受损而失去强度。 方阵支架连接用的紧固件设计时应采用不锈钢， 如果设计采用镀锌件， 则必须符合国家标准要求， 达到保证其寿命和防腐紧固的目的。螺栓、螺母、平垫圈、弹簧垫圈数量、规格型号应符合设计要求。螺栓紧固后，露出部位长度应为螺栓直径的 2／ 3。国内的并网光伏电站的光伏组件大多采用固定式安装。对于固定式安装的并网光伏系统，选择合适的方阵倾角对于提高发电量，从而提高整个项目的收益具有重要的意义。1.方位角太阳电池方阵的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角 （向东偏设定为负角度， 向西偏设定为正角度） 。一般情况下，方阵朝向正南（即方阵垂直面与正南的夹角为 0°）时，太阳电池发电量是最大的。 在偏离正南 （北半球） 30°度时， 方阵的发电量将减少约 10％～15％；在偏离正南（北半球） 60°时，方阵的发电量将减少约 20％～ 30％。但是，在晴朗的夏天， 太阳辐射能量的最大时刻是在中午稍后， 因此方阵的方位稍微向西偏一些时， 在午后时刻可获得最大发电功率。 在不同的季节， 太阳电池方阵的方位稍微向东或西一些都有获得发电量最大的时候。 方阵设置场所受到许多条件的制约， 例如， 在地面上设置时土地的方位角、 在屋顶上设置时屋顶的方位角， 或者是为了躲避太阳阴影时的方位角， 以及布置规划、发电效率、 设计规划、 建设目的等许多因素都有关系。 如果要将方位角调整到在一天中负荷的峰值时刻与发电峰值时刻一致时， 请参考下述的公式。 至于并网发电的场合， 希望综合考虑以上各方面的情况来选定方位角。 方位角＝ （一天中负荷的峰值时刻 （ 24 小时制） － 12）× 15＋（经度－ 116） 10 月 9 日北京的太阳电池方阵处于不同方位角时，日射量与时间推移的关系曲线。在不同的季节，各个方位的日射量峰值产生时刻是不一样的。 2.倾斜角倾斜角是太阳电池方阵平面与水平地面的夹角， 并希望此夹角是方阵一年中发电量为最大时的最佳倾斜角度。 一年中的最佳倾斜角与当地的地理纬度有关， 当纬度较高时， 相应的倾斜角也大。 但是， 和方位角一样， 在设计中也要考虑到屋顶的倾斜角及积雪滑落的倾斜角（斜率大于 50％ -60％）等方面的限制条件。对于积雪滑落的倾斜角，即使在积雪期发电量少而年总发电量也存在增加的情况， 因此， 特别是在并网发电的系统中， 并不一定优先考虑积雪的滑落，此外，还要进一步考虑其它因素。对于正南（方位角为 0°度） ，倾斜角从水平（倾斜角为 0°度）开始逐渐向最佳的倾斜角过渡时，其日射量不断增加直到最大值，然后再增加倾斜角其日射量不断减少。特别是在倾斜角大于 50°～ 60°以后，日射量急剧下降，直至到最后的垂直放置时，发电量下降到最小。方阵从垂直放置到 10°～ 20°的倾斜放置都有实际的例子。对于方位角不为 0°度的情况，斜面日射量的值普遍偏低，最大日射量的值是在与水平面接近的倾斜角度附近。 以上所述为方位角、 倾斜角与发电量之间的关系，对于具体设计某一个方阵的方位角和倾斜角还应综合地进一步同实际情况结合起来考虑。3.阴影对发电量的影响一般情况下，我们在计算发电量时， 是在方阵面完全没有阴影的前提下得到的。因此， 如果太阳电池不能被日光直接照到时， 那么只有散射光用来发电， 此时的发电量比无阴影的要减少约 10％～ 20％。针对这种情况，我们要对理论计算值进行校正。通常，在方阵周围有建筑物及山峰等物体时， 太阳出来后， 建筑物及山的周围会存在阴影， 因此在选择敷设方阵的地方时应尽量避开阴影。 如果实在无法躲开， 也应从太阳电池的接线方法上进行解决， 使阴影对发电量的影响降低到最低程度。 另外， 如果方阵是前后放置时， 后面的方阵与前面的方阵之间距离接近后，前边方阵的阴影会对后边方阵的发电量产生影响。有一个高为 L1 的竹竿，其南北方向的阴影长度为 L2，太阳高度（仰角）为 A，在方位角为 B 时，假设阴影的倍率为 R，则：R ＝ L2/L1 ＝ ctgA× cosB 此式应按冬至那一天进行计算，因为，那一天的阴影最长。例如方阵的上边缘的高度为 h1，下边缘的高度为 h2，则：方阵之间的距离 a ＝（ h1-h2）× R。当纬度较高时，方阵之间的距离加大，相应地设置场所的面积也会增加。 对于有防积雪措施的方阵来说， 其倾斜角度大， 因此使方阵的高度增大，为避免阴影的影响， 相应地也会使方阵之间的距离加大。 通常在排布方阵阵列时， 应分别选取每一个方阵的构造尺寸， 将其高度调整到合适值， 从而利用其高度差使方阵之间的距离调整到最小。 具体的太阳电池方阵设计， 在合理确定方位角与倾斜角的同时， 还应进行全面的考虑，才能使方阵达到最佳状态。目前只有采用新思路、新设计、新材料，为用户提供安全、经济、可靠、多功能的钢结构支架，才能为光伏发电的全面推广与发展提供更广阔的运用空间。