又要可靠性又（yòu）要成本效益，說說光（guāng）伏支架該如何安裝設計？

光（guāng）伏支架係統的重要性不言而喻，光伏電站長期、穩（wěn）定、安全運行（háng）的重要保障都靠它。本文重點（diǎn）介紹了光伏係統中多種典（diǎn）型支架（jià），從保證係統發電量、安全性、結構穩定性和可靠性（xìng）等方（fāng）麵進行（háng）分（fèn）析，提出了光伏係（xì）統安裝支架設計或選（xuǎn）用中應重點關注的問題，並提出理論力學分析、有（yǒu）限元分析和試驗測試分析多種優化

二、典型支架應用介紹（shào）

本文主要從安裝場合進行分類，根據多年來（lái）光伏電站建設的實際情況，光伏係統多安裝於以下場合：

2.1瓦屋頂安裝係統（tǒng）（含陶（táo）瓷瓦、石板瓦、瀝青（qīng）瓦等類型）

瓦屋頂安裝係統一般為居民戶用係統，尤（yóu）以歐美、英國、澳洲等（děng）發達國家（jiā）的別墅住宅和（hé）國內高端別墅和（hé）農村住（zhù）宅為（wéi）主。此類（lèi）安裝（zhuāng）係統的單（dān）量一（yī）般較小，多為2KW~10KW的小係統。瓦屋頂的安裝需根據房屋的構造（瓦形、支撐梁的材質及跨距、坡度等）、氣象如風壓、雪壓等信息進行設計。圖1中所示的支架和彎鉤配件可以適用國內外多數的（de）瓦屋（wū）頂安裝。

2.2彩（cǎi）鋼瓦屋頂（dǐng）安裝係統（含梯形瓦、角馳型、直立鎖邊型）

彩鋼（gāng）瓦屋頂安裝係統以工業廠（chǎng）房居多，在（zài）工業園（yuán）區較為普（pǔ）遍。此安裝的結（jié）構形（xíng）式如圖2所示，不同的彩鋼瓦瓦型可以選用不同的安裝支撐或夾具，應（yīng）該（gāi）優先選用夾具夾持的（de）支架形式，該結構安裝方便（biàn），不破壞屋麵，無漏水問題。

圖1瓦屋頂主要支架形式（shì）及（jí）常用彎鉤配件（jiàn）    圖2彩鋼瓦屋頂主要（yào）支架形式及常用支撐配件（jiàn）

2.3鋼筋（jīn）混泥土平屋頂安裝係統

混凝土（tǔ）平（píng）屋頂安裝（zhuāng）係統也主（zhǔ）要以工業廠房居多。此類屋頂多采用不（bú）破壞屋（wū）麵的配載式安裝形式，通過（guò）荷載計算確定需配（pèi）載的重量（liàng），采用開槽式水泥壓塊或配（pèi）載托盤進行壓載固定，此結構形式如圖3所示。圖4和5給出了自主開發的（de）擁有自主知識產權的集（jí）成安裝支架（jià）的一體化組件和雙向支架產品，一體化組件產品具有以下顯著特點：（1）革新的（de）創意，支架預安裝；（2）更少的配（pèi）件，更簡單的物流；（3）快速安裝，操作簡易；（4）自帶接地連（lián）接。

圖3平屋頂常用支架形式    圖4集成安裝的一體化組件    圖5雙向安裝支架係統

2.4地麵（miàn）安裝（zhuāng）係統

地麵安（ān）裝（zhuāng）係統以大型光（guāng）伏電站為主，多規劃建（jiàn）設於太陽能資源豐富地區的沙漠、戈壁、荒地等（děng）非耕用土地上。大（dà）型地麵光伏電站支架形式有固定式、單軸跟蹤式、雙軸跟蹤式。采用跟蹤（zōng）式對係統發電量增益明顯，但占用麵積大、造價、運營維護成本高，綜合考慮經濟性仍以固定（dìng）式安裝形式為主。圖6中給出了常用的（de）地（dì）麵（miàn）安（ān）裝（zhuāng）形式。由於篇幅原（yuán）因，就不在此展（zhǎn）開跟蹤式的討論。

（a）螺旋樁式 （b）水泥基礎式 （c）插裝式

圖6常用的地麵支架形式

三、係統安裝支架（jià）結構設計及（jí）選用關鍵技術

光（guāng）伏安裝支架首（shǒu）先需保證適合於安裝場合（hé），盡可能與安裝環（huán）境有機的融為一體，在保證安裝牢固、可靠、穩定的同時，盡（jìn）可能美觀。

3.1適用性要求（qiú）

前麵介紹到光伏係（xì）統可以安裝於多種場合，不同的場合和環境，甚至同一（yī）類的安裝係統，根據（jù）不同的屋頂構造、周圍環境、氣象信息等都會要求采用（yòng）不同（tóng）的支架，因（yīn）此，需對安裝現場進行詳細的現場勘查以設（shè）計采用與光伏（fú）係統最（zuì）匹配的結構形式。

3.2強（qiáng）度、剛度、穩定性和可靠性要求

結構設計應滿足強（qiáng）度、剛度、穩定性的要求，設計使（shǐ）用年限不應小於25年。可靠性直接影響（xiǎng）係統的發電量進而影響投資收益，而25年的使用（yòng）壽命對係統的可靠性提出了較高的要求，這需要（yào）係統（tǒng）在惡劣的氣候如暴風雨（yǔ）、暴雪甚至地震、洪水等自然災害發生時仍能穩定、可靠的運行（háng）。同時要（yào）避免出現材料過（guò）早老（lǎo）化、腐蝕嚴重等問題。支架的（de）強度、剛度（dù）及穩定性設計需按所受荷載效（xiào）應組合（自重、風荷載、雪荷載、檢修荷載等（děng）組合）中最不利的情（qíng）況（kuàng）進行設計。

3.3發電量保證與經濟性要求

光伏係統設計中，組件安裝傾角與間距是兩個非常重要（yào）的參數，直接（jiē）影響係統的發電量。安（ān）裝傾角和方位角一般由所在地的緯度和安裝場合的特點決定，安裝傾角和間距一般遵循在冬至日的9：00～15：00組件不被遮擋的原則進行設計。小係統技術部在實際（jì）工程設計（jì）中通過采用RETScreen、PVSYST等專業軟件（jiàn）對不同傾角的（de）係統發電量、係統費（fèi）用、占地麵積（占地費用）等進行綜合的經濟性評估以求獲得最佳（jiā）的收益從而確定最佳的安裝（zhuāng）傾角（jiǎo）。☞☞中國各省市光伏電站最佳安裝傾（qīng）角及發電量速查表

3.4建（jiàn）築安全性要求

安裝於（yú）建築屋麵的光伏係統在設（shè）計和建設過程（chéng）中需注意以下問題：（1）需對建築的承載力進行核算，確認是否可（kě）以安裝或需進行（háng）加（jiā）固（gù）後再安裝；（2）應（yīng）避免破（pò）壞屋麵的原防水層，如破壞時，需重新進行防水處理（lǐ），確保無漏水問題，設計中應優先選用不破壞（huài）屋麵的形（xíng）式；（3）光伏陣列應避免跨越建築的伸縮縫、沉降縫、變形縫進行安裝，以避免建築物發生變形位移時造成組件漏電、脫落等故障；（4）光伏（fú）組（zǔ）件作為陽台（tái）圍護安裝時，需（xū）滿足相關建（jiàn）築規（guī）範要求，如中層、高層住宅的陽台欄（lán）板不應低於1.1m；（5）平行於屋麵安裝時，應留有（yǒu）足夠（gòu）的通風和散熱間隙，通風散熱不暢會對係統發電量有所影響；（6）光伏支架的設計（jì）和選用應（yīng）考慮施工的安全性和便捷性，尤其是高空和複雜的屋頂安裝係統需特別考慮。

四、結構性能分析

光伏係（xì）統無論是安（ān）裝在什麽場合，均需保證支架本身的（de）抗風、雪等性能，為了保證光伏係統在25年的使用壽命期內（nèi）安全、可靠地運（yùn）行，避免出（chū）現陣列倒塌、被掀翻等（děng）問題，需對（duì）支架進行承載能力、剛度（dù）、穩定性的（de）校核和驗算。

4.1理論（lùn）力學分析

目前針對光伏（fú）支架荷載計算的規範尚未形成。一般可按照《建築結構荷載（zǎi）規範》中的要求進行核算。此規範（fàn）中關（guān）於風荷載和雪荷載的（de）計算公式分別為：wk=βz*μs*μz*wo和sk=μr*so，具體（tǐ）分析計算中還需考慮係數的準確選取（qǔ）和不同荷載的有（yǒu）效組（zǔ）合以確定最不利的受力情況。

式中：wk為風荷載（zǎi）標準值（kN/m2）；βz為高度z處的（de）風振（zhèn）係數；μs為風（fēng）荷載體型係數；μz為風壓高度變化（huà）係數；wo為基（jī）本風壓（kN/m2）；sk為雪荷載標（biāo）準值（zhí）（kN/m2）；μr為屋麵積雪分布係數；so為基本雪（xuě）壓（kN/m2）。

4.2有限元軟件分析

支架結構分析（xī）可以（yǐ）采用結構（gòu）分析軟件PKPM或SAP2000進（jìn）行優化（huà）校核，也（yě）可以采用ANSYS、ABQUS等FEA分析軟件進行校核。圖7中給出的（de）是某項目安裝支架結構的SAP2000分析模型和結果圖，圖8中給出了利用ANSYS進行零配件校核（hé）的示例圖。

4.3試驗測試分析

通常可以進行以下（xià）實驗測試校核（hé）支架的性能（néng）：（1）通過化學成分（fèn）檢測確（què）保所用材料的質量；（2）采（cǎi）用膜（mó）厚儀（yí）對熱浸鋅（xīn）鋼膜（mó）厚和鋁合金陽極氧化膜厚進行測試，確保（bǎo）產（chǎn）品（pǐn）具（jù）有足夠的抗腐蝕性能；（3）通過鹽霧試（shì）驗對材質的抗腐蝕性能做進一步的測（cè）試，確保25年（nián）的（de）使用壽命；（4）通過抗拉拔力測試可以測試安裝配件抗正風壓的拉拔力，確保安裝係統的可靠性；（5）通過風洞試驗（yàn）可以準確獲得支架的風荷載體（tǐ）型係數，可以準確的核算出支架的承載能（néng）力，但風洞試驗成本較高，因此在實際光伏支（zhī）架設計中應用較少（shǎo），在一些新產品的開發中可能會用到。

五、結語

光伏電站建設初期，光伏（fú）支架產品沒有（yǒu）受到應有的重視，隨著安裝量（liàng）的增加，問題逐漸（jiàn）暴漏出來，給項目工程造成（chéng）了巨（jù）大的損失。從長遠來看，提高安裝支架的性能（néng）和（hé）質量可以（yǐ）使係統25年安全、可靠地運行，相信這對於（yú）保證投資（zī）效益的最（zuì）大（dà）化是（shì）非常必要和正確的。本文提出（chū）的支架設計中應關注的問題以及結構優化核算方法可以有效（xiào）的使光伏係統支架達到可靠性和（hé）經濟（jì）性的完美統一（yī）。