又要可靠性又要成本效益，說（shuō）說光伏支架該如何安裝設（shè）計？

光伏支架係（xì）統的重要性不言而喻，光伏電站長期、穩定、安全運行（háng）的重要保障都靠它。本文重點介紹了光伏係統中多種典型支（zhī）架，從保（bǎo）證係統發電量、安全性、結構穩定性和可靠性等方麵進（jìn）行分析，提出了光伏係統安裝支架設計（jì）或選用中應重點關注的問題，並提出理論力學分析、有限元分析和試（shì）驗測試分析多種優化（huà）

二、典型支架應用介紹

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

2.1瓦屋頂安（ān）裝（zhuāng）係統（含陶瓷瓦、石板瓦（wǎ）、瀝青瓦等類型）

瓦（wǎ）屋（wū）頂安裝係統一般為居民戶用係統，尤以歐美、英國（guó）、澳洲等發達國家的別墅住宅（zhái）和（hé）國內高端別墅和農（nóng）村住（zhù）宅為主。此類安裝係統（tǒng）的單量一般較小，多為2KW~10KW的小係統。瓦屋頂（dǐng）的安裝需根據房屋的構造（zào）（瓦形（xíng）、支撐梁的材質及跨距、坡度等）、氣象如風壓、雪壓等信息（xī）進行（háng）設計。圖1中所示的支架和（hé）彎鉤配（pèi）件可以（yǐ）適用國（guó）內（nèi）外多數的瓦屋頂安裝（zhuāng）。

2.2彩（cǎi）鋼瓦屋頂安（ān）裝係統（含梯形瓦、角馳型、直立鎖邊型）

彩鋼瓦屋頂安裝係統以工業廠房居多，在工業（yè）園區較為普遍。此安裝的結構形式（shì）如（rú）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，應該優先選用夾具夾持的支架形式（shì），該結構安裝方便，不破壞屋（wū）麵，無漏水問題。

圖1瓦屋（wū）頂主要（yào）支架形式及常用彎鉤配件    圖2彩鋼（gāng）瓦屋頂（dǐng）主要支架形式及常用支撐配件

2.3鋼筋混泥土平屋頂安裝係統

混凝土平屋（wū）頂安裝係統也主要以工業廠房居（jū）多。此類屋頂多（duō）采用不（bú）破壞屋麵的配載式（shì）安裝形式，通過荷載計算確定需配載的（de）重量，采用開槽式水泥壓塊或配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（zhǔ）開發的擁有自主知識產權的集成安（ān）裝支架的一體化組件和雙向（xiàng）支架產品，一體化組（zǔ）件產品具有以下顯（xiǎn）著特點：（1）革新的創意，支架預安裝；（2）更少的配件，更簡單的物流；（3）快速安裝，操作簡易；（4）自帶接（jiē）地連接。

圖3平屋頂常用支架形式    圖4集成安裝的一體（tǐ）化組件    圖5雙向（xiàng）安裝支架係（xì）統

2.4地麵安裝係統

地（dì）麵安裝係統以大型（xíng）光伏電站為主，多（duō）規劃建設於太陽能資源（yuán）豐富地區的沙漠、戈壁、荒（huāng）地等非耕用（yòng）土地上。大（dà）型地麵光伏電（diàn）站支架形式有固（gù）定式、單軸（zhóu）跟蹤式、雙軸跟蹤式。采用跟蹤式對係統發電量增益明顯，但占用（yòng）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中給出了常用的地麵安裝形式。由於篇幅原因，就不在此展開跟蹤式的討論。

（a）螺（luó）旋樁式（shì） （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（zhī）架結構設計及選（xuǎn）用關鍵技術（shù）

光伏安裝（zhuāng）支架首先需保證適合於安（ān）裝場合，盡可能與安裝環（huán）境（jìng）有機的融為一體，在保證安裝（zhuāng）牢固、可靠、穩定的同時，盡可能美觀。

3.1適用性要求

前麵介紹到光伏係統可（kě）以安裝於多種場（chǎng）合，不同的場合和環境，甚至同一類的安裝係統，根據不同的屋頂（dǐng）構造、周圍環境、氣象信息等都會（huì）要求采用不同的支架，因此（cǐ），需對安裝現場進行詳細的現場勘查以設計采用與光伏係統最匹配的結構形式。

3.2強度（dù）、剛度、穩定性和可（kě）靠性要求

結構設計應滿足強度、剛度、穩定性（xìng）的要求，設計使（shǐ）用年限不應小於25年。可靠性直接影（yǐng）響係（xì）統的發電（diàn）量進而影響（xiǎng）投資收益，而25年的使用壽命對係統的可靠性提（tí）出了（le）較高的要求，這需要係統在（zài）惡劣的氣候如暴風雨、暴雪甚至地震、洪水（shuǐ）等自然災害發生時仍能穩定、可靠的運（yùn）行。同時要避免出現材料過早老化、腐蝕嚴重等問題。支架的強度、剛度及（jí）穩定性設計需按所受（shòu）荷載效應組合（自重、風荷載、雪荷載、檢修荷載等（děng）組合）中最不（bú）利的情況進（jìn）行設（shè）計。

3.3發電量（liàng）保證與經（jīng）濟性要求

光伏係統設計中，組件安裝傾角與間距是（shì）兩個非常（cháng）重要的參數，直接影響係統的發電量。安裝（zhuāng）傾角和方位角一般（bān）由所（suǒ）在地的緯度和安裝場合的特（tè）點決（jué）定，安（ān）裝傾角和間距一般遵循在（zài）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工程設計中通（tōng）過采（cǎi）用RETScreen、PVSYST等專業軟件對不同傾角的係統發電量、係統費用、占（zhàn）地麵積（占（zhàn）地（dì）費用）等（děng）進行綜（zōng）合的經濟性評估以求獲得最佳的收益從而確定最佳的安裝傾角。☞☞中國各省市光伏電站最佳（jiā）安裝傾角及發（fā）電量速查表

3.4建築安全（quán）性（xìng）要求（qiú）

安裝於建築屋麵的光伏係統在設計和建設過程（chéng）中需注意以下問題（tí）：（1）需對建築的承載力進行（háng）核算，確認是否可以安裝或需進（jìn）行加固後再安（ān）裝；（2）應避免破壞屋麵的原防水層，如破壞時，需重新進（jìn）行防水處理，確保無漏水問題，設計中應優先選（xuǎn）用不破壞屋麵的（de）形式；（3）光伏陣列（liè）應避免跨越建築（zhù）的伸縮縫、沉降縫、變形縫進行（háng）安裝，以避免建築物發生變形位移時造成組件漏電、脫（tuō）落等故障；（4）光伏組（zǔ）件作為陽台圍護安（ān）裝時，需（xū）滿足相關建築規範要求，如中層、高層住（zhù）宅的陽台欄板不應低於1.1m；（5）平行於屋麵安裝時，應留（liú）有足夠的通風和散熱間隙，通風散熱不暢會對係統發電量有所影響；（6）光（guāng）伏支架的設計和（hé）選用（yòng）應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（gòu）性能分析（xī）

光伏係統無論是安裝在什麽場合，均需保證支架本身的抗（kàng）風、雪等性能，為了保證光伏係（xì）統在25年的使用壽（shòu）命期內安全、可靠地運行，避免出現陣（zhèn）列倒（dǎo）塌、被掀翻等問題，需對支架進行承載能力、剛度、穩定性（xìng）的校核和驗算。

4.1理論力學分（fèn）析

目前針對光伏支架荷載計算的（de）規範尚未形（xíng）成（chéng）。一般可按照《建築結構荷載規範》中（zhōng）的要求進（jìn）行核算。此規範中關於風荷載（zǎi）和雪荷載的計算公式分（fèn）別為：wk=βz*μs*μz*wo和sk=μr*so，具（jù）體分析計（jì）算（suàn）中還需考慮係數（shù）的（de）準確選取和（hé）不同荷（hé）載的有效組合以確定最不利的受力情況。

式中：wk為風荷載標準值（kN/m2）；βz為高度z處的風振係（xì）數；μs為風荷（hé）載體型係數；μz為風壓高度變化係數；wo為基本風壓（kN/m2）；sk為雪荷載標準值（kN/m2）；μr為屋麵積雪分布係數；so為基本雪壓（kN/m2）。

4.2有限元軟件分析

支架結構分析可以采（cǎi）用結構分析軟件PKPM或SAP2000進（jìn）行優化校核，也可以采用（yòng）ANSYS、ABQUS等FEA分析軟（ruǎn）件進行校核。圖7中給出的是某項目安裝支架結構的SAP2000分（fèn）析模型和結果圖，圖8中給出了利用ANSYS進行零（líng）配件校核的示例（lì）圖。

4.3試驗測試分（fèn）析

通（tōng）常可（kě）以進行以（yǐ）下實驗測試（shì）校核支架的性能：（1）通（tōng）過化學（xué）成分檢測確保所用材料的質（zhì）量；（2）采用（yòng）膜厚儀對熱浸鋅鋼膜厚和鋁合金陽極氧化膜厚進行測試，確保產品具有足夠的抗腐蝕性能；（3）通（tōng）過鹽霧試驗對材質的抗腐蝕性能做進（jìn）一步的測試，確保25年的使用壽命；（4）通過抗拉拔力測試可以測試安（ān）裝配件（jiàn）抗正風壓的拉拔力，確保安裝係統的可靠性；（5）通過風（fēng）洞試驗可以準確獲得支架的風荷（hé）載體型係數，可以（yǐ）準確的核算出支架的承（chéng）載能力，但風（fēng）洞（dòng）試驗成本較高，因此在實際（jì）光伏支架（jià）設計中應用較少，在一些新產品的開發中可能會用到（dào）。

五、結（jié）語

光伏電站建設初期，光伏（fú）支架產（chǎn）品沒有（yǒu）受到應有的重視，隨著（zhe）安裝量的增加，問題逐漸暴漏出來，給項目工程造成（chéng）了巨大的損失。從長（zhǎng）遠來看，提高安裝支架的性能和質量可以使（shǐ）係統25年安全、可靠地運行（háng），相信這對於保證投資效益的最大化是非常必要和正確的。本文提出的支架設計中應關（guān）注的問題以及結構優（yōu）化核算方法可（kě）以有效的使光伏係統支架達到可靠性和經濟性的完美統一。