千斤頂可調支架在大型光伏電站中的應用

■ 何懼姚一波白榮麗（.特變電工新疆新能源股份有限公司；.中國船舶重工集團西安第七O五研究所海源測控技術有限公司）

千斤頂可調支架在大型光伏電站中的應用

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（1.特變電工新疆新能源股份有限公司；2.中國船舶重工集團西安第七O五研究所海源測控技術有限公司）

結合單排千斤頂可調支架在大唐哈密東南部山口50 MWp光伏并網發電工程項目中的應用，從應用概況、結構設計、間距計算等方面展開論述，詳細介紹千斤頂可調支架的工作原理、材質、傾角設計、結構設計和間距計算。

千斤頂可調支架；結構；光伏電站

0　引言

隨著光伏電站的大規模發展，如何提高發電量已成為研究者關注的熱點。固定可調式支架是一種按照太陽在各季節的高度角差異，可對陣列傾角進行調節的光伏支架。它在固定支架的基礎上額外增加一個支架角度調節裝置，通過調節傾角變化，從而增加年平均日照時數；其優勢在于可提高傾斜面上接收到的太陽輻射量，從而提高發電量。

1　工程簡介

本項目位于新疆哈密市東南部120 km處。項目所在地日照時間長，太陽能資源豐富。本項目總容量為55 MWp，全部采用310 Wp多晶硅組件。

2　千斤頂可調支架設計

2.1主要設計參數

組件尺寸為1956 mm × 992 mm × 40 mm；組件重量為27 kg；最大風速為40 m/s；組件安裝采用縱向1×18陣列安裝，18塊組件為一個單元，采用單排千斤頂可調鋼支架。

2.2千斤頂式可調支架工作原理

圖1　千斤頂式可調支架工作原理圖

本項目采用的千斤頂式可調支架由若干支撐立柱和轉動梁組成。在每個支撐立柱上都設有剪式千斤頂，支撐立柱固定在地基上；剪式千斤頂的下端經支撐鉸接件與支撐立柱中部連接，上端經鉸接件與轉動梁中間的一側連接；轉動梁的中部經鉸接件與支撐立柱上端連接，轉動梁上固定若干光伏組件支撐梁，在光伏組件支撐梁上安裝若干光伏組件。若干剪式千斤頂的絲桿經傳動軸連接，外側的剪式千斤頂絲桿的一端連接傳動軸，另一端裝有搖把，轉動搖把可帶動全部剪式千斤頂的絲桿同步轉動使剪式千斤頂上升或下降，由此可帶動轉動梁相應轉動，使光伏組件轉動就可調節光伏組件朝向太陽的角度。

2.3千斤頂式可調支架材質要求

鋼支架材料采用Q235B，鍍鋅層厚度不小于65 μm，鋁型材選用6063-T5材料，緊固件選用普通粗制螺栓，8.8級，熱鍍鋅處理。

2.4千斤頂式可調支架傾角設計

光伏組件的安裝傾角對光伏發電系統的效率影響較大，本項目采用千斤頂式可調支架，通過通過計算可得，一年調節2次、4次、6次，調節后每月的傾角如表1所示。

表1　調節次數與各月傾角對照表

由表1各月對應的傾角進行發電量計算，可以得出，達到最佳調節次數以后，再增加調節次數，發電量提升幅度越來越小。從調節成本和增加發電量收益等多方面綜合對比分析，每年調節4次綜合效益最好，因此，本項目采用一年調節4次的方案。

2.5單排、雙排支架結構對比分析

本項目采用310 Wp多晶硅光伏組件，現階段可調支架組件安裝方式主要有雙排縱向2×9陣列和單排縱向1×18陣列。本項目主要從以下幾個方面進行對比分析，最終確定采用單排縱向1×18陣列千斤頂可調支架。

2.5.1支架穩定性對比分析

雙排縱向2×9陣列，組件斜面安裝長度為3920 mm，當支架調節至最大傾角59°時，組件最高點的離地高度為3802 mm。而本項目所在地東南山口風速達到40 m/s，若組件離地高度過高，會存在一定的風險隱患。同時，采用雙排縱向2×9陣列安裝，支架結構形式復雜，支架整體穩定性較差，調節難度加大，且不利于電站后期的運行維護。鑒于上述種種不利因素，本項目采用單排豎向1×18陣列形式，這種形式組件斜面安裝長度為1960 mm，當支架調節至最大傾角59°時，組件最高點的離地高度為2091 mm，僅為雙排2×9陣列離地高度的一半，不僅可以降低組件被大風吹落的風險，還能夠保證支架的整體穩定性。

2.5.2組件隱裂控制對比分析

在光伏組件生產使用過程中，隱裂可以說是最具破壞力的缺陷之一，造成的危害也是多方面的，造成的損失很難評估和預測。工人安裝、清洗過程中操作不規范是造成組件隱裂產生的重要因素。采用2×9陣列支架，會存在組件安裝時施工人員踩踏在組件上施工的情形；若采用1×18陣列，組件最高點離地高度為2.091 m，完全可以避免組件安裝踩踏所導致的組件隱裂現象。

2.6單排千斤頂式可調支架結構設計

單排1×18陣列千斤頂式可調支架主要由立柱、千斤頂支座、千斤頂、斜梁、檁條、傳動軸等組成，19°和59°支架結構圖如圖2和圖3所示。

圖2　單排1×18陣列59°側視圖(單位：mm)

圖3　單排1×18陣列19°側視圖(單位：mm)

3　支架間距計算

當陽光照射到第一組方陣的頂點即A點，它在第二組方陣的投影點A1應不高于第二組方陣的最低點，即不得遮擋第二組方陣的太陽電池板，現從以下兩種情況來計算。

第一種情況，支架傾角調節為最小角度19°時，如圖4所示。根據電站所處位置的緯度，取太陽入射角最小的數值，即處于冬至日8:30～16:30之間進行計算，當入射角最小時，第一組方陣所形成的陰影最大，即前后排的距離最長。

圖4　支架19°度傾角時間距示意圖

根據GB 50797-2012《光伏發電站設計規范》中有關光伏方陣陣列間距或可能遮擋物與方陣底邊垂直距離的計算公式，距離應不小于L[2]：

L=0.707H/tan[arcsin(0.648 φ-0.399sin φ)](1)

式中，φ為緯度(在北半球為正、南半球為負)；H為光伏方陣陣列或可能遮擋物高度。

將φ=40.87°、H=0.638 m代入式(1)可得L=2.2 m。因此支架傾角調節為19°時，間距A點與A1點在地面的投影距離選取2.2 m即可不被遮擋。

第二種情況，支架傾角調節為59°時，如圖5所示。經計算，間距L=5.8 m，因此，支架傾角調節為59°時，間距選取5.8 m即可不被遮擋。

圖5　支架59°度傾角時間距示意圖

由于光伏電站傾角設計需滿足全年光伏組件不被遮擋。因此，間距選取前后排間距較大值5.8 m。

4　結束語

固定可調支架的應用可以提高光伏電站的發電量，但隨著調節次數的增加，人工成本也相應增加。本項目采用的千斤頂可調支架可在0°～60°范圍內實現各個角度精確可調，但在實際設計過程中，應該將增加的發電量效益與調節成本進行對比分析，綜合考慮后確定最佳調節次數，有利于獲得最大的經濟效益。

2015-11-20

買發軍(1987—)，男，本科，主要從事光伏系統集成的設計與研究。maifajun3410@163.com

[1] GB/T 13912-2002，金屬覆蓋層鋼鐵制件熱浸鍍鋅層技術要求及實驗方法[S].

[2] GB 50797-2012，光伏發電站設計規范[S].