摘要：随着社会经济的快速发展，人们对资源的需求量不断增加，但是对于不可再生的自然资源来说，应该适当的控制开采力度，为了满足人们的使用需求，就逐渐开始加强对可再生资源的开发和利用，其中应用最广泛的就是太阳能资源，而且其开发潜力较高。对于山地光伏的地形和地质条件来说，都较为复杂，山地光伏发电项目市场前景广阔，光伏支架基础量多面广，施工周期长，是光伏电站建设过程中最为关键的内容和环节之一，为了增加支架基础的安全性和可靠性,并降低基础造价，加强研究是十分必要的。而且通过技术的创新，能够有效的缩短施工周期，并减少施工成本。
关键词：山地；光伏支架；基础设计；创新
在当前我国可持续发展战略、不断增长的能源需求以及更好的促进经济社会的可持续发展的情况下，光伏发电因其独特的优势而受到全国各地的广泛推广，在今后也将成为全球的主要能源。近年来，我国的分布式光伏电站利用形式在全国范围内得到快速的发展，而且产业的规模也在迅速的扩大之中。就目前来说，我国国内的大型光伏电站建设在具有丰富的太阳能资源，自然条件恶劣但是较为低产的土地之上，并且主要集中于我国的西北地区，但是随着光伏电站容量的持续增加，地势较为平坦、条件较好的土地资源也在逐年减少，山地成为了光伏电站建设的重要用地。
1 山地光伏电站的特点以及设计难度分析
1.1 光伏电站特点
光伏电站建设需要综合考虑各方面因素。例如：地形条件、太阳能丰富程度，在无特殊情况下，建设光伏电站的地区多为沙化或是石漠化山地，地表起伏不平，形态各异，可以安装大小不等光伏组件。在上述中也提及到光伏电站建设成本较大，但是土地成本相对较低，因为地处人烟稀少地区，所以管理方面，受外界因素也比较小。以山地光伏电站为例进行分析，其受地势形态影响，同处于戈壁滩或者是沙漠等地区的光伏电站比较后发现，前者布局欠合理加上自然协调性较差，将直接导致系统损耗大。
1.2 光伏电站支架设计难点
光伏电站支架设计中需考虑的因素：其一，方阵设计，在上述中也提及到光伏电站建设要考虑地形因素，在支架设计中同样如此，必须考虑好安装方式、方阵基础等因素，只有这样光伏电站支架设计工作才能顺利进行，确保光伏电站方阵与支架完美匹配，既保证了土地充分利用，也确保光伏电站效用能够充分发挥出来。其二，组件选择和支架布置设计，如何根据自然条件和国家相关标准，选择安全系数高和经济性能高的设备。再有光伏电站支架设计过程中需要考虑场内道路、消防，最大限度降低光伏电站因受外在因素产生的不必要损失。同样光伏电站支架设计难点也多表现在多个方面：其一，支架假设难度比较高，受各种因素影响。其二，光伏电站施工成本相对较高，众多周知，光伏电站支架对基础的强度要求比较高，换一种方式来说，施工过程中对机器设备、原材料等都有特殊要求，如果将光伏电站建于风化岩或者是白云岩地区，无疑都会加大施工难度，建设成本直线上升，这是我国光伏电站支架设计的又一难点所在。
2 光伏支架基础的受力特点
光伏方阵基础为上部钢结构支架的支撑结构，承受上部钢结构支架传递到基础上的竖向压力及上拔力、以及水平方向的推力和弯矩。风荷载作为太阳能光伏结构的控制荷载，在太阳能电池板支架及其基础结构设计中起控制作用，而风荷载的作用较为复杂，因此也就导致了光伏支架基础受力情况复杂，在顺风和逆风工况下基础受力情况差别较大，支架传至基础顶部的反力顺风和逆风工况方向相反。既顺风基础主要承受竖向压力及水平推力，而逆风时则为上拔力及水平推力。因此，选择合适的支架基础结构形式，不仅需满足光伏支架基础在各种工况下的受力特点，还应选用工程量小、施工工艺简单的基础形式。
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3 山地光伏支架的基础设计
3.1适应性设计
方案一。在立柱与斜梁连接处增加双向铰连接件，即可满足斜梁南北方向倾斜达到最佳倾角，又可使斜梁东西方向倾斜达到与横梁紧密连接，避免了斜梁与横梁的线接触问题。优点是一榀支架只需增加两套铰连接件，成本较低；缺点是安装后斜梁重心偏移，不在立柱几何中心处，会导致斜梁与横梁连接处产生较大的应力，对材料强度要求较高。
方案二。在斜梁与横梁连接处增加铰连接件，通过连接件转换分别使斜梁、横梁同时与铰连接件实现面接触，从而改善横梁的受力情况。优点是解决了斜梁重心偏移的问题，各部分受力更合理；缺点是一榀支架需增加4套铰连接件，材料成本费用较高。
3.2新技术的运用
电动支架式潜孔钻机采用人工装卸，其地形适应性好、稳定性好、安全性能高。升降安装钢球马达采用液压加压，动力输出扭矩大，钻桩、拔桩速度较快。鹅卵石、风化石等地质条件下均可一次性完成，无需二次打孔。电动支架式潜孔钻机的应用，成功解决了中电投河北曲阳孝墓50MW地面并网光伏电站陡坡区域的钻孔难题。项目共投入8台钻机，1个月完成了4个1MW方阵（合计800组，6400孔）的打孔工作，保障了工程质量和进度，施工过程中无钻机安全事故发生。
由于缓坡（小于25°）地形面积有限，随着山地光伏电站的逐步开发，陡坡（大于25°）地形的利用势在必行。同时由于陡坡（大于25°）地形下的光伏组串间距小，具有土地利用率高、单位面积装机容量大及发电量高等优势，可弥补其基础施工费用高的问题。电动支架式潜孔钻机因其机动灵活、环保等特点，可配合不同钻具使用，适应中国大部分地区的地质条件，成为陡坡桩基工程中成孔作业最理想的施工机械。光伏电站建设工期通常比较短，在短时间内既要保障安全，还要保障质量，电动支架式潜孔钻机的应用完全可以满足要求，得到越来越多建设方的认可。因此，电动支架式潜孔钻机具有传统钻机无法比拟的优点，在陡坡桩基工程施工中应用前景广阔。
3.3微型桩的运用
由于基础数量众多，按照施工计划要求，支架基础采用挖掘机开挖，由于机械开挖控制准确性较差，开挖量和开挖面积将比设计工作更大，而且存在较多的渣土清运工程量。采用钢筋混凝土基础，对光伏方阵内的植被破坏较大，不利于植被恢复及环境整治，增大了后期治理难度，增加了环保治理费用。
使用小型的履带式钻孔设备进行冲击造孔，孔径较小，钻孔较浅，对地表植被及土层扰动均很小，而且施工进度，造价更低。在进行微型桩钻孔和埋设作业中，施工对植被造成的破坏几乎可以忽略不计，也无渣土可弃。工程完工投运后，对光伏方阵区域植被进行全面检查，植被基本保持原样，达到了环保的要求。
结语
通过合理选择支架的基础设计，光伏方阵布局做到紧凑、合理、整齐、美观，与周围景观相协调；严格按设计施工，因地制宜高标准做好厂区绿化（包括进厂公路和厂区公路两傍的绿化），切实改善生态环境，树立良好的企业形象。
参考文献
胡昌吉，杨永明，黄健宏，冯昊权.基于Arduino的光伏电站雾霾监测仪设计与制作[J].电子世界，2015（18）.
[2]（日）太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].北京：科学出版社，2006.
作者简介
郑轶昕（1984.2.19），男，汉，北京市，单位：中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，本科，土木工程。
论文作者:郑轶昕
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/14
标签：光伏论文; 支架论文; 电站论文; 基础论文; 山地论文; 钻机论文; 方阵论文; 《电力设备》2017年第6期论文;