農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電項目施工研究

戚浩明

（中國電建集團(tuán)湖北工程有限公司）

0 引言

目前，受到全球石油價格上升、氣候變化等因素的影響，國際社會對新能源以及可再生能源科學(xué)、合理利用的重視程度提升。太陽能資源成為新能源中利用價值最高的資源，我國作為農(nóng)業(yè)大國，將光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，有助于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。為此，積極探索農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電項目，對提升我國經(jīng)濟(jì)效益和社會效益而言，具有重要的意義。

1 工程概況

以某農(nóng)光互補(bǔ)發(fā)電工程項目為例。該工程中應(yīng)用的電池組件為120 兆瓦、550Wp 單晶雙面光伏組件，采用串式逆變器，集電線路以6 回35kV 架空線與直埋電纜接入。工程地點的平均海拔在60—130m之間，占地面積為2606.07 畝。項目地點交通較為便利，有利于施工順利開展。光伏方陣以鉆孔灌注預(yù)埋樁為主，入土的深度為2500mm，地面外露部分當(dāng)作預(yù)埋樁的護(hù)角。光伏組件使用的是多晶硅，支架為鍍鋅鋼。方陣之間的支架橫縱距離為2.5m、1.8m。

2 工程難點

太陽能作為綠色、可再生型的新能源，采取光伏發(fā)電的方式在節(jié)約煤炭等傳統(tǒng)能源方面有著積極的作用，不僅能夠最大程度減少二氧化碳的排放量，還有著良好的應(yīng)用前景。農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電通過合理安排太陽能發(fā)電板，可實現(xiàn)光伏和農(nóng)業(yè)種植的目的。但在實際的應(yīng)用過程中，該工程的施工難點主要體現(xiàn)在支架高度高、垂直度控制難度大等方面。與此同時，受到外界環(huán)境等因素的影響，光伏組件的插件相對較多，從而影響了實際的連接質(zhì)量。無法保障后續(xù)運行發(fā)電量，成為該工程施工的重點與難點。除此之外，交流與直流線纜的數(shù)量較大，加上施工現(xiàn)場的地形相對負(fù)責(zé)，導(dǎo)致施工過程中的損耗不斷增加。加上工期相對緊張，但施工作業(yè)面擴(kuò)散，整體跨度難度大，在施工組織與質(zhì)量控制上也具有一定的局限性。為保證施工進(jìn)度通常要采取分區(qū)或分段施工的方式，才能保障工程的時效性，如期完成［1］。

3 施工技術(shù)與應(yīng)用

3.1 測量放線

在具體了解施工現(xiàn)場總體布局、工程特點、周圍環(huán)境后，再進(jìn)行坐標(biāo)、閉合導(dǎo)線核算。依據(jù)控制點的建筑軸線放置樁位，將樁位放置于中間位置，為避免樁位發(fā)生位移，在明確樁基位置后立即展開再次核驗，保證樁定位偏差能夠在15mm 內(nèi)。

3.2 土方開挖與回填

在進(jìn)行開挖過程中需要明確開挖方法以及運輸路線，如果在雨季進(jìn)行施工的情況下，應(yīng)做好安全施工管理工作，避免雨水沖刷而造成土壤松動，影響后續(xù)施工。土方回填施工前需要采取基坑開挖的方式進(jìn)行表面的清理與驗收。在回填面上清除樹根或雜草，確保鋪面層清潔、平整，嚴(yán)禁出現(xiàn)凹凸不平問題，采取分層碾壓的方式，及時排出積水。如果天氣較為干燥，則需提前灑水，確保填料含水量合理。當(dāng)雨量高于60mm 時，不得施工。施工過程中嚴(yán)禁集中分布填料材料大小顆粒，應(yīng)采取混合攪拌的方式進(jìn)行填筑［2］。

3.3 技術(shù)應(yīng)用

3.3.1 軸線定位技術(shù)

該工程的鉆孔灌注預(yù)埋樁施工作為光伏系統(tǒng)安裝的重要步驟，安裝質(zhì)量與安裝水平對支架與組件的安裝效果具有重要影響。因此，需要合理安排預(yù)埋樁的位置，該工程采用的是陣列布置，以定位基準(zhǔn)點和拉線控制為主。通過將線控制轉(zhuǎn)為面控制借助直角三角形兩側(cè)垂直原理，使得直角點能夠準(zhǔn)確定位在預(yù)埋樁的上方。將頂點設(shè)為起點并將其固定在地面上，保證兩排樁全部對齊，使得預(yù)埋樁處于同一條軸線中，達(dá)到陣列縱向在同一水平線效果。對于三腳架來說，該工程采用的1200mm 的直角三角形，在三角形的斜邊采用的是30mm*30mm 的方孔管。支腿的焊接長度為450mm，在加固方面有著良好的表現(xiàn)。

3.3.2 垂直度控制技術(shù)

農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電施工主要采用的是支架光伏發(fā)電，支架的下方以耕種養(yǎng)殖為主，為確保上述工作能夠順利開展。該工程將支架的高度設(shè)置在了3m以上，因此，支架也相對較高。而該種方式的難點在于有效控制垂直度。對于支架來說，垂直度的效果影響了基礎(chǔ)鉆孔灌注預(yù)埋樁的具體垂直度。在進(jìn)行基礎(chǔ)鉆孔灌注預(yù)埋樁的施工中，采用的是機(jī)械鉆孔，該機(jī)械鉆孔的孔徑為200mm，孔深為2.5m。鍍鋅鋼管預(yù)埋件的外徑在85mm 左右。通常情況下，孔內(nèi)徑以及樁外徑具有一定的空隙，造成混凝土澆筑定位的不準(zhǔn)確［3］。

受到振動因素的影響，混凝土成形后預(yù)埋樁的垂直度往往無法達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)，極易對下一工序支架的垂直安裝造成不良影響，嚴(yán)重時支架成形效果不佳，但無法進(jìn)行靈活調(diào)整。為避免上述問題的發(fā)生，該工程在預(yù)埋樁垂直度控制方面，選擇了輔助垂直定位工具，采取鉆孔內(nèi)壁以及預(yù)埋樁外壁相互支撐的方式，保障預(yù)埋樁的垂直度，滿足混凝土澆筑要求。該種工具在施工過程中以自上而下套入預(yù)埋樁管的模式，當(dāng)雙環(huán)組件扁鋼支撐件保持與地面平行后，此時的外環(huán)以及機(jī)械成孔內(nèi)壁將緊緊貼合在一起，具有校直的作用，提高預(yù)埋樁的垂直度。更重要的是，雙環(huán)組件能夠重復(fù)性使用，在降低成本方面有著重要意義。與此同時，雙環(huán)組件的定位預(yù)埋樁垂直度控制有助于降低勞動強(qiáng)度，進(jìn)一步提高勞動效率，合理、科學(xué)控制預(yù)埋樁的垂直度。該種控制工具是應(yīng)用鋼板并將其制作成內(nèi)徑為220mm、高度280mm 的套筒，外環(huán)的內(nèi)徑為85mm、高度為280mm。采用該種制作方法的優(yōu)勢在于內(nèi)外環(huán)同心的情況下，上部與下部的支撐效果良好。外環(huán)上部的扁鋼長度為45mm。鉆孔預(yù)埋樁安裝允許偏差以及控制效果如表1所示。

表1 鉆孔預(yù)埋樁安裝允許偏差以及控制效果

3.3.3 檁條接頭錯位技術(shù)

農(nóng)光互補(bǔ)光伏支架的鋼管為熱鍍鋅焊接管，尺寸為D76*3.2，主梁尺寸則為SC50*40.2*2*3.5，傾斜角度為35°。檁條以并排的方式安裝到主梁位置，斜撐使用的也是熱鍍鋅型鋼。在該工程的設(shè)計圖中將檁條的接頭設(shè)計成一條線，該種方式容易出現(xiàn)光伏組件的支架受力點相對集中而發(fā)生變形的現(xiàn)象。一旦時間變長，投運后的組件將不夠平整，后續(xù)發(fā)電不穩(wěn)定。因此，經(jīng)過商議后決定，將原有的并排接頭方式改為錯位結(jié)構(gòu)，極大提高了支架安裝的穩(wěn)定性和可靠性。由于檁條鋼需要從廠家進(jìn)貨，而廠家生產(chǎn)一般采用的是批量生產(chǎn)方式，因此需要提前生產(chǎn)一組支架，并在現(xiàn)場安裝，在符合施工要求才能批量生產(chǎn)。在正式進(jìn)場前還要進(jìn)行再次驗收，分類存放。支架安裝的允許偏差以及控制效果如表2所示。

表2 支架安裝的允許偏差以及控制效果

3.3.4 防塵帽施工技術(shù)

不同的列陣的光伏組件數(shù)量為16 塊，與此同時，光伏組件的插頭為MC4，將其串聯(lián)后插接頭的數(shù)量也隨之變大。需要注意的是，光伏組件安裝時的插頭要做好密封工作，使得接頭連接更加可靠。該工程前期計劃使用薄膜和膠帶封裝的方式，但經(jīng)過操作后發(fā)現(xiàn)該種方式的保護(hù)效果并不理想。因此，經(jīng)過商議后決定采用專用防塵帽，該種方式經(jīng)過實驗得出能夠確保對接插頭密封規(guī)范、可靠。采用專用防塵帽還能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)性利用。在具體應(yīng)用前，可依據(jù)光伏的組件數(shù)量、供貨要求以及安裝效果適度調(diào)節(jié)防塵帽的尺寸和規(guī)格。具體如圖1所示。

圖1 光伏組件MC4插頭專用防塵帽施工

3.3.5 直流線纜敷設(shè)技術(shù)

該農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電項目中使用的逆變器都需要連接15 個光伏組串，不同的組串再由16 塊光伏組件構(gòu)成。光伏組串的直流線纜串采用串聯(lián)方式連接，順著檁條方向敷設(shè)。光伏組件的直流線纜的數(shù)量相對較大，因此在施工時以明敷方式為主，該種方式的局限性在于固定點的均勻性無法保證，觀感也相對凌亂，在整理過程中花費時間較長，工作人員的負(fù)荷也較大。與此同時，方針之間的直流線纜明敷，極易在陽光直射的影響下，絕緣老化速度快，縮短了線纜的使用壽命。

為此，該工程最終選擇了直流線纜隱蔽敷設(shè)方案，通過轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)施工工序、優(yōu)化線路敷設(shè)，達(dá)到直流線纜保護(hù)，延長線路使用壽命的目的。該種施工方案首先需要將線纜敷設(shè)在檁條的內(nèi)部凹槽內(nèi)，及時調(diào)整線纜的敷設(shè)以及光伏組件安裝順序，確保檁條外部整潔、干凈。不同組串之間以立柱直流光伏線纜為主，依據(jù)線纜的具體數(shù)量合理選擇PVC 管套，線纜的面積不得高于保護(hù)管截面積的55%，在穿管保護(hù)過程中能夠最大程度防止陽光直射影響線纜壽命。與此同時，該種方式避免了因線纜凌亂導(dǎo)致后續(xù)光伏發(fā)電不穩(wěn)定。除此之外，在PVC 管適當(dāng)位置要貼上警示標(biāo)識，防止PVC 管被破壞，進(jìn)一步提高施工的品質(zhì)（如圖2所示）。

圖2 光伏組件直流線纜PVC管保護(hù)

3.3.6 接地工藝安裝技術(shù)

不同方陣的兩端光伏組件和支架檁條使用接地連接，不同的方陣兩側(cè)支架立柱和人工接地采用熱鍍鋅扁鋼。在實際應(yīng)用中受到風(fēng)壓影響使得光伏支架與光伏組件發(fā)生振動，接地連接將產(chǎn)生環(huán)形的補(bǔ)償余量，接地效果良好。與此同時，在接地兩端處選擇熱縮帶進(jìn)行密封，壓接點則為機(jī)螺栓，并安裝相應(yīng)的彈簧墊片。支架立柱以及預(yù)埋樁的連接處產(chǎn)生的縫隙利用橡膠圈密封，接地扁鋼處則做好統(tǒng)一安裝，有助于工作人員進(jìn)行日常的檢查。運用雙螺栓平墊片彈簧固定，鍍鋅扁鋼表面涂刷相應(yīng)的標(biāo)識漆［4］。

3.3.7 交流電定位施工技術(shù)

如果電纜在敷設(shè)前缺乏合理、科學(xué)設(shè)計，最終容易造成線纜敷設(shè)位置不準(zhǔn)確，敷設(shè)完成后整體較為雜亂，交叉嚴(yán)重以及損耗過大。為避免上述問題的出現(xiàn)，該工程采用了BIM 技術(shù)與工程施工設(shè)計圖紙相結(jié)合，建立精確的模型后，實現(xiàn)了圖紙、建模的優(yōu)化。將每一根的電纜敷設(shè)位置進(jìn)行了精確的編號，再對編號予以細(xì)致分類，在正式施工中再未發(fā)生電纜交叉、敷設(shè)不合理、損耗嚴(yán)重等問題。進(jìn)一步提升了交流電定位控制水平。

3.4 光功率預(yù)測

光功率預(yù)測作為光伏發(fā)電工程的重要組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)對光伏電站的短期預(yù)測、超短期預(yù)測的效果。在實際的應(yīng)用過程中，可將光功率預(yù)測系統(tǒng)應(yīng)用到光伏電站實時數(shù)據(jù)的采集方面，該種方式有助于降低人工工作量。因此，在開展農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程建設(shè)時，應(yīng)注重光功率預(yù)測的有效應(yīng)用，提高光伏的發(fā)電量，為發(fā)電工程的可持續(xù)應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

總而言之，農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程有助于改善傳統(tǒng)光伏支架低，光伏板下方采光與通風(fēng)效果不佳的問題，從而影響農(nóng)作物的生長。而農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電可實現(xiàn)光伏與特色種植相結(jié)合，進(jìn)一步提高資源的利用效率。近年來，新能源得到普遍的開發(fā)，光伏發(fā)電的應(yīng)用前景也越來越好。因此，通過對農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程的有效研究和探索，創(chuàng)新技術(shù)的同時提升了施工效率，保障了施工質(zhì)量。最大程度實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，極具推廣與應(yīng)用價值。