光伏支架结构设计、型式、使用状况

光伏支架结构设计、型式、使用状况调研报告内蒙古电力勘测设计院有限责任公司二〇一四年四月0目录1概述..............................................................................................................................12光伏支架结构设计......................................................................................................12.1光伏支架结构设计的特点.......................................................................................12.2光伏支架结构设计的安全.......................................................................................23光伏支架结构型式......................................................................................................23.1光伏钢支架结构.......................................................................................................33.2光伏铝合金支架结构...............................................................................................43.3光伏支架钢筋混凝土结构.......................................................................................73.4光伏支架混合结构.................................................................................................104光伏支架结构使用状况............................................................................................104.1装配式光伏支架结构使用势在必行.....................................................................114.2装配式光伏支架结构使用的问题.........................................................................11摘要光伏支架结构在我国已有十余年，凭着太阳能资源的良好特性，其迅速发展。«光伏支架结构设计规程»的编制正是基于现阶段我国光伏电站产业迅速发展的背景下，应运而生。本调研报告明确了光伏支架结构的概念，分析了国内光伏支架结构设计、型式、使用现状。认为«光伏支架结构设计规程»在我国光伏电站项目的设计、审查、审批及建设和管理等方面的适用时机已经到来，在今后光伏支架结构设计中具有广泛的途径，深刻的意义。对光伏支架结构这一结构体系的系统论述在我国现阶段尚处于发展阶段，本调研报告就光伏支架结构发展的可能性，光伏支架结构的设计体系、光伏支架结构的型式、光伏支架结构的使用现状等进行说明，力图对«光伏支架结构设计规程»的编制必要性起到抛砖引玉的作用。11概述太阳是一个巨大、久远、无尽的能源。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。光伏支架结构作为太阳能电站重要的组成部分，它承载着太阳能电站的发电主体。支架结构的选择直接影响着光伏组件的运行安全、破损率及建设投资，选择合适的光伏支架结构设计、型式，且对其合理使用，不但能降低工程造价，也会减少后期养护成本。现在国家越来越重视新能源的发展，尤其是太阳能，更是国家大力发展的项目，光伏支架作为太阳能板的重要组成部分，发展前景也是非常可观的。2光伏支架结构设计做好光伏支架结构设计，提高光伏支架结构的安全性与稳定性，是对每一个结构工程师的基本要求，通过运用科学的设计方法，结合相关的技术要求与施工规范，消除光伏支架结构中存在的安全隐患，保证结构设计的科学性与稳定性。基于此，文中对现阶段光伏支架结构设计中存在的不足进行了分析，提出了建议，以使得«光伏支架结构设计规程»的编制适应我国光伏电站产业的快速发展。2.1光伏支架结构设计的特点光伏支架结构可以分为，地面支架结构、平面屋顶支架结构、斜屋面直接结构、立柱支架结构以及可调角度的屋面支架结构等。现如今发展的太阳能光伏支架结构是太阳能支架发电中为了摆放、安装以及固定太阳能面板设计的特殊支架结构。2.1.1延性工程实践中，引发光伏支架结构变形的主要因素有风力、沉降和地震等。在确保光伏支架结构不会因变形而出现损坏甚至倒塌的情况，进行结构设计时就一定要执行一些具体的措施来保证结构的延性和安全性。2.1.2水平荷载光伏支架结构为低矮建筑，我们通常考虑竖向荷载因素，竖向荷载的控制虽然十分重要，但是起决定性作用的则是水平荷载。22.1.3侧移变形一旦有外力影响，光伏支架结构的变形就会不可避免的出现，从而影响其安全性能。进行光伏支架结构设计时，提高其强度，保证其良好的刚度，降低发生超限侧移变形。2.2光伏支架结构设计的安全2.2.1对光伏支架结构设计认识不足由于结构设计工程师之外存在不够重视光伏支架结构设计的因素，也缺乏对因素的监控。一些从业者投机取巧，不安制度、规范、规程与标准进行结构设计，为光伏支架结构的安全造成严重隐患，对财产或生命带来严重隐患。光伏支架结构设计的合理与否直接影响其的安全性，故进行光伏支架结构设计须认真分析其实际使用工况，对设计中的个要点仔细考虑，做到真正合理提高光伏支架结构的设计水平和安全性。2.2.2光伏支架结构设计的不合理光伏支架结构作为作为太阳能电站重要的组成部分和发电主体，其设计的安全性对投资安全和投资质量产生直接的影响。光伏支架结构设计的不合理主要表现在以下三个方面：第一，结构设计工程师没有充分发挥专业知识、设计经验或者忽略施工规范的细节，使得光伏支架结构设计不符合实际使用工况，从而导致结构存在安全隐患；其次，结构设计工程师忽视光伏支架结构的安全性能，不重视结构设计质量；第三，由于利益驱使，个别结构设计工程师明知设计存在隐患却视而不见，投资安全和投资质量事故问题就会发生。2.2.3项目实施中的偷工减料现象偷工减料现象在项目实施中时常发生，具体表现在从业者在利益驱使下，不顾项目投资安全和整体质量，采取偷工减料和过度节约的方式，以掠取高额的利润。结果使得结构安全性能、安全风险大大增加，严重影响项目质量。3光伏支架结构型式光伏支架结构型式与太阳能电站的建设息息相关，它涉及到投资方的切身利益，太阳能电站建设又与国家、社会关系密切，它影响着国家发展与社会进步。“十二五”期间，我国可再生能源发展迅速，为国家能源结构调整做出了重要贡献。“十三五”是国家落实习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源发展战略的关键时期。2016年12月国家发改委《可再生能源发展“十三五”规划》提出：实3现2020、2030年非石化能源消费比重分别达到15％、20％的能源战略目标。其中，2020年太阳能发电规模11000万千瓦，年产能量1445亿千瓦时，折标煤4263万吨/年。太阳能发电的能源发展战略需求是光伏支架结构型式的使用需求。光伏支架结构型式的使用和调整，以及对光伏支架结构型式质量要求的不断提高，如何选择合理的结构型式，是太阳能发电建设的重要一步。目前，常用的光伏支架结构型式，按结构材料划分：钢结构、铝合金结构、钢筋混凝土结构、预应力钢筋混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构和组合结构等；按力学模型划分：排架结构、框架结构等。而又以冷弯薄壁型钢结构、钢结构、铝合金结构和组合结构昀常见。3.1光伏钢支架结构光伏钢支架结构分为冷弯薄壁型钢结构和（普通）钢结构两种型式。它以钢材为主制成结构。其中，由钢带或钢板经冷加工而成的型材制作的结构称冷弯钢结构。常用钢板和型钢等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成;各构件或部件之间采用焊缝、螺栓或锄钉连接。光伏钢支架结构具有重量轻、承载力大、可靠性较高、能承受较大动力荷载、抗震性能好、安装方便、密封性较好等特点。但钢结构耐锈蚀性较差，需要经常维护，耐火性也较差。3.1.1冷弯薄壁型钢结构冷弯薄壁型钢结构系采用各种冷弯型钢制成的结构。冷弯薄壁型钢由厚度为1.5mm~6.0mm的钢板或带钢，经冷加工（冷弯、冷压或冷拔）成型，同一截面部分的厚度都相同，截面各角顶处呈圆弧形。在光伏钢支架结构中，可用薄壁型钢制作各种光伏的钢支架、檩条、支架梁、支架柱等结构和构件。3.1.1.1冷弯薄壁型钢结构特点：（1）节地。冷弯薄壁型光伏钢支架结构体系自重轻，施工简单，施工占地少，可建在坡地、劣地，节约优质土地资源。（2）节材。冷弯薄壁型光伏钢支架结构在施工建设中采用干作业的施工方法；材料强度高、构件截面形式优化，用钢量小；自重轻，基础材料省；耐久性好，少维修；节约不可再生资源；使用钢材，结构解体后可回收再利用。（3）环保。冷弯薄壁型光伏钢支架结构防霉变、防虫蛀、不助燃；施工时噪声、粉尘、垃圾和湿作业少，少污染、不扰民；减少了其建设过程中的环境污染；4钢材可全部再生利用，其他配套材料大部分可回收，减少了结构拆除后的环境污染。因此冷弯薄壁型钢结构是一种有利于节约资源、保护环境和发展循环经济的结构体系。（4）有利于光伏钢支架结构产业化。冷弯薄壁型钢结构可工厂制作，现场拼装，受气候影响小，施工速度快；构件、结构板材、结构配件在工厂标准化、定型化、社会化生产，市场化采购，配套性好、质量易保证。（5）结构自重轻。冷弯薄壁型光伏钢支架结构的自重仅为钢筋混凝土框架结构的1／3～1／4，砖混结构的1／4～1／5。由于自重减轻，基础负担小，基础处理简单，尤其适用于地质条件较差的地区；结构地震反应小，适用于地震多发区；冷弯薄壁型钢构件制作、运输、安装、维护方便。（6）施工周期短。构件由薄板弯曲而成，加工简单；构件轻巧，安装方便；制作、拼装与施工的湿作业少，受气候影响小；布置方便，各工种可交叉作业，日后检修与维护简单。（7）综合效益好。自重轻，基础负担小，结构抗震措施简单，可大辐减少基础造价和结构抗震措施费用；施工周期短，投资回报快，资金风险低，投资效益高；制作、运输、安装和维护方便，不需要模板支架，降低人工和机械费用。综合考虑冷弯薄壁型钢结构的节地、节材、环保和产业化产生的效益，可以认为冷弯薄壁型光伏钢支架结构具有良好的综合经济效益和社会效益。3.1.2（普通）钢结构钢结构采用热轧型钢，又称普通钢结构、重型钢结构；设计规范采用《钢结构设计规范》GB50017；冷弯薄壁型钢结构，又称薄钢结构，属轻钢结构；设计规范采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018。由于钢材生产方法不同，故热轧与冷弯材料性能有较大差别。冷弯型钢冷弯形成残余应力，弯角处出现冷弯效应。即强度提高，塑性降低；热轧钢由焊接和温度变化形成残余应力；冷弯型钢截面板件宽厚比大，设计中不限制板件宽厚比；热轧型钢结构不允许出现局部屈曲，则限制截面板件宽厚比。冷弯型钢单轴对称开口截面较多，截面抗扭性能弱。冷弯型钢构件