支架设计,教学支架设计

光伏支架作为光伏电站重要的组成部分，它承载着光伏电站的发电主体。支架的选择直接影响着光伏组件的运行安全、破损率及建设投资，选择合适的光伏支架不但能降低工程造价，也会减少后期养护成本。

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光伏支架类型

根据材料分类

根据光伏支架主要受力杆件所采用材料的不同，可将其分为铝合金支架、钢支架以及非金属支架，其中非金属支架使用较少，而铝合金支架和钢支架各有特点。

根据安装方式分类

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固定式光伏支架介绍

光伏阵列不随太阳入射角变化而转动，以固定的方式接收太阳辐射。根据倾角设定情况可以分为：最佳倾角固定式、斜屋面固定式和倾角可调固定式。

最佳倾角固定式

先计算出当地最佳安装倾角，而后全部阵列采用该倾角固定安装，目前在平顶屋面电站和地面电站广泛使用。

1）平顶屋面-混凝土基础支架

平顶屋面混凝土基础支架是目前平屋面电站中最常用的安装形式，根据基础的形式可以分为条形基础和独立基础；支架支撑柱与基础的连接方式可以通过地脚螺栓连接或者直接将支撑柱嵌入混凝土基础。

优点：抗风能力好，可靠性强，不破坏屋面防水结构。

缺点：需要先制作好混凝土基础，并养护到足够强度才能进行后续支架安装，施工周期较长。

2）平顶屋面-混凝土压载支架

优点：混凝土压载支架施工方式简单，可在制作配重块时同时进行支架安装，节省施工时间。

缺点：混凝土压载支架抗风能力相对较差，设计配重块重量时需要充分考虑到当地最大风力。

3）地面电站-混凝土基础支架

地面电站混凝土基础支架多种多样，根据不用的项目地质情况，可选择对应的安装方式，以下主要介绍现浇钢筋混凝土基础、独立及条形混凝土基础、预制混凝土空心柱基础等几种最常见的混凝土基础安装形式。

现浇钢筋混凝土基础

根据基础形式不同，现浇钢筋混凝土基础可分为现浇混凝土桩和浇注锚杆。

优点：现浇钢筋混凝土基础开挖土方量少，混凝土钢筋用量小，造价较低、施工速度快。

缺点：现浇钢筋混凝土基础施工易受季节和天气等环境因素限制，施工要求高，一旦做好后无法再调节。

独立及条形混凝土基础

优点：独立及条形混凝土基础采用配筋扩展式基础，施工方式简单，地质适应性强，基础埋置深度可相对较浅。

缺点：独立及条形混凝土基础工程量大，所需人工多，土方开挖及回填量大，施工周期长，对环境的破坏大。

预制混凝土空心柱基础

预制混凝土空心柱基础广泛用于水光互补电站、滩涂地电站等地质条件较差的电站。同时由于基础高度优势，也被较多用于山地电站以及农光互补电站。

4）地面电站-金属桩支架

金属桩支架在地面电站中应用同样非常广泛，主要可分为螺旋桩基础支架和冲击桩基础支架。

螺旋桩基础支架

螺旋桩支架根据是否带法兰盘可分为带法兰盘螺旋桩支架和不带法拉盘螺旋桩支架；根据子叶形状可分为窄叶连续型螺旋桩支架和宽叶间隔型螺旋桩支架。

带法兰盘的螺旋桩可用于单柱安装或双柱安装，而不带法兰盘的螺旋桩一般只用于双柱安装。

宽叶间隔型螺旋桩支架的抗拉拔性要好于窄叶连续型螺旋桩支架，在风力较大地区应优先考虑宽叶间隔型螺旋桩支架。

冲击桩基础支架

冲击桩基础支架，也叫金属纤杆基础支架，主要是利用打桩机直接将C型钢、H型钢或其他结构钢打入地面，这种安装方式非常简单，但抗拉拔性能较差。

优点：对于金属桩基础，用打桩机把钢桩打入土中，无需开挖地面，更环保；不受季节气温等限制，可在包括北方冬季的各种气候条件下实施；施工快捷方便、大幅缩短施工周期，能方便迁移及回收；打桩过程中基础便于调节高度。

缺点：在土质坚硬地区打桩很困难；在含碎石较多地区打桩容易破坏镀锌层；在盐碱地区使用抗腐蚀能力较差。

斜屋面固定式

考虑到斜屋面承载能力一般较差，在斜屋面上组件大都直接平铺安装，组件方位角及倾角一般与屋面一致。根据斜屋面的不同，可分为瓦片屋顶安装系统与轻钢屋顶安装系统。

1）瓦片屋顶安装系统

瓦片屋顶安装系统主要由挂钩、导轨、压块以及螺栓等连接件组成。

2）轻钢屋顶安装系统

轻钢屋顶，也叫彩钢瓦屋顶，主要用于工业厂房、仓库等。根据彩钢瓦形式不同，可以将其分为角弛型轻钢屋顶、直立锁边型钢屋顶以及梯型轻钢屋顶。

角弛型轻钢屋顶和直立锁边型轻钢屋顶主要通过夹具作为连接件，将导轨固定在屋面上，而梯型轻钢屋顶需要采用自攻螺栓将连接件固定在屋面。

不管哪一种屋面形式，在选择连接件时一定要进行实地测量“角弛”“直立边”“梯形”尺寸，确保连接件和屋面匹配，而在梯型轻钢屋顶支架安装时还要做好防水措施，避免螺栓钻孔处发生漏水。

固定倾角可调式

固定倾角可调式是指在太阳入射角变化转折点，定期调节固定式支架倾角，增加太阳光直射吸收，在成本略增加情况下提高发电量。

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跟踪式光伏支架

跟踪式光伏支架通过机电或液压装置使光伏阵列随着太阳入射角的变化而移动，从而使太阳光尽量直射组件面板，提高光伏阵列发电能力。根据追踪轴数量可分为：单轴追踪系统和双轴追踪系统。

平单轴跟踪系统

光伏方阵可以随着一根水平轴东西方向跟踪太阳，以此获得较大的发电量，广泛应用于低纬度地区。根据南北方向有无倾角可分为标准平单轴跟踪式和带倾角平单轴跟踪式。

斜单轴跟踪系统

追踪轴在东西方向转动的同时向南设置一定倾角，围绕该倾斜轴旋转追踪太阳方位角以获取更大的发电量，适合应用于较高纬度地区。

双轴跟踪系统

采用两根轴转动（立轴、水平轴）对太阳光线实时跟踪，以保证每一时刻太阳光线都与组件板面垂直，以此来获得最大的发电量，适合在各个纬度地区使用。

几种支架运行方式对比

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光伏支架钢材与铝材的比较和选择

材料强度方面

支架一般采用Q235B钢材与铝合金挤压型材6063 T6， 强度方面，6063 T6铝合金大概为Q235 B钢材的68%-69%，所以一般在强风地区、跨度比较大等情况下钢材优于铝合金型材。

挠度变形方面

结构的挠度变形与型材的形状尺寸、弹性模量（材料固有的一个参数）有关系，与材料的强度没有直接联系。

在同等条件下，铝合金型材变形量是钢材的2.9倍，重量是钢材的35%，造价方面在同等重量下，铝材是钢材的3倍。所以一般在强风地区、跨度比较大、造价方面等条件钢材优于铝合金型材。

防腐蚀方面

目前支架主要的防腐蚀方式钢材采用热浸镀锌55-80μm，铝合金采用阳极氧化5-10μm。

铝合金在大气环境下，处于钝化区，其表面形成一层致密的氧化膜，阻碍了活性铝基体表面与周围大气相接触，故具有非常好的耐腐蚀性，且腐蚀速率随时间的延长而减小。

钢材在普通条件下（C1-C4类环境），80μm镀锌厚度能保证使用20年以上，但在高湿度工业区或高盐度海滨甚至温带海水里则腐蚀速度加快，镀锌量需要100μm，以上并且需要每年定期维护。

在防腐蚀方面铝合金远远优异于钢材。

其他方面对比防腐蚀方面

1）外观：

铝合金型材有很多种表面处理方式，如阳极氧化、化学抛光、氟碳喷涂、电泳涂漆等。外表美观并能适应各种强腐蚀作用的环境。

钢材则一般采用热浸镀锌、表面喷涂、油漆涂层等方式。外观差于铝合金型材。在防腐蚀方面也差于铝型材。 　

2）截面多样性

铝合金型材一般加工方式有挤压、铸造、折弯、冲压等方式。挤压生产是目前主流生产方式，通过开挤压模的方式，可以达到生产出任意任意截面型材，并且生产速度比较快。

钢材则一般采用辊压、铸造、折弯、冲压等方式。目前辊压是生产冷弯型钢的主流生产方式。截面则需要通过辊压轮组来调节，但一般机器定型后只能生产同类产品，尺寸方面调节，而截面形状无法改变，如C型钢、Z型钢等截面。辊压生产方式则比较固定，生产速度比较快。

材料的回收

钢结构的维护成本每年增长3%，而铝结构的支架几乎不需要任何的保养与维护，且铝材在30年后依然有65%的回收率，铝价格每年预计上涨3%，钢结构在30年后基本上就是一堆废铁，无回收价值。

综合性能对比

1）铝合金型材质量轻、外表美观、防腐蚀性能极佳，一般用于对承重有要求的家庭屋顶电站、强腐蚀环境。

2）钢材强度高、承受荷载时挠度变形小，一般用于普通电站或用于受力比较大的部件。

3）造价方面：一般情况下，基本风压在0.6kN/m2，跨度在2m以下，铝合金支架造价为钢结构支架的1.3-1.5倍。在小跨度体系中，（如彩钢板屋顶）铝合金支架与钢结构支架造价相差比较小，并且在重量方面铝合金比钢支架要轻很多，所以非常适合用于家庭屋顶电站。

来源：索比光伏网