摘要：光伏发电作为一种非常重要的可再生的能源，有很广阔的应用前景。光伏支架作为太阳能光伏发电的支撑结构，对于系统的高效率运行及成本的控制有至关重要的作用。光伏支架必须考虑其耐久性、可调性、经济性、施工便利性，文章主要分析了各类光伏支架的适用范围和其特点，并给出光伏支架设计的思路及费用分析。
关键词：光伏发电；可调性；施工便利性；成本分析；施工便利性
我国的可持续性发展规划，到二零贰零年非化石能源将占一次能源比重的百分之十五，太阳能装机的目标到达150GW。德国柏林作为可再生能源应用领域的领先者，从两千年到如今，可再生能源总装机量从占其全部消耗量的百分之五提高到了百分之四十二，到二零五零年的可再生能源使用比例将会提高到百分之八十。
太阳能作为再生能源的主要部分，太阳能发电是一种新型的发电再生能源方式。发展这种太阳能发电，可以调整我国的能源结构和社会经济、推进节能减排等都有重要意义，同时符合我股票的产业政策方向。
一、光伏支架的分类和适用性
1.1光伏支架是一种太阳能电池方阵的支撑结构
对于系统的安全高效运行和成本的控制方面都有很大的作用。太阳电池的方阵在安装上有很多方式，工程的安装方式决定了项目的投资和收益以及后期的各种实施。实际工程采用的方式是固定安装和单轴跟踪、双轴跟走，每种方式都有自己独特的特色。将太阳能电池方阵按照一个固定的角度和位置进行安装是固定安装，这种安装是将一年分为几个时间段，再根据季节通过调节太阳电池方阵倾角的光伏组件支架架构。单轴跟踪的安装方式是将太阳电池方阵安装在一个旋转的轴上面，在运行的时候方阵根据太阳的方向或者高度角中的方向。旋转轴是水平南北向放置、地平面垂直放置或者按照所在的角度进行布置。[1]
1.2这种跟踪太阳方阵沿着两个旋转轴进行运动
角可以根据太阳的角度和高度进行变化，一般情况可以完全追随太阳的角度以实现入射角为零。自动跟踪的系统它的斜面可以最大程度地接受太阳的总辐射。从而将发电量增加。计算得出如果使用水平单轴跟踪方式系统的理论发电量可以提高百分之十五到百分之二十；倘若使用斜单轴的跟踪方式，系统理论发电可增高百分之二十五到百分之三十。如果使用双轴跟踪的方式其发电量可提高百分之三十到百分之三十五。但是实际工作时和预测可能会有所差距，通常实际值会小于预测值。造成这种情况的可能有很多。比如：太阳电池组成件之间的相互投影，跟踪支架运行很难同步等。双轴跟踪的成本费较大，一般高于单轴系统，并且对于占地面积来说也较为广。[1]
1.3 据已建立的工程调研数据来看
安装晶硅类电池组建，倘若是用水平单轴跟踪的方法，系统的实际发电量可以提高百分之十五，倘若采用斜单轴跟踪方式，那么系统的实际发电量可以提高百分之二十。在这种条件下，固定式和自动跟踪式都有各自的优缺点。固定式因为占地面积较为小并且一开始的投资较为低并且支架系统基本上不用另外维护；而自动跟踪式的占地面积较为广并且一开始的投资较为高、需要一定的保护，但是发电量相较于倾角固定式有很大的增高，若是不考虑到后期的维护工作为其增加的成本，使用自动跟踪式运行的光伏电站单位发电的成本会有所降低。采用自动跟踪式支架造价可以进一步降低，其成本的优势非常明显。并且若是较好地解决阵列同步性和减少维修量，自动跟踪系统与别的系统相比更具有市场金真理，特别是在高幅度照射的区域可以获得更高的收获。[3]
二、经济性评价
当下光伏产业降低成本的几个方向在硅材料、高效电池、组建、逆变器等重要部位，以及开展智能运维和加强监控等环节上，其目的在于提高光伏电站发电量，增加收益效率。
光伏阵列支架成本大约占了电站光伏区安装工程费的百分之四十到百分之四十五，所以结合光伏电站业主的使用方式，对于支架系统的投资和运行成本的分析是相当有必要的。文内用固定手动支架和固定支架的经济指标进行比较，给支架的选择提供参考价值。
固定手动可调的支架是一种可以固定支架的改进型，增强了调节和固定结构。根据调节的机构不同有各种方式可供选择。[4]
根据调查显示，固定可调式支架和固定支架相比较，结构性能和使用年限等都满足需要，固定可调式的支架按照每年调整四到八次来算，发电量总提升百分之五至百分之七，投资的成本和运行的成本也有提升，到那时增加的部分成本在三到四年内通过增发的点亮收益进行回收。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从二十五年的电站运行寿命期来看，其投资的回报率还是很高的。
三、对于光伏支架的结构设计
目前的光伏支架多数是采用轻型钢结构和铝合金的结构进行构建。光伏结构分为地面光伏结构、屋顶光伏结构，其中屋顶光伏结构又分为彩钢瓦屋面光伏结构、钢筋混凝土屋面光伏结构。通常情况由于彩钢瓦屋面原设计荷载较小，（钢架一般活荷载取0.3kN/m2，恒载取0.3kN/m2，当地基本风压及0.1kN/m2的检修荷载）为节省结构自重一般采用铝合金结构。钢筋混凝土屋顶光伏结构、地面光伏结构一般采用Q345型钢结构，减少用钢量。
光伏阵列支架结构设计必须考虑的荷载有：恒载、风载、地震荷载、温度作用。设计过程中应对检修荷载进行验算，检修荷载取1kN/m2考虑，取最不利位置布置。
荷载的重现期是二十五年。
根据光伏发电站设计规范(GB-50797-2012），考虑地震荷载工况及不考虑地震荷载工况组合，结合工程实践可知对光伏结构设计起主导作用的荷载是风荷载的作用，风荷载对结构应力的影响可达80~90%，其中主导组合为1.2DL+1.4（WY+WX）+0.6Stk（1.2恒载+1.4风载+0.6温度荷载）荷载组合。
光伏结构设计通常采用midas Gen、SAP2000进行结构分析辅助计算。
结构一般采用极限的状态设计使用标准组合，结构承载能力极限状态的设计采用基本的组合。采用以概率理论为基础的极限状态和方法，使用分项系数的设计表达式进行运算。
在计算荷载的时候主要要检验风荷载组合、雪荷载组合和恒荷载控制效应组合三大类的组合荷载。[5]
4.1 荷载组合
主导控制光伏结构的荷载组合主要有以下2种。
风荷载控制的组合是：S=1.2DL+1.4Wwk+1.4×0.6Stk；雪荷载控制的荷载组合是：S=1.2DL+1.4×0.6Wsk+1.4×0.6Stk；
4.2设计主要控制参数
受压构件容长和细的比为180；受拉构件容许长和细的比为350；柱顶位移动比为：H/150；梁的挠度：L/250。[6]
总结：
光伏发电作为一种重要的再生能源，具有非常广阔的应用前景。光伏支架基础需要考虑技术合理、环境较好、经济可行、和施工具体项目，场地地形地貌等内容设计资料，分析比较各类的光伏支架的基础使用范围和特点，确定本工程光伏支架的基础形式，并给出光伏支架的设计基础思路和投资建设费用分析。光伏阵列支架的设计和选择要根据安全性和耐久性、经济性和安装的便利性，为光伏阵列的可靠安全法典提供了基础的保证。大型的地面电站中支架一般都选用冷弯型钢组成的轻型钢结构，使用了防腐防锈涂料，在防腐防锈上做了措施，以保证二十五年的使用寿命，充分地考虑由于阵列基础平整度偏差和中心线的偏差所要求的支架安装的自适应性。文章通过对比光伏电站固定支架和可调之间安装方式对于电站经济效益的影响。分析得出使用可调支架的安装方式进行安装，对于经济效益有不小的帮助，如果在低纬度或者低海拔的地区，因为可调支架对于发电量的提高不明显，应当使用固定最佳角度的安装方式进行使用。
参考文献：
[1]陈源.光伏支架结构优化设计研究[J].电气应用，2013，17：76-80.
[2]徐彩芝，陆志平.光伏电站支架选型研究探讨[J].内蒙古农业大学学报(自然科学版），2014，06：105-109.
[3]宋浩平.大型并网光伏电站电池组件的选型讨论[J].甘肃水利水电技术，2015，10：53-55.
[4]何文俊，郑少平，周于程.光伏电站支架基础型式对比分析及选型探讨[J].太阳能，2016，01：26-32.
[5]颉栋，颜鲁薪.固定式光伏支架设计[J].中小企业管理与科技(下旬刊），2014，09：230-231.
[6]赵光竹.新疆某光伏电站太阳能资源分析和支架结构设计[J].西北水电，2012，02：87-90.
论文作者:吴鑫
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
标签：支架论文; 光伏论文; 荷载论文; 组合论文; 结构论文; 发电量论文; 电站论文; 《基层建设》2016年第33期论文;