山地农光互补光伏发电安装工程施工技术研究

涂立群

中能建广西开发投资有限公司 广西 南宁 530000

引言

随着我国可持续发展战略的持续推进，出台了一系列的政策和方针，为新能源产业的发展提供了诸多的支持，其中太阳能光伏发电工程作为现阶段国家重点扶持的新能源项目，将其与农光互补进行有效结合，既能够有效保护区域生态环境，减少能源消耗，还能够获得显著的经济效益。尤其是对于一些偏远山区，通过建设山地农光互补光伏发电工程，能够实现对区域清洁能源的高效利用，提高土地的利用率，改善区域的道路条件，还能够实现发电盈利。

1 工程概况

以浙江某农村地区的山地农光互补光伏发电安装工程为研究对象，占地面积达到1200亩以上，总投资5亿元左右，装机容量70MWp，项目建成后预计年发电量达到3000万千瓦，每年可节约标准煤约62000t，减少排放二氧化碳约200000t、氮氧化物约2600t、二氧化硫约6300t。该工程项目的构成部分包括光伏组件、并网逆变器、汇流箱、升压站、计量装置、集电线路等[1]。该山地农光互补光伏发电项目建设于荒山荒坡上，有效利用了光伏支架下部的闲置土地，遵循“棚上发电、棚下种植、农光互补”的建设理念，通过钢质骨架上覆盖太阳能电池板施工安装，由20多万块太阳能电池板构成，建成后的山地农光互补光伏发电安装工程如图1所示。

图1 山地农光互补光伏发电安装工程

2 山地农光互补光伏发电安装工程的施工难点

在山地农光互补光伏发电技术的应用过程中，要想在最大程度上提高太阳能能源的利用效率，就需要充分分析地形水平面的总辐射量、散射辐射量、直接辐射量、区域内各月的平均气温与平均风速，方可精准地判断太阳能资源，从而为后续光伏发电项目的投资评估提供有效的依据[2]。目前，我国光伏发电项目建设地址多位于山地、开阔的沙漠等地区，所以该项目建设具有地形起伏坡度较大、电站的跨越少、山体存在砂卵砾石层等特点。

据调查可知，浙江某农村地区的山地农光互补光伏发电安装工程施工面临着以下难题：第一，山地农光互补光工程在排布设计上要求必须保护好原有的地形地貌，通过综合利用山地资源，达到“光伏发电＋农业生产”叠加效果，特点是支架比较高，难以有效控制支架的垂直度。第二，安装施工地点比较偏僻，运输量较大，山顶风大且粉尘大，光伏组件存在众多的插接头，连接质量直接受到成品保护的影响。第三，山地的地形条件比较复杂，交直流线缆数量众多，要想有效控制施工安装成本，需要采取有效措施来减少损耗。第四，施工工期比较紧张，相关设备安装的跨度较大，作业面分散，安装质量与实施控制难度较大，必须采取分段与分区安装施工方案，并要求在规定期间内实现并网发电[3]。

3 山地农光互补光伏发电安装工程施工技术

3.1 钻孔灌注预埋桩基础的相关施工技术

钻孔灌注预埋桩基础是山地农光互补光伏发电工程安装的重要工序，为能够保证后续光伏支架及其组件安装的成形质量，首先必须保证钻孔灌注预埋桩基础的安装质量。预埋桩在施工过程中采用阵列布置的形式，一般需要先准确定位基准点，并严格控制拉线，由于不同阵列的纵横向分别拉线，往往会发生横向一条线与纵向存在偏差的情况。为能够有效解决这一问题，需要在钻孔灌注预埋桩基础施工过程中采用适宜的施工技术，即轴线定位控制技术。在“线”控制的基础上实现了“面”控制，通过构建一个“三角架”，依托于等腰直角三角形的特征（两边垂直且相等），在首排预埋桩中心的上方设置直角点，一边与一侧保持平行状态，另一边顶点则作为另一排预埋桩的起点，在地上对其进行妥善固定，保证两排桩对齐，且预埋桩均位于同一轴线，从而确保各阵列在横向与纵向上都处于一条线上[4]。对于“三角架”控制工具的制作，需要结合光伏发电工程的实际情况，选择适宜规格的方管制成边长合适的等腰直角三角形，并将一根规格适宜的方管焊接在斜边中点至直角的位置，为能够获得良好的加固效果，需要在使用圆钢在“三角架”控制工具的各个顶点焊接一条支腿。

山地农光互补光伏发电工程的光伏发电功能的实现主要依赖于光伏支架上方，而农业生产活动的开展则依赖于光伏支架下方，所以，垂直度控制是整个工程安装施工的重难点。要想确保理想的光伏支架垂直度控制效果，就必须保证基础钻孔灌注预埋桩的成形垂直度符合工程建设标准。基于此，在钻孔灌注预埋桩安装施工过程中，需要合理运用垂直度控制技术，即先采用机械手段完成钻孔作业，严格控制孔深与孔径，再安装外径为89mm的镀锌钢管预埋桩，因为孔的内径与桩的外径之间有着一定的间隙，一般在混凝土浇筑作业中缺少合理定位，加上振动等因素的影响，往往会导致混凝土成形以后一些预埋桩垂直度无法满足光伏发电工程安装施工要求，严重影响到下一道工序光伏支架的安装质量和安装成效效果。基于这一问题，可在预埋桩安装期间采用辅助垂直定位工具——具有两个套筒的“双环组件”，将预埋桩外壁与钻孔内壁作为彼此作用的支撑点，借助于有效限位的方法确保混凝土浇筑期间预埋桩的垂直度符合标准[5]。关于这一辅助垂直定位工具的应用，可先将该工具由上向下套入到预埋桩管，只有双环组件的扁钢支撑件和地面处于水平状态时，才表明辅助垂直定位工具放置到位，能够很好地支撑外环和机械成孔的内壁，并有效校直内环和预埋桩管的外壁，使二者牢牢贴紧，从而实现内外环与预埋桩管之间的中心合一，保障预埋管桩垂直度。“双环组件”定位预埋桩垂直度控制技术的应用优势体现为：组件可重复循环使用，操作简便，能够减轻施工人员的工作强度，提高安装效率，并有效控制混凝土浇筑期间预埋桩的垂直度。

3.2 光伏支架结构安装的施工技术

在浙江某农村地区的山地农光互补光伏发电安装工程的施工过程中，光伏支架结构安装主要涉及以下两个部分：一是冬暖式大棚光伏支架。施工人员需要结合电池组件的尺寸大小，来采用铝合金支架或是三角形钢支架进行光伏电池组件支架，本工程项目的光伏支架属于固定式支架，倾度为30°，电池组件的尺寸均为长1.65m、宽0.99m、厚0.04m，大棚尺寸为跨度10m、长度90m，各大棚布置光伏板共265块，选择竖放的方式进行电池板布设；为能够有效提高光伏板的基础建设承载能力，本工程项目采用预应力混凝土管桩作为基础，且在冬暖棚后墙中进行砌筑，选择固定式钢支架作为光伏支架，配合大棚开展安装施工作业。二是拱形大棚跟踪光伏支架，将三角形钢支架作为其电池组件的支架，其属于单轴跟踪式支架，转动范围控制在-45°至45°之间，该支架主要由主柱、主梁、短梁、拉索、法连连接等组成，安装在拱棚两侧，能够结合太阳光角度的变化来对支架角度进行自动、合理地调整，促使光伏支架处于最佳倾角，从而显著提高光伏发电量。需要强调的是：由于受到各种荷载组合的影响，光伏支架必须符合山地农光互补光伏发电工程建设对强度、稳定以及刚度等各项参数的要求，为保证整个光伏支架结构的可靠性与安全性，必须合理选择布置形式，保证其受力协调，防止出现应力集中问题，还需结合计算受力大小来明确各杆件的适宜截面大小，既要保证杆件的强度达标，还要尽可能减少钢材的消耗。

3.3 光伏组件MC4插接头的安装技术

在浙江某农村地区的山地农光互补光伏发电安装工程中，各阵列中均布置了18块光伏组件，且各光伏组件都选择MC4插接头进行连接与串联，从而构成数千个阵列。在实际施工过程中需要用到大量的MC4插接头，为保证光伏组件MC4插接头的安装质量和安装效率，施工人员需要先采取有效密封措施对MC4插接头进行保护，确保接头的清洁度与连接的有效性，在以往的安装施工中多选择薄膜与胶带纸包封的方式，施工人员的操作是否规范、标准直接影响到MC4插接头的保护效果。与此同时，本工程项目施工现场存在大量的粉尘，只有切实做好MC4插接头的密封保护工作，才能够保证最终的安装效果，所以本工程项目经过多方研究和协商以后，决定选择“专用防尘帽”对MC4插接头进行密封保护。另外，在“专用防尘帽”采购环节，建设方需要严格依据光伏组件订货的技术要求，与声誉良好、性价比高的生产厂家合同，签订“专用防尘帽”成套供应合同。由于光伏组件数量众多，往往需要分批次供货，所以在专用防尘帽采购过程中，需要结合光伏组件的整体实力、安装进度等情况来适量购入防尘帽[6]。

3.4 直流线缆的敷设技术

本工程项目中每一台逆变器均与16个光伏组串相连，且每一个组串中安装了18块光伏组件，通常采用直流线缆串联的方式对所有光伏组串进行连接，并从檩条处开始进行敷设，再从支架立柱引下，于逆变器直流侧进行直埋敷设。在实际操作中，由于光伏组件直流线缆数量众多，传统的安装施工方式存在固定点不均匀、耗时耗力、观感不佳等缺点，加上明敷设直流线缆往往会遭受阳光直射，致使直流线缆的绝缘老化速度加快。为解决上述问题，可选择直流线缆隐蔽式敷设技术，以进一步优化直流线缆的敷设方式，更好地保证直流线缆，具体操作流程包括：①通过合理调整光伏组件安装与直流线缆敷设的先后顺序，改变之前沿檩条明敷的方式，选择在檩条槽内进行敷设，这样做能够呈现出更为整洁、美观的敷设效果；②针对光伏组串之间、沿立柱引下的直流光伏线缆，需要结合线缆的具体数量，采用相应直径的PVC管保护，注意保护管截面积必须小于线缆截面，从而有效防止阳光直射对线缆绝缘的负面影响，还能够让线缆布置整齐。

3.5 交流电缆的安装技术

为避免电缆敷设后出现交叉、杂乱或是损坏过大等不良现象，在本工程项目安装施工过程中，决定借助于先进的信息技术手段，结合施工设计图构建相应的三维数字模型，通过碰撞检查来进一步优化和改进施工图纸，精准定位与编号光伏发电工程中所用的每一根电缆敷设位置，从而在实际施工安装过程中依据编码进行电缆预制加工、安装及敷设，实现电缆敷设无交叉，将施工损耗控制在合理范围之内。

4 结束语

综上所述，在以往的光伏发电工程建设中，普遍存在光伏板下通风效果、采光效果不佳等问题，在很大程度上限制了农作物的生长。基于这一问题，通过将农光互补与光伏发电技术有效结合，采用科学、先进的施工技术，实现太阳能资源的高效开发利用，提高山地资源的利用率，从而建造一座高水准的山地农光互补光伏发电工程，获得更大化的综合效益。