趙 海 軍

(山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概況

某山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程由光伏方陣、組串逆變器、匯流箱、升壓變壓器、集電線路、升壓站等組成。工程位于山頂荒山荒地，設(shè)防按照風(fēng)壓0.31 kN/m2，雪壓0.26 kN/m2，抗震烈度6度，地震加速度0.05g。光伏方陣基礎(chǔ)采用鉆孔灌注預(yù)埋樁，鉆孔深度2.5 m，孔徑250 mm，樁長(zhǎng)2 650 mm，入土深度2 500 mm，地面以上外露150 mm作為預(yù)埋樁護(hù)腳。光伏組件采用優(yōu)質(zhì)多晶硅(345P)，外形尺寸1 960 mm×992 mm×35 mm，2×9陣列布置。光伏支架體系為成套鍍鋅構(gòu)件，現(xiàn)場(chǎng)裝配化安裝，鍍鋅層厚度不小于65 μm，滲鋅工藝滿足25年正常使用要求，每一個(gè)方陣的支架立柱縱向和橫向距離分別為1.9 m和2.8 m，前后排立柱高度分別為2.5 m和3.57 m，主梁傾斜角33°，前后陣列間距8.8 m，共組成4 223個(gè)方陣。

2 工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

1)太陽(yáng)能是綠色、清潔、可再生能源。光伏發(fā)電可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤資源，減少CO2排放量，具有廣泛的應(yīng)用前景。

2)山地農(nóng)光互補(bǔ)形式是以保護(hù)原有梯田地貌為前提進(jìn)行排布設(shè)計(jì)，對(duì)山地綜合利用，實(shí)現(xiàn)“光伏+農(nóng)業(yè)種植”疊加效應(yīng)，特點(diǎn)是支架比較高，支架垂直度控制難度大。

3)山頂風(fēng)大、粉塵大，光伏組件插接頭多，成品保護(hù)直接影響到連接質(zhì)量，甚至影響到運(yùn)行發(fā)電量，是施工控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

4)交直流線纜數(shù)量大，荒山地形復(fù)雜，降低損耗是控制施工成本的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

5)工期緊張，作業(yè)面分散，跨度大，施工組織和質(zhì)量控制難度大，需要分區(qū)、分段施工，按期并網(wǎng)發(fā)電具有重要意義和時(shí)效性。

3 施工工藝流程

材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)→鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)→光伏支架安裝→光伏組件安裝→逆變器、匯流箱安裝→變壓器安裝→交直流線纜敷設(shè)→接地連接→送電調(diào)試。

4 施工關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

4.1 鉆孔灌注預(yù)埋樁軸線定位控制技術(shù)

鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)是光伏系統(tǒng)安裝的關(guān)鍵工序，其安裝質(zhì)量直接決定后續(xù)支架及組件安裝的成形效果。預(yù)埋樁呈陣列布置，通常施工采用定位基準(zhǔn)點(diǎn)、拉線控制的方法，由于每個(gè)陣列的縱橫向分別拉線，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)橫向一條線、縱向有偏差的問(wèn)題。

采用軸線定位控制技術(shù)的思路是把“線”控制改進(jìn)為“面”控制，通過(guò)制作一種“三角架”，利用等腰直角三角形，兩邊垂直且相等的原理，將直角點(diǎn)置于第一排預(yù)埋樁中心點(diǎn)上方，一邊與一側(cè)平行，另一邊頂點(diǎn)便是另一排預(yù)埋樁的起點(diǎn)，將其固定在地上，做到兩排樁對(duì)齊，確保了預(yù)埋樁在同一軸線，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)陣列橫向和縱向均一條線布置。

“三角架”控制工具采用40 mm×20 mm方管制作形成邊長(zhǎng)1 500 mm的等腰直角三角形，斜邊中點(diǎn)至直角焊接一根20 mm×20 mm方管；采用φ12圓鋼在其各個(gè)頂點(diǎn)焊接長(zhǎng)500 mm的支腿，起加固作用(如圖1所示)。

4.2 鉆孔灌注預(yù)埋樁垂直度控制技術(shù)

山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電形式是支架上光伏發(fā)電，支架下農(nóng)業(yè)耕作和養(yǎng)殖，支架高度2.5 m及以上，支架比較高，垂直度控制是重點(diǎn)和難點(diǎn)。支架垂直度控制效果在很大程度上決定于基礎(chǔ)鉆孔灌注預(yù)埋樁的成形垂直度?；A(chǔ)鉆孔灌注預(yù)埋樁施工順序?yàn)橄葯C(jī)械鉆孔，孔徑φ250 mm，孔深2.65 m，然后安裝外徑為φ89 mm的鍍鋅鋼管預(yù)埋樁，由于孔的內(nèi)徑和樁的外徑存在間隙，通常施工在澆筑混凝土過(guò)程中缺少有效定位，由于振動(dòng)等原因，會(huì)出現(xiàn)混凝土成形后部分預(yù)埋樁垂直度達(dá)不到要求的問(wèn)題，給下一道工序支架垂直安裝造成了很大困難，甚至導(dǎo)致支架安裝成形效果不好，無(wú)法調(diào)節(jié)的遺憾。此項(xiàng)預(yù)埋樁垂直度控制技術(shù)的思路是發(fā)明一種預(yù)埋樁安裝過(guò)程中輔助垂直定位的工具，以鉆孔內(nèi)壁和預(yù)埋樁外壁為相互作用支撐點(diǎn)，用有效限位的方法保證預(yù)埋樁在澆筑混凝土過(guò)程中的垂直度。此種相互作用支撐的工具為一種具有兩個(gè)套筒的“雙環(huán)組件”，使用時(shí)從上往下套入預(yù)埋樁管，直至雙環(huán)組件的扁鋼支撐件與地面水平，放置到位后，外環(huán)與機(jī)械成孔的內(nèi)壁貼緊起到支撐作用，內(nèi)環(huán)與預(yù)埋樁管的外壁貼緊起到校直的作用，通過(guò)定位工具的使用，做到了外環(huán)、內(nèi)環(huán)、預(yù)埋樁管三者中心合一，確保了預(yù)埋樁管垂直度。雙環(huán)組件可重復(fù)循環(huán)使用。采用“雙環(huán)組件”定位預(yù)埋樁垂直度控制技術(shù)，減小勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，確保預(yù)埋樁在澆筑混凝土過(guò)程中的垂直度得到有效控制。

“雙環(huán)組件”控制工具是采用δ2 mm鋼板制作一根內(nèi)徑為250 mm、高度為300 mm的套筒，作為外環(huán)，采用δ2 mm鋼板制作一根內(nèi)徑為89 mm、高度為300 mm的套筒，作為內(nèi)環(huán)，在確保內(nèi)外環(huán)同心的情況下，在內(nèi)外環(huán)之間的上部和下部焊接φ12圓鋼做縱向和橫向支撐；在外環(huán)的上部外側(cè)焊接長(zhǎng)度為50 mm的40×4扁鋼作為此工具與地面的支撐件(如圖2所示)。

鉆孔灌注預(yù)埋樁安裝允許偏差及控制效果見(jiàn)表1。

表1 鉆孔灌注預(yù)埋樁安裝允許偏差及控制效果

4.3 光伏支架檁條接頭錯(cuò)位設(shè)置穩(wěn)定性安裝技術(shù)

光伏支架前后立柱采用熱鍍鋅焊接鋼管D76×3.5；主梁采用SC52×41.3×2.5×3.2，傾斜角度33°安裝；檁條采用SC62×41.3×2.2×4.5并排安裝在主梁上；斜撐采用L50×2.5熱鍍鋅型鋼對(duì)立柱進(jìn)行支撐。

設(shè)計(jì)圖紙中并排檁條的接頭呈一條線布置，容易造成光伏組件安裝后支架受力點(diǎn)集中而產(chǎn)生變形，長(zhǎng)期受壓導(dǎo)致投運(yùn)后組件出現(xiàn)不平整，影響發(fā)電的問(wèn)題出現(xiàn)。

采用檁條接頭錯(cuò)位設(shè)置穩(wěn)定性技術(shù)是借鑒“錯(cuò)縫”結(jié)構(gòu)受力原理，把檁條連接件“一條線”布置優(yōu)化為交叉錯(cuò)位，提高支架安裝的穩(wěn)定性。

圖紙優(yōu)化須經(jīng)過(guò)原設(shè)計(jì)單位同意，根據(jù)優(yōu)化圖紙編制材料采購(gòu)計(jì)劃。檁條鋼構(gòu)件供貨廠家批量生產(chǎn)前，必須先生產(chǎn)出一組支架，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試安裝，確定完全符合要求后方可批量生產(chǎn)。嚴(yán)格進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，分類(lèi)存放，安裝過(guò)程中安裝優(yōu)化圖紙合理組合，在沒(méi)有采取加固及校正措施前，不得進(jìn)行螺栓的終擰。

支架安裝允許偏差及控制效果見(jiàn)表2。

表2 支架安裝允許偏差及控制效果

光伏組件安裝允許偏差及控制效果見(jiàn)表3。

表3 光伏組件安裝允許偏差及控制效果

4.4 光伏組件MC4插頭專(zhuān)用防塵帽施工技術(shù)

每個(gè)陣列由18塊光伏組件組成，光伏組件之間采用MC4專(zhuān)用插接頭串聯(lián)連接，共形成4 223個(gè)陣列，插接頭數(shù)量大。光伏組件在安裝過(guò)程中必須對(duì)MC4插頭采取有效措施密封保護(hù)，以保證接頭的清潔和連接的可靠性。通常施工采用薄膜+膠帶紙包封，保護(hù)效果與工人責(zé)任心有直接關(guān)系，保護(hù)效果不理想(見(jiàn)圖3)。

結(jié)合山地環(huán)境施工現(xiàn)場(chǎng)粉塵比較大的特點(diǎn)，必須做到對(duì)插接頭的密封保護(hù)更加規(guī)范、安全、可靠，經(jīng)研究調(diào)查決定采用“專(zhuān)用防塵帽”進(jìn)行保護(hù)，做到配套嚴(yán)密且可以重復(fù)利用。

“專(zhuān)用防塵帽”需要在光伏組件訂貨的技術(shù)要求中明確提出，由生產(chǎn)廠家成套供應(yīng)。結(jié)合光伏組件數(shù)量大，分批次供貨，而專(zhuān)用防塵帽的使用是在供貨、安裝、接線期間，接線之后即可回收重復(fù)利用，故可根據(jù)光伏組件的整體數(shù)量、供貨批次、安裝進(jìn)度對(duì)防塵帽做適量的采購(gòu)。

4.5 直流線纜隱藏式敷設(shè)技術(shù)

每臺(tái)逆變器連接16個(gè)光伏組串，每個(gè)組串由18塊光伏組件組成，光伏組串之間直流線纜串聯(lián)連接，沿檁條敷設(shè)，沿支架立柱引下后直埋敷設(shè)至逆變器直流側(cè)。

由于光伏組件直流線纜根數(shù)多，通常施工時(shí)順著檁條明敷設(shè)，固定點(diǎn)不均勻，觀感比較零亂，整理費(fèi)工費(fèi)時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大；方陣與方陣之間和沿立柱引下部分的明敷設(shè)直流線纜，容易受到陽(yáng)光直射，絕緣加速老化容易降低使用壽命。

采用直流線纜隱蔽式敷設(shè)技術(shù)的思路是改變傳統(tǒng)施工工序，優(yōu)化線路敷設(shè)方式，起到對(duì)直流線纜的保護(hù)作用。具體做法為：沿檁條明敷設(shè)部分優(yōu)化為敷設(shè)在檁條槽內(nèi)，如此需要調(diào)整線纜敷設(shè)和光伏組件安裝的先后工序，敷設(shè)效果可以達(dá)到整潔美觀；組串之間及沿立柱引下直流光伏線纜，根據(jù)線纜的根數(shù)選擇相應(yīng)直徑的PVC管保護(hù)，做到線纜截面不大于保護(hù)管截面積的60%，穿管保護(hù)有效避免了陽(yáng)光直射對(duì)線纜絕緣造成的傷害，也避免了線纜零亂布置的問(wèn)題出現(xiàn)，同時(shí)在豎向PVC管視線高度位置粘貼黃黑相間色警示標(biāo)識(shí)，明顯提升施工品質(zhì)(見(jiàn)圖4)。

4.6 交流電纜編號(hào)定位施工技術(shù)

電纜敷設(shè)因敷設(shè)前策劃不細(xì)致、不到位而造成敷設(shè)中沒(méi)有先后順序、沒(méi)有明確定位，敷設(shè)后造成雜亂、交叉及損耗過(guò)大等問(wèn)題。

采用BIM技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建模，碰撞檢查并優(yōu)化，對(duì)每一根電纜敷設(shè)位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位和編號(hào)(如圖5所示)。電纜采購(gòu)計(jì)劃中對(duì)編號(hào)進(jìn)行分類(lèi)整理，電纜預(yù)制加工及安裝全過(guò)程按照電纜編號(hào)搭接下料與裝配化有序施工，實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)無(wú)交叉，施工損耗有效可控的效果。

4.7 接地工藝安裝技術(shù)

每一個(gè)方陣兩端的兩塊光伏組件與支架檁條采用黃綠色BVR16 mm2接地連接；每一個(gè)方陣兩端的支架立柱與人工接地體采用熱鍍鋅扁鋼-40×4連接。

考慮到風(fēng)壓造成光伏支架和光伏組件的振動(dòng)，黃綠雙色接地線設(shè)置連續(xù)環(huán)形補(bǔ)償余量，既科學(xué)合理又美觀大方，接地線兩端壓線鼻子并搪錫，線鼻子端部采用熱縮帶密封，壓接點(diǎn)采用機(jī)螺栓，平墊片、彈簧墊片設(shè)置齊全。

支架立柱與預(yù)埋樁連接縫隙采用橡膠圈密封防雨水灌入，接地扁鋼安裝位置統(tǒng)一安裝在便于人員視覺(jué)檢修的一側(cè)，采用雙螺栓加平墊片彈簧墊片可靠固定，鍍鋅扁鋼表面涂刷直道黃綠相間標(biāo)識(shí)漆。

5 結(jié)語(yǔ)

山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電系統(tǒng)解決了傳統(tǒng)光伏支架比較低，光伏板下采光和通風(fēng)透氣性不佳，對(duì)光伏板下的植物生長(zhǎng)造成一定程度影響的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)“光伏+特色種植”，最大限度地利用山地資源二次收益，隨著新能源的發(fā)展，必將具有更加廣闊的應(yīng)用空間。

依托工程實(shí)踐，開(kāi)展山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程施工技術(shù)研究及應(yīng)用，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，提高了施工效率，提升了施工質(zhì)量，獲得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。