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丘陵地貌柔性光伏支架施工关键技术

2025-07-19 61 上传者：管理员

摘要：介绍了某大型山地光伏发电厂柔性支架的结构特点，结合实际山体地形，通过调整连续钢架立柱的高度来调整超长张拉索体的空间位置，进而优化组件完成曲面，对比了深化设计前后组件方位角和倾角，表明该深化技术能提高总体的发电效率。

关键词：
信息可视技术
双碳目标
山地柔性支架
曲面拟合
超长索体张拉
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随着双碳目标的日益临近,光伏组件技术持续发展极大降低了太阳能光伏发电的单瓦成本,在国家大力发展清洁能源政策的驱动下,太阳能发电取得飞速发展｡跨度大､地形适应性好的柔性结构体系非常适合浙江这种多山地区,能充分利用丰富的太阳能资源｡但山地柔性支架场地广阔,地势起伏大,结构搬运､施工以及索的张拉难度高｡

本项目位于杭州境内周边山区,总装机容量25MWp,一共分为2个区块,图1为二区地块朝向东南,一共9650块590组件,发电容量为5.69MWp,山体最大倾角26°,地块呈东西走向,南北长286m,东西长144m,光伏板随坡布置光照条件好,发电效率高,但困难在于山体倾角大,地表土深浅不一,部分区块为裸岩状态,施工机械在山间行走容易打滑侧翻发生事故;结构东西方向布置,组件索南北贯通,单根索体长度达到286m,张拉过程中最终预拉力需达到25kN｡

图1二区块组件布置图

1、柔性光伏支架的深化设计技术

1.1柔性支架的结构形式

光伏支架结构体系由柔性张拉索系统和刚性支撑系统组成｡柔性张拉系统由预应力组件索､承重定索､组件连接件等组成;刚性支撑系统由混凝土基础､边侧立柱､中间立柱､连续钢梁及边侧斜向支撑等构成(见图2)｡通过对柔性系统施加一定的预应力后,与边柱､钢梁以及斜撑组成的支架系统形成一个稳定的预应力体系,光伏组件受到平面外荷载作用,预应力钢绞线受力变形,边侧钢立柱和斜撑组成抗侧力体系,中柱承受竖向力｡

图2柔性支架结构示意图

钢梁连续这种形式,结构形成一个整体,为了防止结构整体垮塌,需要在关键位置支撑结构,提高结构的抗倾覆能力｡由于中柱两侧的柔性索内力相对平衡,主要承受的是竖向荷载,因此根据不同部位的受力情况,可以部分抽柱,降低造价提高经济性能｡

这类钢梁连续的结构整体性好,具有极高的防倒塌性能,非常适合在高风压及台风地区,但是施工难度对比钢梁独立的结构要大,技术含量高｡

1.2深化关键技术

区别于传统钢结构的深化技术和内容,柔性光伏支架最后完成的整体结构和施工图中的结构有很大不同｡光伏结构施工图是根据需安装光伏的山体等高线图俗称山势图来设计的,而实际施工时,无论是山势图本来的误差还是施工过程中由于道路､地基的修建过程都会导致施工图纸基础标高和实际标高存在较大偏差,这就会导致两种结果:

1)结构完成后,上部组件索的位置和原施工图有较大偏差,严重影响光伏发电效率｡

2)为了保证上部光伏板和原设计的一致性,需要改变立柱的高度,由于山地光伏的一个特点是场地大､高差变化大,所以部分立柱的高度会很大｡

光伏组件的发电效率很大程度上取决于组件安装的方位角和倾角的组合[1],由于山地光伏的特殊性,柔性支架的深化过程是重构组件列阵的过程,也是最终决定整个光伏发电厂发电效率的最关键一环｡

本文以图3中的A区块为例,一共2628块组件,通过优化结构拟合最佳方位角和倾角组合技术,得到一组光伏组件组成的曲面,对比原设计按照山势随坡布置组件曲面,如图3所示,其中图3(a)为原设计随坡布置的组件完成面,图3(b)为经过深化设计后组件完成面,直观上图3(b)比图3(a)光滑｡在实际工程中,往往光伏结构下面需要设置检修通道,这些通道有净空高度要求,对结构的要求会更加复杂｡

图3A区块组件完成曲面图

光伏组件安装在施加了预应力的超长索体上面,优化过程原则上按照原设计的总体结构,根据山体上桩位的实际测量标高,以及场区内道路情况,调整连续钢架的立柱高度,得到一组组件曲面,然后运用自主开发的程序快速计算所有组件的方位角和倾角组合,并按不同朝向分类统计,反复调整得到一个相对优化的组合方案｡

图4,图5分别为原设计随坡组件和经过优化拟合后组件的方位角和倾角的点状分布图,横坐标为组件方位角,纵坐标为组件倾角,山地柔性支架光伏布置难免会出现组件朝北的情况,但是由于场址位于北半球,存在太阳高度角的原因,朝北的组件也能受到太阳光照,但发电效率会有所降低｡当方位角在-90°~180°及90°~180°,表示组件朝北,朝北组件倾角越小,光照效应越好;当方位角在-90°~90°,表示组件朝南,朝南组件倾角越接近最佳倾角,光照效应越好[2]｡

图4原设计组件方位角和倾角的点状分布图

图5深化设计后组件方位角和倾角的点状分布图

对图4,图5两个点位分布图的数据结合影响组件发电效率的关键方位角和倾角进行分类,分为西北向､东北向和南向三类｡对西北和东北向的组件,其发电效率近似和倾角成反比;对南向组件,其发电效率与倾角成非线性关系,在最佳倾角约23°处发电效率最高｡对2628块组件进行统计,比较原设计和深化后的结果,见表1,归纳出以下特点:1)经过深化设计后朝北组件从原设计的197块(含西北､东北)减少到42块,数量明显减少;2)朝南组件倾角接近最佳倾角23°的基本不变;3)朝北组件倾角减小｡综合以上因素,深化设计后在考虑道路净高要求的前提下,发电效率比原设计还略有提高｡

表1组件朝向统计表

2、超长索体张拉技术

钢绞线采用1860级φs12.7高强低松弛无粘结钢绞线,单根钢绞线预拉力为30kN;性能应满足规范GB/T5224—2014预应力混凝土用钢绞线[3]的相关要求,施工前应检查钢绞线不得有死弯,有死弯则必须切除｡

张拉之前必须保证边梁､中梁连接节点中心同心[4]｡预应力梁孔道留置准确,连接节点板及钢绞线夹板夹紧力及强度同时满足要求,两侧挤压锚及张拉锚具应符合设计要求,挤压锚挤压后钢绞线外端应有足够长度,露出挤压套筒长度应为2mm~5mm｡

2.1张拉顺序

预应力施加顺序:

2.2钢绞线的张拉伸长值

预应力钢绞线的张拉伸长量可按式(1)计算[5]:

其中,Pj为单根钢绞线的平均张拉力;Ap为单根钢绞线截面面积;Es为钢绞线弹性模量;LT为钢绞线的长度｡

根据公式计算286m长的钢绞线伸长量为:

实际施工过程中其伸长量与计算伸长量会有一定的偏差,应该把偏差控制在伸长量的-6%~+6%之内,张拉过程中张拉锚回缩量应控制在6mm~8mm范围内｡

3、工程施工信息化技术

山地光伏的特点是量大面广,本工程总占地面积约20hm2,由于山地的起伏不同,尽管采用了模块化设计,还是存在大量不同构件,材料运输及现场分发过程中发生错误｡在施工过程中引入信息化管理方法,通过信息化技术平台来统筹生产､运输及施工过程,保证整个流程高效､畅通｡

开发钢结构工程信息化管理平台的主要目的是打通工程信息壁垒,通过二维码把构件流转在每个环节的信息上传到系统平台,各个环节上的人员通过登录平台,查阅其需要的相关信息,实现工厂和施工现场的信息互通｡图6为自主开发的信息化管理平台上展现的平面进度模块,上报的数据自动传入数据库并驱动模型自动变更,以不同的颜色表达区域中每个构件的生产､运输及安装状态,实现每个构件的进度状态可视化｡

图6可视化平面进度

信息化管理平台还包括计划模块及材料管理模块,计划模块实现了两个联动:工厂加工计划与现场施工计划的联动;区块计划和具体每个构件的联动｡第一个联动很好地解决了困扰工程项目的计划变更问题,实际工程中经常会因为各种原因,现场要调整计划甚至变更,平台提供的构件实时加工信息,为调整和变更提供参考,减少各种不必要的损失,另外,现场调整计划实时呈现在平台里,后台加工可以第一时间调整加工计划｡第二个联动解决了工程计划的每个调整,通过平台程序自动落实到每个构件的计划中｡

针对山地柔性支架的施工特殊情况,场地内的材料运输极不方便,运用信息管理的方式,解决了以往常常因为缺少部分构件而需要把整条轴线停下来等待的情况,极大地降低施工成本､提高效率｡

4、结语

1)大型山地柔性支架施工前的深化过程对光伏组件的发电效率的影响不容忽视,通过调整立柱钢架高度,快速计算出组件方位角和倾角组合,重复调整再计算,该技术能较好地拟合出最佳发电效率的组件曲面｡

2)连续大跨超长索体的张拉,过程中合理的预应力施加顺序以及索体伸长量的精确控制可以有效防止张拉过程中结构的整体垮塌｡

3)信息可视技术可以把构件在各个环节中的进程可视化,应用在场地广阔､环境复杂的柔性支架施工过程中,极大地提高施工效率｡

参考文献:

[1]王建辉.山地光伏不同方位角总图布置方案优化分析[J].能源科技,2024(4):60-64.

[2]杨彪,陈勇.山地光伏阴影模型几何分析[J].通信电源技术,2023(6):38-40.

[3]周强.桥梁施工设计中预应力钢结构研究[J].山西建筑,2018,44(3):156-157.

[4]陆锡麟.预应力钢结构技术讲座[J].钢结构,1998(4):54-59.

[5]中交第一公路工程局有限公司.公路桥涵施工技术规范:JTG/TF50—2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

文章来源:瞿潮涌,杨红,寿建军,等.丘陵地貌柔性光伏支架施工关键技术[J].山西建筑,2025,51(15):94-97.