■ 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(shù)有限公司）

千斤頂可調(diào)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(shù)有限公司）

結(jié)合單排千斤頂可調(diào)支架在大唐哈密東南部山口50 MWp光伏并網(wǎng)發(fā)電工程項目中的應用，從應用概況、結(jié)構(gòu)設(shè)計、間距計算等方面展開論述，詳細介紹千斤頂可調(diào)支架的工作原理、材質(zhì)、傾角設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和間距計算。

千斤頂可調(diào)支架；結(jié)構(gòu)；光伏電站

0　引言

隨著光伏電站的大規(guī)模發(fā)展，如何提高發(fā)電量已成為研究者關(guān)注的熱點。固定可調(diào)式支架是一種按照太陽在各季節(jié)的高度角差異，可對陣列傾角進行調(diào)節(jié)的光伏支架。它在固定支架的基礎(chǔ)上額外增加一個支架角度調(diào)節(jié)裝置，通過調(diào)節(jié)傾角變化，從而增加年平均日照時數(shù)；其優(yōu)勢在于可提高傾斜面上接收到的太陽輻射量，從而提高發(fā)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?cè)萘繛?5 MWp，全部采用310 Wp多晶硅組件。

2　千斤頂可調(diào)支架設(shè)計

2.1主要設(shè)計參數(shù)

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(diào)鋼支架。

2.2千斤頂式可調(diào)支架工作原理

圖1　千斤頂式可調(diào)支架工作原理圖

本項目采用的千斤頂式可調(diào)支架由若干支撐立柱和轉(zhuǎn)動梁組成。在每個支撐立柱上都設(shè)有剪式千斤頂，支撐立柱固定在地基上；剪式千斤頂?shù)南露私?jīng)支撐鉸接件與支撐立柱中部連接，上端經(jīng)鉸接件與轉(zhuǎn)動梁中間的一側(cè)連接；轉(zhuǎn)動梁的中部經(jīng)鉸接件與支撐立柱上端連接，轉(zhuǎn)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?shù)慕z桿經(jīng)傳動軸連接，外側(cè)的剪式千斤頂絲桿的一端連接傳動軸，另一端裝有搖把，轉(zhuǎn)動搖把可帶動全部剪式千斤頂?shù)慕z桿同步轉(zhuǎn)動使剪式千斤頂上升或下降，由此可帶動轉(zhuǎn)動梁相應轉(zhuǎn)動，使光伏組件轉(zhuǎn)動就可調(diào)節(jié)光伏組件朝向太陽的角度。

2.3千斤頂式可調(diào)支架材質(zhì)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(diào)支架傾角設(shè)計

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

表1　調(diào)節(jié)次數(shù)與各月傾角對照表

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

2.5單排、雙排支架結(jié)構(gòu)對比分析

本項目采用310 Wp多晶硅光伏組件，現(xiàn)階段可調(diào)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(diào)支架。

2.5.1支架穩(wěn)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(diào)節(jié)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(jié)構(gòu)形式復雜，支架整體穩(wěn)定性較差，調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(wěn)定性。

2.5.2組件隱裂控制對比分析

在光伏組件生產(chǎn)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(guī)范是造成組件隱裂產(chǎn)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(xiàn)象。

2.6單排千斤頂式可調(diào)支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

單排1×18陣列千斤頂式可調(diào)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(jié)構(gòu)圖如圖2和圖3所示。

圖2　單排1×18陣列59°側(cè)視圖(單位：mm)

圖3　單排1×18陣列19°側(cè)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(xiàn)從以下兩種情況來計算。

第一種情況，支架傾角調(diào)節(jié)為最小角度19°時，如圖4所示。根據(jù)電站所處位置的緯度，取太陽入射角最小的數(shù)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(jù)GB 50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)為59°時，如圖5所示。經(jīng)計算，間距L=5.8 m，因此，支架傾角調(diào)節(jié)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(shè)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(jié)束語

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

2015-11-20

買發(fā)軍(1987—)，男，本科，主要從事光伏系統(tǒng)集成的設(shè)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(shù)要求及實驗方法[S].

[2] GB 50797-2012，光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范[S].