柔性光伏支架的施工方法浅析.pdf

太阳能第 10 期总第 354 期2023 年 10 月No.10Total No.354Oct.,2023SOLAR ENERGY750 引言在能源愈发珍贵的背景下，太阳能作为绿色、清洁的可再生能源倍受人们关注，随着化石能源储量日渐减少，太阳能产业蕴藏的经济性和投资价值也越发突出1-2。发展光伏产业是实现中国“双碳”目标重要举措3-4。在近年中国光伏产业的发展中，光伏发电应用场景多集中在沙漠、戈壁、屋顶等，且这些光伏发电项目采用的光伏支架多为传统的刚性光伏支架，占地面积大，对场地平整度的要求较高，项目的建设发展受限于土地资源5-7。柔性光伏支架的提出实现了在各类复杂地形场景下建设光伏发电项目的目标。柔性光伏支架的占地面积小，对场地平整度的要求低，这些特点也使建设农光互补、林光互补、渔光互补等类型光伏发电项目的目标得以实现，极大地提高了单位土地面积的太阳能利用率，充分利用空间资源及太阳能资源，是实现多产业融合、产业现代化的重要举措，具有较高的经济价值8。基于此，本文从光伏支架工程应用的角度出发，对柔性光伏支架的技术原理进行简要介绍，并以浙江省开化县某林光互补光伏发电项目为例，对柔性光伏支架的施工方法与施工工艺流程进行总结。1 柔性光伏支架的技术原理柔性光伏支架是将传统的刚性光伏支架中的檩条替换为柔性钢绞线，将光伏组件安装在钢绞线上，通过钢绞线提供反力。柔性光伏支架具有结构、材料简单，耗材少，建设周期短等优点，可实现大跨度布设，且受地形地貌的影响较小。2 项目背景本文以浙江省开化县装机容量为 80 MW 的林光互补光伏发电项目为例，简述柔性光伏支架的施工方法与工艺流程。该林光互补光伏发电项目的位置图如图 1 所示。需要指出的是，该林光互补光伏发电项目所在地为低山地形，场地四周环山，山势连绵起伏、地势陡峭，高程约为 250650 m，相对高差为400 m。光伏场区内的地貌为原始山坡，地势起伏较大，坡度可达 4045。由于项目的占地面积较DOI:10.19911/j.1003-0417.tyn20220811.01 文章编号：1003-0417(2023)10-75-06柔性光伏支架的施工方法浅析赵岩(中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122)摘要：随着光伏产业的发展，柔性光伏支架因灵活可调、占地面积小、对场地平整度要求低、可在各类复杂地形地貌条件下应用的特点，被广泛应用于农光互补、林光互补等多产业融合项目中。从光伏支架工程应用的角度出发，简要介绍了柔性光伏支架的技术原理，并以浙江省开化县某林光互补光伏发电项目为例，对柔性光伏支架的施工方法与施工工艺流程进行了总结。柔性光伏支架的施工方法在该项目的成功应用，可为今后同类工程的柔性光伏支架施工提供借鉴。关键词：山地光伏发电；柔性光伏支架；施工方法；复杂地形中图分类号：TK513.4 文献标志码：A收稿日期：2022-08-11基金项目：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司科技项目(KY2022-ZX-03-04)通信作者：赵岩(1986)，男，学士、高级工程师，主要从事新能源相关的设计与工程管理方面的工作。2023-10杂志.indd 752023-10杂志.indd 752023/10/26 14:28:332023/10/26 14:28:332023 年太阳能大，约为 1542.48 亩(1 亩约为 666.67 m2)，因此为了适应陡峭山地地形，项目的总体设计放弃了难以安装的传统刚性光伏支架，而是采用了复杂环境适应性强的柔性光伏支架。项目的光伏组件采用峰值功率为 550 W 的单玻单晶硅光伏组件。升压站位置方坞源头村浙江省开化县 80 MW林光互补光伏发电项目图 1 该林光互补光伏发电项目的位置图Fig.1 Location map of the forestry-PV complementary power generation project柔性光伏支架及支架基础均处于山坡上，基础结构多为微孔灌孔桩，光伏组件固定于钢绞线拉索上。考虑到该项目的占地面积较大，而柔性光伏支架在受风较大区域不宜采用，导致光伏支架难以实现全面覆盖，会不可避免地存在少量间隙。因此，为保障项目建设用地的利用率，部分间隙采用固定光伏支架填补；同时，为确保光伏支架的结构设计使用年限可达到 25 年，柔性光伏支架的钢构件选用镀锌防腐材料。施工结束后，项目现场柔性光伏支架的局部结构如图 2 所示。图 2 项目现场柔性光伏支架的局部结构Fig.2 Local structure of flexible PV brackets on project site3 柔性光伏支架的施工工艺流程与施工方法在实际山地光伏发电项目的建设工程中，柔性光伏支架的具体施工工序及施工工艺流程如图3 所示。施工前准备钢筋笼制作安装桩基施工钢管预埋安装支架安装施工主索二次张拉混凝土浇筑光伏组件安装验收图 3 柔性光伏支架的具体施工工序及施工工艺流程Fig.3 Specific production processes and process flow of flexible PV brackets下文对柔性光伏支架施工工艺流程中各工序的具体施工方法及要求进行介绍与总结。3.1 施工前准备施工前应详细研究在复杂山地架设柔性光伏支架并顺利发电并网的项目需求，进而制定具体的施工方案和计划。同时，根据工程要求和设计图纸，施工前的准备工作还应实施以下几点：1)核验具体的施工图与施工现场可能存在的矛盾问题，例如：图纸中柔性光伏支架结构的尺寸异常；桩基测量放样点遇到孤石阻碍，成孔困难等，需提前兼容好施工图与施工现场的匹配性。2)针对可能存在的矛盾问题，制定专项处置措施，编制具体指导施工作业书。例如：对阻碍桩基施工的孤石进行人工挖除；在陡峭地形施工前，人工提前修建施工便道等。3)根据施工现场的实际情况，编制桩基、柔性光伏支架，以及柔性钢绞线的详细施工方案。4)按计划布置施工现场，并提交当地建设行政主管部门(例如：发展和改革委员会、环保部门、林业部门、城市规划行政主管部门、国土资源部门、电网等有关单位和部门)进行审批。5)依照项目的施工进度规划各类材料的用量计划，保障施工顺利进展。3.2 桩基施工桩基施工前的测量定位工作是保障工程质量的关键因素之一，测量放线根据 GB 55018技 术 应 用762023-10杂志.indd 762023-10杂志.indd 762023/10/26 14:28:332023/10/26 14:28:33第 10 期2021 工程测量通用规范9中的要求开展，施工期间所有施工定线均需进行复测验收，验收合格后才可以进行机械成孔。桩孔的中心位置偏差应在 20 mm 之内，桩孔深度允许偏差在+50 mm 以上(即只能深不能浅)，桩孔垂直度允许偏差为小于等于桩长的1%，孔底的沉渣厚度应小于等于 50 mm。需要强调的是，钻孔成型后，应立即检查孔的完整度情况，查看是否出现垮孔或孔深不够等现象；若出现垮孔严重或孔深不够的情况，需要进行再次成孔，直至满足设计要求为止。同时，施工人员或机械设备通过时严禁碾压已成型的孔洞，对已落入孔底的浮土，需采用人工清理的方式，清理干净后再进行下道工序的施工。3.3 钢筋笼的制作与安装对于钢筋笼的制作，采用机械下料、人工焊接的方法。制作时，应从钢筋选料的源头杜绝工程安全隐患，选用具有质量合格证明的合格钢筋，并进行复测检验，以保证钢筋质量；对已进场的钢筋，应按类别分区堆放，并做好区分标识。特别说明的是，钢筋加工过程同样需要严格控制，需严格按照设计图纸对钢筋的形状、尺寸进行加工，在加工过程中需要避免钢筋表面受到外界的二次污染。3.4 钢管预埋安装钢管预埋安装时，其应与桩基的钢筋笼连接固定，钢管与钢筋笼上的钢筋采用焊接方式进行固定，钢管中垂线与桩身中垂线应重合，使钢管安装垂直不倾斜。需要强调的是，同样需要对钢管尺寸进行规范处理，应严格按照设计图纸进行加工。预埋安装前，应先对加工后的钢管尺寸进行检验校核，校核无误后才可以进行预埋安装。3.5 混凝土浇筑桩基浇筑用混凝土采用现场搅拌的方式。本工程采用 C30 混凝土，其配合比为“水 水泥 砂 石子=0.38:1.00:1.11:2.72”。其中，砂通常选用含泥量不超过 3%的中砂；石子通常选用质地坚硬且粒径在 540 mm 之间的碎石。此外，为保证混凝土浇筑的施工质量，还必须开展以下几点保障措施：1)协调好各工种的工作配合；2)严格按照配合比搅拌混凝土，确保计量准确；3)施工过程中应反复检查混凝土的塌落度及水灰比，每台班至少检查 4 次，同时预留好混凝土试块。3.6 钢支架的安装施工钢支架是将柔性钢绞线所受荷载传递至地面的关键组成结构，为整个柔性光伏支架体系中的刚性组成部分。钢支架的安装施工流程可总结为：基础施工及预埋件定位钢支架现场拼装安装端部钢架(调校端部钢架垂直度)端部斜支撑安装依次安装中间钢架(调校中间钢架垂直度)。钢支架的整体结构布置示意图如图 4 所示。钢梁钢梁斜拉杆钢梁端部钢架缆风绳连杆连杆中间钢架缆风绳柔性钢绞线端部钢架斜拉杆图 4 钢支架的整体结构布置示意图Fig.4 Diagram of overall structural layout of steel bracket钢支架的安装施工中，最重要的工作为柔性钢绞线的安装。柔性钢绞线(主索)为柔性光伏支架体系的核心，其空载铺设顺序以 150 m 作为1 个可张拉的固定单元。每个固定单元的柔性钢绞线(主索)与螺杆的组合尺寸如图5所示。图中：R 为锚具锁定板平面半径；Q345B 代表钢材型号；YJM9.5-1 代表锚具型号。赵岩：柔性光伏支架的施工方法浅析技 术 应 用772023-10杂志.indd 772023-10杂志.indd 772023/10/26 14:28:332023/10/26 14:28:332023 年太阳能钢绞线外留长度暂定 1500 mm此长度需与二次张拉设备相匹配7030655 10010306413420Q345B垫板R50锚具 YJM9.5-1图 5 柔性钢绞线(主索)与螺杆的组合尺寸(单位：mm)Fig.5 Combination size of flexible steel wire rope (main cable)and screw(Unit：mm)柔性钢绞线(主索)在空载状态下的铺设及张拉顺序有两种，如图 6 所示，下文分别进行具体介绍。钢梁钢梁斜拉杆钢梁端部钢架铺设及张拉顺序1234中间钢架柔性钢绞线端部钢架斜拉杆图 6 柔性钢绞线(主索)在空载状态下的铺设及张拉顺序Fig.6 Laying and tensioning sequence of flexible steel wire rope(main cable)under no-load state1)第 1 种铺设及张拉顺序：从一侧(东或西方向的一端)开始分别向另一侧全部铺设(图 6中的“1 2 3 4”或“4 3 2 1”)，即每个固定单元柔性钢绞线都沿东西方向铺设完成后，再进行下一个固定单元柔性钢绞线的铺设。待柔性钢绞线铺设完成后，再将拉杆及缆风绳安装到位，此时缓冲弹簧的张紧力调至约 1 kN 即可，需要在光伏组件铺设完成后再次调整缓冲弹簧的张紧力，以保证缆风绳不松弛，且光伏组件在风力作用下无明显摆动。2)第 2 种铺设及张拉顺序：由东西两端同时向中间铺设(图 6 中的“1(4)2(3)”)，即每个固定单元柔性钢绞线都从两端部向中间铺设，沿东西方向铺设完成后，再进行下一个固定单元柔性钢绞线的铺设。待钢丝绳铺设完成后，再将拉杆及缆风绳安装到位，同样，此时缓冲弹簧张紧力调至约 1 kN 即可，需要在光伏组件铺设完成后再次调整缓冲弹簧的张紧力，以保证缆风绳不松弛，且光伏组件在风力作用下无明显摆动。需要指出的是，柔性钢绞线(主索)空载铺设完成后，每跨的下挠值需控制在 50 mm 之内，一定要保证每排光伏组件上的两条柔性钢绞线挠度值相同，且单块光伏组件所在平面内两条柔性钢绞线的间距控制在 1400 mm(允许偏差为 3 mm)，此时钢支架端部螺杆两侧各伸出的长度应控制在 50 mm，以便留出较长的伸缩余量，保证后续张拉的使用。此外，为了降低钢支架顶端平面外的侧拉力，钢支架顶端在张拉力作用下，立柱单向受力不宜大于6.9 kN。当该值不易确定时，应采用轴力计进行检测，若柱顶同时有不对称的两组反向侧拉力时，应进行抵消，抵消后的差值确定后再进行张拉。当单向受力值或抵消后的差值超出上述规定(6.9 kN)时，应采取适当的辅助设施(即临时支撑，斜拉)加以临时固定，以避免钢支架受力超限出现较大的倾覆，对钢支架及支架基础造成破坏。3.7 光伏组件安装柔性钢绞线(主索)空载铺设完成后，应保证每两条柔性钢绞线之间的间距(平面内垂直投影)相等，且每条柔性钢绞线的挠度值相同。待空载状态下的柔性钢绞线调整完成后，开始铺设光伏组件，光伏组件的铺设顺序示意图如图 7所示。光伏组件光伏组件钢梁钢梁第 2 组光伏组件铺设第 1 组光伏组件铺设图 7 光伏组件的铺设顺序示意图Fig.7 Schematic diagram of laying sequence of PV modules技 术 应 用782023-10杂志.indd 782023-10杂志.indd 782023/10/26 14:28:342023/10/26 14:28:34第 10 期另外，在光伏组件安装过程中需要注意的是：1)光伏组件的安装至少要有两人配合作业。可先将固定压块固定于光伏组件上，再由两个人一同将 1 块光伏组件安装到柔性钢绞线端，要保证固定压块拧紧时 4 个接触点的受力均匀。2)光伏组件铺设过程中，应保证光伏组件横向与柔性钢绞线平行，按南北方向两块光伏组件之间的间隔为 200 mm 整齐布置；光伏组件的横向间隔(即东西向间隔)均匀，且间距控制在100 mm，有连杆处间距控制在 120 mm。3)每跨光伏组件的下挠值控制在 150 mm以内。4)光伏组件固定压块紧固无松动，弹性垫片放置在螺母侧压实。5)光伏组件边框无扭曲变形、拐角无开裂。6)在光伏组件搬运及安装固定过程中应做好防护措施，避免因人为操作不当造成光伏组件的损坏。3.8 柔性钢绞线(主索)的二次张拉通常待光伏组件铺设完成后，或由于短时间的负荷作用下柔性钢绞线(主索)由空载状态变为负载状态，此时柔性钢绞线(主索)的挠度值增大，柔性钢绞线(主索)由松弛阶段向弹性阶段转变，在转变过程中造成的柔性钢绞线(主索)的伸长属于结构性伸长，即为永久伸长。应在光伏组件铺设完成后对柔性钢绞线(主索)进行第 1 次挠度值检测，挠度值超出规定要求的 150 mm 时，应同时拧动单跨两端端部的调节螺母进行二次张拉(螺杆螺母应车丝加工，安装前涂敷润滑油脂，两端同时张拉以避免光伏组件向一侧偏离)，每根柔性钢绞线(主索)的张拉力为 15 kN，二次张拉顺序按照柔性钢绞线(主索)空载状态下的铺设张拉顺序(见图 6)操作。柔性光伏支架钢结构的施工流程如图 8所示。光伏组件铺设(铺设前压块预先装到光伏组件上再与柔性钢绞线固定，按图纸控制光伏组件间距)预埋件位置测量及标高找正(确保钢支架立柱与预埋件对应)钢支架场地预拼装(钢柱钢梁组合、斜支撑安装)钢支架吊装(找正位置、调整垂直度、柱脚焊接)柔性钢绞线(主索)空载铺设(端部锚具张紧、中间绳夹锁紧)图 8 柔性光伏支架钢结构的施工流程Fig.8 Construction process of steel structure of flexible PV bracket此外，为确保工程施工的安全稳定，待工程施工完成后，应根据实际检测周期，先以 1 周为检测周期，再以 1 个月为检测周期，进行钢丝绳伸缩量及挠度值的检测。若检测中出现柔性钢绞线跨中的伸缩量及挠度值增大，或同一排光伏组件的两根柔性钢绞线下挠值不一样的情况时，应逐一进行二次张拉，直到调整至同一跨柔性钢绞线最低点处于同一标高且挠度值相同，让柔性钢绞线达到伸缩稳定状态为止。例如：某处柔性钢绞线，7 天时的跨中挠度值为 70 mm，而 30 天时的跨中挠度值达到 120 mm，则需要进行二次张拉，至柔性钢绞线达到伸缩稳定状态。3.9 验收柔性光伏支架施工工艺流程的最后一道工序为验收，按照主要钢结构安装验收规范执行。4 结论本文基于柔性光伏支架的技术原理，以浙江省开化县某林光互补光伏发电项目为例，总结了柔性光伏支架的施工方法与施工工艺流程。柔性光伏支架灵活可调，占地面积小，对场地平整度要求低，可广泛应用于各类地形地貌，例如农地、林地、复杂山地、水池等，应用前景广泛。柔性光伏支架的施工方法在该林光互补光伏发电项目赵岩：柔性光伏支架的施工方法浅析技 术 应 用792023-10杂志.indd 792023-10杂志.indd 792023/10/26 14:28:342023/10/26 14:28:342023 年太阳能的成功应用，可为今后同类工程的柔性光伏支架施工提供借鉴。参考文献 1 安宁，梁志华.光伏发电的现状及改进 J.现代工业经济和信息化，2020，10(8)：7-8.2 刘兴佳，崔国桥，于恺，等.太阳能光伏柔性支架体系研究 J.中国新技术新产品，2020(2)：79-81.3 李欣哲.甘肃省光伏发电工程中光伏支架及其基础形式的探讨 J.太阳能，2022(2)：62-67.4 王捷，林余杰，吴成坚，等.碳中和背景下太阳能光伏产业现状及发展 J.储能科学与技术，2022，11(2)：731-732.5 蒋广洁，韩航玲.关于枣庄市台儿庄区发展光伏农业大棚的思考 J.现代农业科技，2014(13)：225，227.6 唐俊福，林建平，霍静思.柔性光伏支架结构特性分析及其优化设计 J.华侨大学学报(自然科学版)，2019，40(3)：331-337.7 郑云汉，黄华，何银涛，等.柔性太阳能支架耐久性研究进展 J.科技与创新，2016(19)：117，119.8 王雨.光伏组件柔性支架技术方案 J.太阳能，2018(3)：37-40.9 中华人民共和国住房和城乡建设部.工程测量通用规范：GB 550182021S.北京：中国建筑出版传媒有限公司，2021.ANALYSIS OF CONSTRUCTION METHODS FOR FLEXIBLE PV BRACKETSZhao Yan(Huadong Engineering Corporation Limited，POWERCHINA，Hangzhou 311122，China)Abstract：With the development of the PV industry，flexible PV brackets are widely used in multi industry integration projects such as agriculture-PV complementary，and forestry-PV complementary due to their flexibility and adjustability，small footprint，low requirements for field leveling，and applicability in various complex terrain and geomorphic conditions.This paper briefly introduces the technical principles of flexible PV brackets from the perspective of PV bracket engineering applications，and takes a forestry-PV complementary power generation project in Kaihua County，Zhejiang Province as an example to summarize the construction methods and construction process flow of flexible PV brackets.The successful application of the construction method of flexible PV brackets in this project can provide reference for the construction of flexible PV brackets in similar projects in the future.Keywords：mountain PV power generation；flexible PV brackets；construction methods；complex terrain技 术 应 用802023-10杂志.indd 802023-10杂志.indd 802023/10/26 14:28:342023/10/26 14:28:34