千斤顶可调支架在大型光伏电站中的应用

■ 何惧姚一波白荣丽（.特变电工新疆新能源股份有限公司；.中国船舶重工集团西安第七O五研究所海源测控技术有限公司）

千斤顶可调支架在大型光伏电站中的应用

■ 何惧1姚一波1白荣丽2
（1.特变电工新疆新能源股份有限公司；2.中国船舶重工集团西安第七O五研究所海源测控技术有限公司）

结合单排千斤顶可调支架在大唐哈密东南部山口50 MWp光伏并网发电工程项目中的应用，从应用概况、结构设计、间距计算等方面展开论述，详细介绍千斤顶可调支架的工作原理、材质、倾角设计、结构设计和间距计算。

千斤顶可调支架；结构；光伏电站

0　引言

随着光伏电站的大规模发展，如何提高发电量已成为研究者关注的热点。固定可调式支架是一种按照太阳在各季节的高度角差异，可对阵列倾角进行调节的光伏支架。它在固定支架的基础上额外增加一个支架角度调节装置，通过调节倾角变化，从而增加年平均日照时数；其优势在于可提高倾斜面上接收到的太阳辐射量，从而提高发电量。

1　工程简介

本项目位于新疆哈密市东南部120 km处。项目所在地日照时间长，太阳能资源丰富。本项目总容量为55 MWp，全部采用310 Wp多晶硅组件。

2　千斤顶可调支架设计

2.1主要设计参数

组件尺寸为1956 mm × 992 mm × 40 mm；组件重量为27 kg；最大风速为40 m/s；组件安装采用纵向1×18阵列安装，18块组件为一个单元，采用单排千斤顶可调钢支架。

2.2千斤顶式可调支架工作原理

图1　千斤顶式可调支架工作原理图

本项目采用的千斤顶式可调支架由若干支撑立柱和转动梁组成。在每个支撑立柱上都设有剪式千斤顶，支撑立柱固定在地基上；剪式千斤顶的下端经支撑铰接件与支撑立柱中部连接，上端经铰接件与转动梁中间的一侧连接；转动梁的中部经铰接件与支撑立柱上端连接，转动梁上固定若干光伏组件支撑梁，在光伏组件支撑梁上安装若干光伏组件。若干剪式千斤顶的丝杆经传动轴连接，外侧的剪式千斤顶丝杆的一端连接传动轴，另一端装有摇把，转动摇把可带动全部剪式千斤顶的丝杆同步转动使剪式千斤顶上升或下降，由此可带动转动梁相应转动，使光伏组件转动就可调节光伏组件朝向太阳的角度。

2.3千斤顶式可调支架材质要求

钢支架材料采用Q235B，镀锌层厚度不小于65 µm，铝型材选用6063-T5材料，紧固件选用普通粗制螺栓，8.8级，热镀锌处理。

2.4千斤顶式可调支架倾角设计

光伏组件的安装倾角对光伏发电系统的效率影响较大，本项目采用千斤顶式可调支架，通过通过计算可得，一年调节2次、4次、6次，调节后每月的倾角如表1所示。

表1　调节次数与各月倾角对照表

由表1各月对应的倾角进行发电量计算，可以得出，达到最佳调节次数以后，再增加调节次数，发电量提升幅度越来越小。从调节成本和增加发电量收益等多方面综合对比分析，每年调节4次综合效益最好，因此，本项目采用一年调节4次的方案。

2.5单排、双排支架结构对比分析

本项目采用310 Wp多晶硅光伏组件，现阶段可调支架组件安装方式主要有双排纵向2×9阵列和单排纵向1×18阵列。本项目主要从以下几个方面进行对比分析，最终确定采用单排纵向1×18阵列千斤顶可调支架。

2.5.1支架稳定性对比分析

双排纵向2×9阵列，组件斜面安装长度为3920 mm，当支架调节至最大倾角59°时，组件最高点的离地高度为3802 mm。而本项目所在地东南山口风速达到40 m/s，若组件离地高度过高，会存在一定的风险隐患。同时，采用双排纵向2×9阵列安装，支架结构形式复杂，支架整体稳定性较差，调节难度加大，且不利于电站后期的运行维护。鉴于上述种种不利因素，本项目采用单排竖向1×18阵列形式，这种形式组件斜面安装长度为1960 mm，当支架调节至最大倾角59°时，组件最高点的离地高度为2091 mm，仅为双排2×9阵列离地高度的一半，不仅可以降低组件被大风吹落的风险，还能够保证支架的整体稳定性。

2.5.2组件隐裂控制对比分析

在光伏组件生产使用过程中，隐裂可以说是最具破坏力的缺陷之一，造成的危害也是多方面的，造成的损失很难评估和预测。工人安装、清洗过程中操作不规范是造成组件隐裂产生的重要因素。采用2×9阵列支架，会存在组件安装时施工人员踩踏在组件上施工的情形；若采用1×18阵列，组件最高点离地高度为2.091 m，完全可以避免组件安装踩踏所导致的组件隐裂现象。

2.6单排千斤顶式可调支架结构设计

单排1×18阵列千斤顶式可调支架主要由立柱、千斤顶支座、千斤顶、斜梁、檩条、传动轴等组成，19°和59°支架结构图如图2和图3所示。

图2　单排1×18阵列59°侧视图(单位：mm)

图3　单排1×18阵列19°侧视图(单位：mm)

3　支架间距计算

当阳光照射到第一组方阵的顶点即A点，它在第二组方阵的投影点A1应不高于第二组方阵的最低点，即不得遮挡第二组方阵的太阳电池板，现从以下两种情况来计算。

第一种情况，支架倾角调节为最小角度19°时，如图4所示。根据电站所处位置的纬度，取太阳入射角最小的数值，即处于冬至日8:30～16:30之间进行计算，当入射角最小时，第一组方阵所形成的阴影最大，即前后排的距离最长。

图4　支架19°度倾角时间距示意图

根据GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》中有关光伏方阵阵列间距或可能遮挡物与方阵底边垂直距离的计算公式，距离应不小于L[2]：

L=0.707H/tan[arcsin(0.648 φ-0.399sin φ)](1)

式中，φ为纬度(在北半球为正、南半球为负)；H为光伏方阵阵列或可能遮挡物高度。

将φ=40.87°、H=0.638 m代入式(1)可得L=2.2 m。因此支架倾角调节为19°时，间距A点与A1点在地面的投影距离选取2.2 m即可不被遮挡。

第二种情况，支架倾角调节为59°时，如图5所示。经计算，间距L=5.8 m，因此，支架倾角调节为59°时，间距选取5.8 m即可不被遮挡。

图5　支架59°度倾角时间距示意图

由于光伏电站倾角设计需满足全年光伏组件不被遮挡。因此，间距选取前后排间距较大值5.8 m。

4　结束语

固定可调支架的应用可以提高光伏电站的发电量，但随着调节次数的增加，人工成本也相应增加。本项目采用的千斤顶可调支架可在0°～60°范围内实现各个角度精确可调，但在实际设计过程中，应该将增加的发电量效益与调节成本进行对比分析，综合考虑后确定最佳调节次数，有利于获得最大的经济效益。

2015-11-20

买发军(1987—)，男，本科，主要从事光伏系统集成的设计与研究。maifajun3410@163.com

[1] GB/T 13912-2002，金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及实验方法[S].

[2] GB 50797-2012，光伏发电站设计规范[S].