光伏支架的说明及比较

随着世界煤、石油、天然气等传统能源的逐渐匮乏，大力发展新能源成为重中之重；太阳能作为一切能源的基础，大力开发研究太阳能更是刻不容缓。使用太阳能最常见、最直接的方式就是将太阳能通过电池板转化为电能，通过这项技术的大力发展，也直接带动了其附属原器件生产行业的发展，包括太阳能组件生产链，控件器和逆变器等电气控制组件生产链和光伏支架系统，本文主要对光伏支架的发展进行系统的、全面的概述。

随着光伏行业的逐渐发展、技术的逐渐成熟，光伏支架不再是简单的支撑作用。随着可以调节的光伏支架以及可以自动调节的光伏支架技术的发展，通过光学传感器感应，将信号传递给控制终端，控制终端控制调节装置进行支架调节，保证电池板每时每刻都能正对太阳，大大的提高了光伏发电效率。根据施工现场技术及经济条件，选择合适的光伏支架，直接影响着光伏组件的运行安全及破损率，不但能降低工程造价，也会减少后期养护成本。

一、根据材料分类

随着光伏支架的发展，其主要受力杆件所采用材料也多种多样，目前社会上使用较多的主要有铝合金支架、钢支架以及非金属支架这三种类型，其中非金属支架使由于成本较高而并不常见，但铝合金支架和钢支架对于不同的环境有不同的优点。

柔性支架是利用钢索预应力结构，解决污水处理厂、地形复杂的山地、承重较低的屋顶、林光互补、水光互补、驾校、高速公路服务区等跨度和高度所限造成传统支架结构无法安装的技术难题。柔性光伏支架具有广泛的适应性、使用的灵活性、有效的安全性和土地完美二次利用经济性，是光伏支架革命性的创造，将快速推进光伏发电的完美发展。柔性光伏支架的结构原理是平地钢缆上安装电池板的一种新型光伏电站，柔性支架结构包括桩基础、立柱组件、端梁组件、钢缆紧固件、电池板固定组件等组成。它能解决现有光伏支架桩基础密度大、成本高、结构复杂、安全性差等缺点，能有效的解决现有山谷、丘陵地带光伏电站存在的施工难度大，阳光遮挡严重，发电量低（与平整地带光伏电站对比约低过10%-35%）电站支架质量差、结构复杂等缺点，填补了光伏钢缆支架的空白，下表为以上光伏支架具体参数的对比。

支架类型

铝合金支架

普通钢支架

柔性支架

防腐能力

一般采用阳极氧化（＞15um）；铝在空气中能形成保护膜，后期使用不需要防腐维护

一般采用热侵镀锌（＞65um）；后期使用需要防腐维护；防腐能力较差

一般采用热侵镀锌（＞65um）；后期使用需要防腐维护；防腐能力较差

机械强度

铝合金型材变形量约为钢材的2.9倍

钢材强度约为铝合金的1.5倍

材料重量

约2.71g/㎡

约7.85g/㎡

约为钢支架的2/3

材料价格

铝合金价格约为钢材的3倍

适用项目

对称重有要求的屋顶电站；抗腐蚀性有要求的工业厂房屋顶电站；

强风地区、跨度比较大等对强度有要求的电站

适用于普通山地、荒坡、水池渔塘及林地等多种大跨度应用场地，且不影响农作物种植及养鱼。

二、根据安装方式分类

2.1固定式光伏支架

固定式光伏支架光伏组件的仰角和位置不随太阳的转动而变换，以固定的位置和仰角接受太阳辐射，这种支架维修频率较低，更有甚者可免维修。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三种类型的光伏支架。

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。

斜屋面固定式主要用于家庭小型光伏项目，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。而屋面的不同，相应的安装方式又存在一定的差异，目前主要有瓦片屋顶安装系统与轻钢屋顶安装系统两种。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。轻钢屋顶安装系统主要用于工业厂房、仓库等，由于各个屋顶彩钢瓦的种类不同、排列方式也各有差异，又分为角弛型轻钢屋顶、直立锁边型钢屋顶和梯型轻钢屋顶三种方式。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。

固定倾角可调式是指在太阳入射角变化转折点，定期调节固定式光伏支架倾角，增加太阳光直射吸收，在成本增加的情况下相应的提高了发电量。

2.2、跟踪式光伏支架

跟踪式光伏支架的调节手段主要有两种，可通过机电调节，也可在光伏支架上设计液压系统，通过液压系统进行调节，将光伏组件仰角设置为随着太阳入射角的变化而移动，从而延长太阳光直射光伏组件的时间，相应的日发电时间极大的延长、发电效率大大提高。而根据追踪轴数量可以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轴旋转（纵轴和横轴）实时跟踪太阳光线，保证太阳光线每时每刻都垂直于面板表面，从而获得最大的发电量，适合在不同纬度使用。下表为几种跟踪式光伏支架的具体运行方式对比。

类型

传统支架成本（元/W）

发电量增益（%）

占用面积增（%）

可靠性

柔性支架（元/W）

最佳倾角固定

0.6-0.7

好

0.815

平单轴

标准平单轴

1-1.4

110-115

较好

—

带倾角平单轴

1.45-1.8

115-120

110-120

较好

—

斜单轴跟踪

1.5-2

120-125

140-150

较差

—

双轴跟踪

2.8-3.5

130-140

＞180

差

—

注：价格含土建施工及材料、支架施工及材料

三、根据支架的基础分类

小型光伏支架主要分布于屋顶，主要用于农村在满足自己用电的同时增加收入，这种在屋顶安装的光伏支架根据其基础的不同可以分为平顶屋面混凝土基础支架和平顶屋面-混凝土压载支架两种方式。

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。支架支撑柱与混凝土基础通过浇筑时预埋预埋螺栓，进而通过预埋螺栓连接，或者直接将立柱浇筑与混凝土基础中，方便快捷，但直接浇筑于混凝土之中降低了其二次使用率。平顶屋面混凝土基础支架优点为抗风能力好，可靠性强，不破坏屋面防水结构。

平顶屋面-混凝土压载支架其优点为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，但是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。

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、金属桩支架、冲击桩基础支架等几种最常见的基础安装形式。

根据不同的基础形式，现浇钢筋混凝土基础可分为现浇混凝土桩和现浇锚杆。该方法的优点是现浇钢筋混凝土基础开挖土方量小，混凝土加筋量小，造价低，施工速度快。但是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其优点为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。但是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。

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。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，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。其优点为对于金属桩基础，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。该施工快捷方便，施工周期大大缩短，迁移和恢复方便，打桩过程中地基高度易于调整，但在硬土地区很难实施，在砾石地区容易损坏镀锌层，在盐碱地区耐腐蚀性较差。

四、总结

设计设计光伏支架时耐候性是设计的最重要的指标之一，所设计光伏支架结构必须牢固可靠，并能承受大气侵蚀、风荷载等外界影响。其次需要考虑安全可靠的安装方法，当安装成本较低、后期维护较少或者直接免维护时，整个光伏项目的成本会大大降低，对应的利润也会更加可观。

固定式太阳能光伏支架最大抗风能力为216公里/小时，而可调节式太阳能光伏支架的最大抗风能力为150公里/小时。相对于传统的固定式光伏支架，太阳能单轴跟踪支架和太阳能双轴跟踪支架更加先进，相应的发电效率也更高，太阳能单轴跟踪支架组件的发电量可提高25%，而太阳能双轴支架甚至可以增加40%-60%。