光伏支架系統(tǒng)的選取和使用

近年來，我國光伏業(yè)發(fā)展迅速，但近期在歐美發(fā)達(dá)國家的圍剿下，已經(jīng)舉步維艱，只能轉(zhuǎn)向國內(nèi)市場。目前只有采用新思路、新設(shè)計(jì)、新材料，為國內(nèi)用戶提供安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、多功能的鋼結(jié)構(gòu)支架，才能為光伏發(fā)電在國內(nèi)的全面推廣與發(fā)展提供更廣闊的運(yùn)用空間。 　　引言：隨著我國綠色經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，單晶硅/多晶硅光伏發(fā)電和薄膜BIPV技術(shù)日趨成熟。鋼結(jié)構(gòu)與其它結(jié)構(gòu)相比，在使用功能、設(shè)計(jì)、施工以及綜合造價(jià)方面都具有巨大優(yōu)勢。因此，積極開發(fā)、生產(chǎn)新型鋼結(jié)構(gòu)光伏支架體系替代現(xiàn)有角鋼支架體系有著重要意義。 　　　1、太陽能鋼支架用鋼類型 　　目前鑒于太陽能光伏支架結(jié)構(gòu)簡單、體積小的特性，在選用鋼材上大多以輕型結(jié)構(gòu)鋼和小截面普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼為主。 　　輕型結(jié)構(gòu)鋼：輕型結(jié)構(gòu)鋼主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼。其中，角鋼用作支撐構(gòu)件時(shí)，能較好的利用鋼材的強(qiáng)度，并且利于整體支架的安裝，但用作受彎和受壓構(gòu)件時(shí)，產(chǎn)生的變形相對(duì)較大。目前，國標(biāo)的角鋼相對(duì)于太陽能支架來說，可選的型號(hào)不多，故而需要更多的小角鋼型號(hào)來適應(yīng)目前飛速發(fā)展的太陽能市場。薄壁型鋼的檁條構(gòu)件，一般采用壁厚1.5-5mm的薄鋼板，經(jīng)冷彎或冷軋后制成各種不同截面形式及尺寸的薄壁型鋼制品。與熱軋型鋼相比，在相同截面面積的情況下，薄壁型鋼的回轉(zhuǎn)半徑可增大50-60%，截面慣性矩和抵抗矩可增大0.5-3倍，因而能較為合理地利用材料的強(qiáng)度，但是由于薄壁型鋼的加工大多是在工廠，需要高精度的鉆孔才能和光伏電池板后的螺絲孔配合。工廠加工鉆扣后，才能熱鍍鋅防銹；運(yùn)至現(xiàn)場安裝時(shí)，由于鋼材截面小，工具難以操作，施工較為困難。目前國內(nèi)的大多數(shù)電池板無法直接和薄壁型鋼連接安裝，均需要其他輔助固定結(jié)構(gòu)（如壓塊等）。 　　普通型鋼結(jié)構(gòu)鋼：普通結(jié)構(gòu)鋼常采用冶煉容易、成本低廉的碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼，截面有很多種類，光伏常用的主要包括工字型、H型、L型及各種設(shè)計(jì)要求的異型截面。加工方式也多種多樣，其中焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠焊接加工成型鋼，這種成型方式可以根據(jù)光伏工程項(xiàng)目的不同結(jié)構(gòu)部位的受力計(jì)算，在不同部位采取不同厚度的鋼板，比熱軋一次成型產(chǎn)品受力更加合理，更適合現(xiàn)場安裝，也可以節(jié)約鋼材。 　　2、太陽能支架對(duì)鋼材性能的要求太陽能鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)具有以下性能： 　　1）抗拉強(qiáng)度和屈服點(diǎn)。屈服點(diǎn)高可以減小型鋼構(gòu)件截面，減輕結(jié)構(gòu)自重，節(jié)約鋼材，降低整體項(xiàng)目造價(jià)。抗拉強(qiáng)度高可以增加結(jié)構(gòu)的整體安全儲(chǔ)備，提高結(jié)構(gòu)的可靠性。 　　2）塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可以使結(jié)構(gòu)在破壞前產(chǎn)生較大變形，從而可以使人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和采取補(bǔ)救措施。較好的塑性還能調(diào)整局部峰值應(yīng)力，本身太陽能電池板安裝經(jīng)常為了調(diào)整角度，采用強(qiáng)迫安裝，而塑性能使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生內(nèi)力重分布，讓結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中某些原先應(yīng)力集中部分的應(yīng)力趨于均勻，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力。較好的韌性可以使結(jié)構(gòu)在外力沖擊荷載作用下被破壞時(shí)吸收較多的能量，特別是風(fēng)力較大的沙漠電站和屋頂電站，風(fēng)振效應(yīng)明顯，鋼材的韌性能有效降低危險(xiǎn)程度。較好的耐疲勞性能同樣也可以使結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抵抗交替變化重復(fù)風(fēng)荷載的能力。 　　3）加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、熱加工性能和可焊性。光伏鋼結(jié)構(gòu)所采用的鋼材不但要易于加工成各種形式的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，而且還需要這些結(jié)構(gòu)和構(gòu)件不因加工造成強(qiáng)度、塑性、韌性以及耐疲勞性能過大的不利影響。 　　4）使用壽命。由于太陽能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命都在20年以上，故而良好的防腐蝕性能也是衡量支架系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)。如果支架壽命短，勢必影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致投資回收期延長而降低整個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。 　　5）在符合上述條件下，光伏鋼結(jié)構(gòu)用鋼還應(yīng)該易于購買，生產(chǎn)，并且還要價(jià)格便宜。 　　3、新型太陽能鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析 　　目前角鋼太陽能支架的使用受到的條件限制越來越多，最主要的原因是目前鋼材質(zhì)量參差不齊，安裝需要大量現(xiàn)場鉆孔，但是鉆孔后鋼材又容易銹蝕，所以需要使用新型的支架來替代這些角鋼支架，以達(dá)到減緩腐蝕，延長使用壽命的目的。 　　新型太陽能支架主體結(jié)構(gòu)形式：1）異形冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系。異形冷彎薄壁型鋼是一種批量化生產(chǎn)制造、能快速組裝、完全干作業(yè)的裝配式輕鋼結(jié)構(gòu)體系，具有用鋼量少、建造省時(shí)、省工等特點(diǎn)。國內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家為喜利得、海邁等。異形冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)體系的鋼結(jié)構(gòu)支架是將工廠預(yù)制的冷彎薄壁型鋼在施工現(xiàn)場用螺栓連接形成結(jié)構(gòu)骨架，再安裝上電池板形成整體光伏陣列。2）工廠預(yù)制整體式鋼支架體系。工廠預(yù)制帶檁條的鋼結(jié)構(gòu)架，在施工現(xiàn)場只需將支架模塊現(xiàn)場拼裝固定，然后安裝電池板即形成整個(gè)光伏陣列，施工速度快，適用于大規(guī)模電站。這種鋼結(jié)構(gòu)支架的安裝要求極高，一般采用的鋼材質(zhì)量最好，表面處理工藝極為優(yōu)秀，而且需要和光伏組件廠家前期充分溝通，才能達(dá)到完美的組裝配合。 　　3）梁柱框架式幕墻光伏支架結(jié)構(gòu)體系。光伏幕墻適宜采用梁柱框架式鋼結(jié)構(gòu)支架體系。該結(jié)構(gòu)自重輕，結(jié)構(gòu)可靠，由于其側(cè)向剛度小，當(dāng)結(jié)構(gòu)高度較高或?qū)痈咻^大時(shí)，需設(shè)置側(cè)向支撐以形成支撐框架結(jié)構(gòu)。高層光伏幕墻設(shè)計(jì)上，常用鋼結(jié)構(gòu)與現(xiàn)澆預(yù)埋件組成混合結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)抗側(cè)移能力，減低用鋼量，從而減低總造價(jià)。 　　4、新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝： 　　1）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接新型冷彎薄壁型太陽能支架系由工廠預(yù)制的各種鋼塑料混合連接件裝配而成，這些鋼塑料混合連接件型號(hào)多種多樣，能夠適合不同的安裝條件，正確選擇混合構(gòu)件連接形式和方式是整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。 　　2）支架與基礎(chǔ)連接新型冷彎薄壁型太陽能支架自重較輕、多安裝孔洞。一般以獨(dú)立基礎(chǔ)為主，必要時(shí)需加鋼筋混凝土連梁。對(duì)于地質(zhì)條件較差的地方，可采用條形基礎(chǔ)或十字交叉基礎(chǔ)，盡量不采用筏板基礎(chǔ)。所有上部柱腳均采用鉸接形式，而預(yù)埋件部分則可選擇插入式柱腳，或預(yù)埋螺栓外包防水混凝土。這兩種柱腳形式均加工簡單、施工方便、連性能好。 　　3）支架檁條連接安裝節(jié)點(diǎn)連接有三種形式:剛接、鉸接和半剛接，這三種連接方式均已有現(xiàn)成的配套節(jié)點(diǎn)模塊化制作方法。鉸接構(gòu)造簡單，制造安裝最為方便，但風(fēng)大的地區(qū)需要設(shè)置水平支撐或斜撐使女兒墻承受水平荷載和提供額外剛度，不設(shè)置支撐時(shí)梁與柱的連接節(jié)點(diǎn)都應(yīng)做成剛接。半剛性連接比剛連接施工簡單，比鉸接性能好，因其受力難以控制，需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)才能實(shí)際采用，目前基本不采用?，F(xiàn)場連接一般為先用螺栓鉸接后兩端現(xiàn)場焊接。 　　5、結(jié)束語 　　相對(duì)而言，新型冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系能使項(xiàng)目工期大幅度縮減，滿足了太陽能光伏建筑的需求，特別是其優(yōu)越的防腐蝕性、可回收性，體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)優(yōu)勢；新冷彎薄壁型結(jié)構(gòu)太陽能支架系統(tǒng)的直接經(jīng)濟(jì)效益主要來自結(jié)構(gòu)施工工期縮短和維護(hù)費(fèi)用降低的優(yōu)勢，并且隨著使用年數(shù)的延長，效益增加越明顯。小榮榮認(rèn)為大力發(fā)展新型冷彎薄壁型鋼式支架結(jié)構(gòu)體系是必然趨勢。