“荡秋千”的光伏板——柔性光伏支架
山河边城
2024年04月18日 17:21:05
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随着近几年新能源行业的兴起,光伏土地资源日趋紧张,为实现光伏多种应用场景的有效利用,柔性支架应运而生。 面对复杂多变的应用场景,柔性支架如何选型;与传统支架相比,柔性支架成本如何?这两个问题是投资企业、设计单位、施工单位等多方关注的重点。 No.1  优劣势分析 柔性光伏支架 

随着近几年新能源行业的兴起,光伏土地资源日趋紧张,为实现光伏多种应用场景的有效利用,柔性支架应运而生。

面对复杂多变的应用场景,柔性支架如何选型;与传统支架相比,柔性支架成本如何?这两个问题是投资企业、设计单位、施工单位等多方关注的重点。

No. 优劣势分析

柔性光伏支架 SWOT

在进行结构选型之前,先要了解柔性支架的结构特点:

大致归纳了6个方面:

1、大跨度

通过对拉索施加预张力,使结构获得初始刚度,预张力可以抵消上部结构的荷载,通过控制索力与结构整体变形实现大的跨度。

2、多场景

柔性支架具有形式多样性,可适用于山地、水厂、鱼塘、水库、农业大棚、厂房、停车场等多种场景。

3、多连跨

柔性支架根据地形条件可以布置成连续多跨的形式,中间不需要断开,将阵列长度加长,中间在一定的跨度范围内设置摇摆柱,端部设置支承结构。

4、高容量

柔性支架可充分利用场地条件,按“多连跨,多联排”的原则,将结构合理布局,最大限度提高土地利用率。

5、高净空

柔性支架可采用架高立柱的方案以适应场地净空要求,如水厂、厂房、连廊等项目高度可做到10m以上。

6、低含钢量

与传统刚架或桁架相比,柔性支架具有低含钢量的特点。用高强度拉索替代一般受拉构件,大大降低结构自重,从而降低结构整体用钢量。拉索为结构提供整体刚度的同时贡献应力刚度。

面对形式多样的柔性支架,可结合其结构形式和受力特点,总结出适用条件,作为结构选型的依据。

1)单层悬索结构

单层悬索结构一般由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体等主要构件组成,索体为两道平行于组件平面的拉索,使用索体代替一般受拉构件。组件支承索张拉完成后经由钢梁端部的锚具固定,通过张拉设备使支承索获得应力刚度,用于支承组件,依靠端部斜拉形成自平衡体系。

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图1.1 单层悬索结构
优点:形式简单、受力模式单一、地形适应性强、施工效率高。
缺点:采用全柔性体系,结构整体刚度弱,在风压或风吸力作用下,易产生较大变形,难以实现更大跨度。
适用条件:
跨度:≤20m
基本风压 :≤0.5kN/m^2,超过0.5kN/m^2宜设置防风装置。
应用场景:
1)沙漠、鱼塘、农棚、停车场等平地
2)坡度陡峭的山地

2)双层索桁架结构
双层索桁架结构由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体以及索体间的刚性撑杆组成,索体由两道平行的上弦索与一道曲率向上的下弦索构成。与单层悬索结构相比,多了承重索和刚性撑杆,通过张拉索体获得应力刚度形成自平衡体系。
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图1.2 双层索桁架结构
优点:索体张拉后由锚具固定于支承结构上,组件支承索用于支承组件,承重索抵抗向下的竖向荷载,结构具有较大的刚度和抗变形能力。
缺点:未设置稳定索,风吸力由组件支承索承担,结构对风吸力较为敏感,不宜用于大跨度结构或基本风压较大地区。
适用条件:
跨度:20m~30m
基本风压:≤0.5kN/m^2
应用场景:
1)河道、鱼塘、停车场等平地
2)坡度平缓、高差较大的山地
索桁架结构,因其跨度较大,为保证结构面外稳定,通常做成联排形式,设置面外稳定索,防止发生面外失稳。

3)三层索桁架结构    
三层索桁架结构由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体以及索体间的刚性撑杆组成。与双层索桁架相比,索体增加了稳定索,形成曲率相反的上下弦结构,稳定索用于抵抗风吸力作用。
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图1.3 三层索桁架结构
优点:承重索抵抗向下的竖向荷载,稳定索抵抗向上的竖向荷载,结构面内与面外刚度均由预拉力提供,具有良好的刚度和形状稳定性。
缺点:结构形式较复杂,三层索均需施加预拉力,张拉过程较繁琐,为避免预拉力施加过程中支承构件产生过大的弯矩和变形,需严格把控施工工序和施工质量。
适用条件:
跨度:20m~60m
基本风压:适用范围广
应用场景:
1)污水厂、水库、滩涂等大平地
2)坡度缓、高差大、跨度大的山地

4)张弦结构
张弦结构是由梁柱组成的主钢架、斜拉、刚性上弦、索体及刚性撑杆组成。索体为承重索,与三层索桁架相比,无稳定索。上弦采用刚性结构,下弦采用柔性拉索,在预应力作用下,撑杆对上弦起到弹性支承作用,以改善上部结构的受力状态,从而形成自平衡体系。
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图1.4 张弦结构
优点:用撑杆连接上部压弯构件和下部受拉构件,通过施加预拉力,使上部结构产生反挠度,提高了上部结构的承载能力与抗变形能力。
缺点:相对于其他柔性体系,结构整体用钢量较高;属于平面型受力体系,存在面外失稳问题。
适用条件:
跨度:30m以上
基本风压:适用范围广
应用场景:
污水厂、厂房、矿坑等平地
No. 成本

柔性光伏支架 Cost

对于光伏项目开发企业来说,柔性支架的造价关乎企业的 投资收益率
本文以某100MW山地项目为例,组件功率采用550Wp,由于用地紧张,其中50MW采用柔性支架,为适应现场地形条件,拟采用单层索与多层索相结合的方案,即分别采用单层悬索结构、双层索桁架结构、三层索桁架结构三种方案进行材料与施工成本分析。
1、单层悬索结构
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2、双层索桁架结构
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3、三层索桁架结构
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