太阳能支架本文以某光伏发电站为 例

　　光伏支架结构设计_建筑/土木_工程科技_专业资料。光伏支架结构设计 摘要：本文结合相关工程实例，针对光伏支架的结构设计方法以及设计中遇到 的具体问题进行研究和探讨，为之后的结构设计提供参考。 关键词：光伏支架；结构设计 1 引言 随着能源产业的技术革

　　光伏支架结构设计 摘要：本文结合相关工程实例，针对光伏支架的结构设计方法以及设计中遇到 的具体问题进行研究和探讨，为之后的结构设计提供参考。 关键词：光伏支架；结构设计 1 引言 随着能源产业的技术革新，以太阳能为代表的新能源综合利用项目得到大力 发展，光伏发电成为了规模和发展前景的新兴产业。本文以某光伏发电站为 例，综合考虑地形、工程造价、光伏组件的安装方式、现场施工等因素，对光伏 支架的结构设计进行研究和探讨。 2 项目概况 本工程为某丘陵地带新建光伏发电站，光伏发电系统采用光伏阵列运行方式。 每个光伏阵列由多组光伏组件矩阵以及箱变基础、机房等附属结构结构组成。光 伏支架是光伏组件的支撑结构，采用地上钢结构的形式，设计使用年限为 25 年。 3 光伏支架设计 3.1 光伏支架结构体系及优化 如图 1 所示，光伏支架的主要受力构件由横梁、斜梁、斜撑以及钢立柱组成。 光伏阵列中电池板的自重、风荷载、雪荷载等荷载通过横梁传递到斜梁上，再通 过斜撑、钢柱将上部荷载传至支架基础。该结构体系传力路径明确、施工安装简 易的特点。在以往的光伏支架的结构设计中，普遍采用双柱的结构形式[1]，荷载 通过横梁传递给由斜杆和钢柱组成的的钢架。对比两种结构形式后不难发现，本 项目中的横向支架采用了单柱基础，前后支撑分别代替两根钢柱形成稳定的三角 形支撑结构。经核算该方案在用钢量上略大于以往工程中采用的双柱结构，但由 于基础的数量减少了 50%，极大地减少了基础施工部分的工程造价。由此可见， 结构体系和方案的优化对光伏发电项目有十分重要的意义。 图 1 本工程光伏横向支架示意图 图 2 某项目支架示意图 3.2 结构设计 本工程地貌属于低山丘陵，地势南高北低，高差较大，为丘陵缓坡，场地类 别为Ⅰ?1 类。光伏阵列中，以 22 块晶硅电池组件，按照横向 11 列、竖向 2 行的 方式设置一个光伏组单元。依照光伏组件的排列和安装宽度，沿横向布置横梁用 于直接承担电池板不同工况下的荷载，垂直方向布置横向支架, 其中斜梁的倾角 为 31 度。根据以往工程经验，横梁的经济跨度为 3m 左右，在综合考虑光伏电池 电池组件的安装宽度后，每个光伏支架结构中以 3.2m 为间距设置横向支架。横 梁、斜梁、前斜撑、后斜撑与钢立柱之间均为铰接，钢立柱底部与基础为刚接， 各受力构件通过螺栓连接或焊接形成稳定的结构体系。 光伏支架的荷载为电池组件的结构自重(电池组件规格为多晶硅 1640mmx990mmx40mm,电池组件重量 18.2kg)，可变荷载可考虑风荷载、雪荷载 产生的影响。根据地勘报告提供的数据，该场区夏季风速是全年平均风速的 8.5 倍，在高风速的情况下，太阳能电池组件迎风面积较大，使得风荷载远远超 过电池组件的结构自重，因此采用风荷载起控制作用的工况。承载力极限状态下 的荷载组合为，；正常使用极限状态下的荷载组合为。 其中，为荷载，为正风荷载，为逆风荷载，为雪荷载)。 根据《光伏发电站设计规范》中的规定，在承载力极限状态和正常使用极限 状态下，支架应满足规范对强度、变形、抗倾覆和抗滑移验算[2]。光伏支架采用 Q235B 钢材，横梁、斜梁、前斜撑、后斜撑选用 C 型钢，上下立柱分别采用 95x4， 114x4 钢管，长细比均应满足钢结构设计规范的要求。经计算，结构构件在不同 工况下均满足现有规范对满足强度、稳定性和变形的要求。 4. 光伏支架基础设计 光伏组件支架基础数量大，施工范围广，选用合理的基础形式和经济安全的 基础设计对整个工程的造价、施工进度有着很大影响。 4.1 基础选型 光伏支架的基础设计应因地制宜，在综合考虑场地的地势情况、是否具施 工条件、项目实施的难易程度、结构的经济性等多方面因素选择适合的基础形式。 本项目场地为丘陵地形，高低起伏较大，雨季降水量丰富，不适合埋深浅、土方 开挖和回填量大的基础。从施工角度分析，条形基础对场地平整度要求高，且混 凝土养护时间较长；现浇混凝土独立基础，因其基础面积大，施工时产生大量土 方开挖，对周围环境和植被的影响大，山地的高低起伏也造成了现场支模困难、 混凝土养护时间长施工不利因素；桩基础在减少土方开挖和回填、施工速度上有 明显优势，适合本项目高低起伏的场地，且对周围植被的破坏较少。从经济角度 分析，独立基础不仅在土方工程上费用较高，支模和混凝土养护产生的时间成本 也较高；与独立基础相比，桩基础的优势很显著，预制桩的整体造价高于钻孔灌 注桩。综合施工、经济、环境等多方因素，本工程采用钻孔灌注桩基础。 4.2 基础设计 基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。依据地勘单位提供的资料，桩基础范围内 土层从上到下依次为：①层耕土层，②层强风化花岗岩，③层中风化花岗岩。 耕土层为高压缩欠固结土，不宜利用；强风化花岗岩和中风化花岗岩均可用作基 础持力层。本工程场地为山坡地，地势起伏，容易出现山洪、泥石流等地质灾害， 因此在设计中需特别注意基础稳定验算包含承载力抗拔、抗剪验算以及基础沉降 控制。 钻孔灌注桩选用 C30 混凝土，桩长需根据现场放样，小长度为 1.6m,桩径为 300mm。桩基的设计不再赘述，下面列出了几个比较重要的承载力计算结果： 极限抗压承载力计算： 极限抗侧承载力计算： 竖向抗拔承载力计算： 5. 结语 本文论述了光伏支架的结构设计方法。在设计实例中，光伏发电站位于地势 起伏的丘陵地带，如何科学合理地选择光伏支架结构和设计对项目投资、工程进 度、施工的便捷性以及结构周围环境的影响至关重要。光伏发电项目中结构支架 数量庞大，对光伏支架结构方案的优化对节约造价有很高的研究价值。 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] GB 50797-2012,光伏发电站设计规范[S],中国计划出版社,2012.
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