我國(guó)太陽能光伏支架安裝存在的問題及解決方法

朱俊江

摘要：太陽能光伏發(fā)電能量是一種可再生能源，將太陽能轉(zhuǎn)換成所需電能的技術(shù)，是光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要標(biāo)志。當(dāng)前，太陽能光伏支架在我國(guó)逐漸興起，并越來越受到人們的重視。文章介紹了我國(guó)太陽能光伏支架安裝存在的問題及其解決方法，并探討了光伏產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和未來前景。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)支架；光伏支架安裝；太陽能；光伏發(fā)電；光伏產(chǎn)業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TK519 文章編號(hào)：1009-2374（2015）22-0091-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.045

石油、天然氣、煤炭等傳統(tǒng)能源一直是我們使用的常規(guī)能源，盡管它們?cè)?jīng)一度儲(chǔ)量豐富，但并不是取之不盡、用之不竭的。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，環(huán)境問題和能源匱乏成為全球的焦點(diǎn)，因此，必須要開發(fā)各種新能源來替代這些日漸枯竭的傳統(tǒng)能源。在人們不斷的研究下，太陽能、風(fēng)能等天然能源成為新能源的代表，它們是可再生能源，也是清潔能源。其中，太陽能是目前人們正在逐步擴(kuò)大利用的能源，不會(huì)污染環(huán)境，受到了許多國(guó)家的重視。

如何實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和新能源開發(fā)等手段，減少不必要的能源消耗和環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，給后人留下青山綠水，這就是低碳經(jīng)濟(jì)。保護(hù)環(huán)境是每一個(gè)人的責(zé)任，節(jié)能降耗勢(shì)在必行。而新能源的利用，充分發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，也符合國(guó)家關(guān)于節(jié)能降耗指標(biāo)的要求。

太陽能光伏發(fā)電能量是一種可再生能源，充分利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，節(jié)能環(huán)保，不破壞環(huán)境。在21世紀(jì)提倡環(huán)保的今天，太陽能光伏發(fā)電毫無疑問成為一種最為流行的發(fā)電系統(tǒng)。其實(shí)，早在100多年前，愛因斯坦就發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)，啟發(fā)了后人利用太陽能進(jìn)行發(fā)電。在20世紀(jì)50年代，美國(guó)科學(xué)家又研制出單晶硅太陽能電池，標(biāo)志著人們正式開始使用太陽能進(jìn)行發(fā)電。

當(dāng)能源危機(jī)頻頻襲來時(shí)，世界各國(guó)都開始了新能源的探索研究之路。太陽能在新能源中是不可或缺的一部分，是人們賴以生存和發(fā)展的可再生能源之一。將太陽能轉(zhuǎn)換成所需電能的技術(shù)，是光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要標(biāo)志。當(dāng)前，太陽能發(fā)電的重要組成部分太陽能光伏支架在我國(guó)逐漸興起，并越來越受到人們的重視和使用。

1 太陽能光伏支架的材質(zhì)問題和解決方法

1.1 存在的問題

太陽能光伏支架擁有許多優(yōu)點(diǎn)，如可重復(fù)利用、可靈活調(diào)整、材質(zhì)不生銹等，性能優(yōu)良，節(jié)省許多成本。目前，我國(guó)使用的太陽能光伏支架大多以材質(zhì)區(qū)分，主要材質(zhì)有混凝土、鋼、鋁三種。其中，混凝土支架重量較大，一般用于野外的大型電站，雖然有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，但是對(duì)環(huán)境的要求較高，常用來與外形巨大的電池板搭配使用。鋁合金支架常應(yīng)用于民用建筑，鋁材質(zhì)輕巧而美觀，并且抗腐蝕，使用壽命較長(zhǎng)，但無法應(yīng)用于大型光伏電站，而且成本較高。

相比而言，鋼支架的優(yōu)勢(shì)更加顯而易見，其性能穩(wěn)定、承載力強(qiáng)、耐腐蝕、美觀大方、成本較低，而且方便安裝，應(yīng)用范圍更加廣泛。安裝鋼結(jié)構(gòu)支架時(shí)，廠內(nèi)生產(chǎn)配件送至現(xiàn)場(chǎng)，方便簡(jiǎn)潔，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求將鋼支架有序安裝，速度快、效率高。不過，如果沒有完善的生產(chǎn)、安裝水平，不了解種類，在安裝時(shí)會(huì)有一定的問題，鋼支架對(duì)于生產(chǎn)、施工要求也高，因此成本較高。

1.2 解決的方法

我國(guó)太陽能光伏支架輕便，便于操作，因此選取的材質(zhì)多為鋼材質(zhì)，其中以以下兩種鋼材質(zhì)為主：

1.2.1 輕型結(jié)構(gòu)鋼。輕型結(jié)構(gòu)鋼是一種十分輕便的材質(zhì)，在安裝時(shí)，如果采取的是角鋼，那么可利用鋼的強(qiáng)度進(jìn)行支架安裝，鑒于角鋼型號(hào)有限，采用小方鋼安裝能夠解決這一問題。薄壁型鋼也是輕型結(jié)構(gòu)鋼的一種，這種鋼很薄，是通過冷彎或冷軋制成的異型鋼。這種鋼材質(zhì)雖然輕便，卻無法直接與絕大多數(shù)電池板直接連接，因此需要利用鋁壓塊、高強(qiáng)螺栓輔助固定，便于安裝。

1.2.2 普通結(jié)構(gòu)鋼。普通結(jié)構(gòu)鋼的材料多為成本較低的碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼，截面種類和加工方式多種多樣。太陽能光伏支架系統(tǒng)對(duì)于其截面有著固定要求。加工焊接型鋼時(shí)，根據(jù)厚度的不同和要求，進(jìn)行焊接加工。通過計(jì)算不同位置的受力情況，采用不同厚度的鋼板，方便安裝，大大節(jié)約材料。

1.3 太陽能支架對(duì)鋼材性能的要求

太陽能支架對(duì)于鋼性能要求很高。要求鋼材具有強(qiáng)大的抗拉性，使結(jié)構(gòu)更加安全可靠。另外就是鋼材的屈服點(diǎn)，屈服點(diǎn)越高，截面就越小，越能節(jié)省材料和成本。具有良好的塑性的鋼材質(zhì)，可以通過變形提醒結(jié)構(gòu)被破壞，使人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。提高鋼材質(zhì)塑性，有助于增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的承載力。

良好的韌性有助于結(jié)構(gòu)更加牢固，即使遭遇外力破壞，也可以以充足的能量維系整個(gè)結(jié)構(gòu)，提升結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。尤其是在環(huán)境條件惡劣的電站，由于風(fēng)力較大而產(chǎn)生的風(fēng)振效應(yīng)，能夠因鋼材質(zhì)的強(qiáng)大韌性維系結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行。此外，鋼的抗疲勞性也能夠使整個(gè)結(jié)構(gòu)更加牢固可靠，抵御外力的侵襲。

對(duì)于鋼材質(zhì)而言，加工性能是否良好也關(guān)系到結(jié)構(gòu)質(zhì)量。具備良好加工性能的鋼材質(zhì)，可塑性很高，可以加工成結(jié)構(gòu)所需要的各種零部件，而且這些零部件無一例外，其強(qiáng)度、塑性等性能頗佳。

支架的使用壽命關(guān)系到太陽能光伏系統(tǒng)的使用壽命，因此要求支架要具有極佳的耐用性和抗腐蝕性能。牽一發(fā)而動(dòng)全身，支架的好壞影響了整個(gè)結(jié)構(gòu)，甚至對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重的威脅。

對(duì)于支架鋼材質(zhì)的選擇要以價(jià)格和生產(chǎn)工藝為主，應(yīng)選擇價(jià)格便宜、易于生產(chǎn)加工的鋼。

1.4 新型太陽能鋼結(jié)構(gòu)支架技術(shù)性分析

角鋼材質(zhì)的太陽能支架有許多限制因素，究其原因，主要是受限于鋼材質(zhì)量，有好有壞，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)還要進(jìn)行鉆孔，不能確保鋼材鉆孔后依然如舊，會(huì)因鉆孔而受到腐蝕。由此可見，角鋼支架迫切需要材料更新，尋求更新的材料替代角鋼，確保鉆孔后不易受到腐蝕的侵襲。其中異形冷彎薄壁型鋼是可以大批量工廠生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)組裝的鋼材質(zhì)，具有節(jié)省材料、提前進(jìn)行防腐處理、提高效率和壽命等優(yōu)點(diǎn)。異形冷彎薄壁型鋼式支架成為我國(guó)新型太陽能鋼結(jié)構(gòu)支架的一種。

工廠預(yù)制整體式鋼支架的現(xiàn)場(chǎng)安裝也較為簡(jiǎn)單，只要根據(jù)支架的模塊進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝即可，大大提高施工效率，常用于大規(guī)模電站中。這種新型太陽能鋼結(jié)構(gòu)支架對(duì)于材料和安裝的要求都很高。

2 太陽能光伏支架的安裝存在的問題及其解決方法

2.1 太陽能光伏支架的組件

焊接和拼裝是太陽能支架的兩種主要連接方式。焊接對(duì)于角鋼的要求較低，價(jià)格較低，連接效果較好，較為牢固，應(yīng)用較為普遍。焊接存在的問題是，連接點(diǎn)很容易發(fā)生腐蝕，在維護(hù)成本上會(huì)較高，每隔一年就要進(jìn)行防腐工作，避免支架發(fā)生問題，由于維護(hù)工作較為麻煩，而且費(fèi)用較高，因此，焊接成本是很高的。除此之外，焊接應(yīng)用于野外安裝時(shí)會(huì)耗費(fèi)許多電量，同樣會(huì)增加成本。焊接對(duì)于材料要求雖然較低，連接效果好，但工藝略顯粗糙，支架不美觀，越來越不符合人們的審美需求。因此，光伏支架已逐漸不適宜采用焊接支架。

槽型鋼正在逐漸替代這些焊接支架，用來克服以上出現(xiàn)的問題。槽型鋼成品支架作為拼裝支架的一種，現(xiàn)場(chǎng)不需要焊接，可直接在現(xiàn)場(chǎng)靠螺栓拼裝，安裝速度快，美觀大方，十分耐用，便于調(diào)整，這種支架的生產(chǎn)主要使槽鋼之間連接方便、牢固，可方便拆卸。

2.2 太陽能光伏支架底座的連接

雙排立柱式支架的形式要根據(jù)實(shí)際情況而定，一般情況下，屋頂太陽能建設(shè)可采取混凝土塊配重和預(yù)埋件的方法，太陽能電站的建設(shè)采取地錨法和直埋式。不同的方法應(yīng)用于不同的方面，就會(huì)收到不同的效果。前兩種方法主要是防止屋頂防水層結(jié)構(gòu)被破壞，后兩種應(yīng)用于整個(gè)電站，是為了提高電站的安全性和可靠性，從而正常運(yùn)行。

在太陽能電站的建設(shè)中，地錨法的安全系數(shù)很高，是建設(shè)時(shí)常用的方法。不過，采用地錨法會(huì)付出很高的成本，精心設(shè)計(jì)和定做，才能使支架的連接部位更加牢固。直埋式與地錨法相比更加簡(jiǎn)便，也不需要特別定做。不過，進(jìn)行直埋式方法之前，要進(jìn)行地理勘測(cè)實(shí)驗(yàn)，確保地質(zhì)十分適合直埋式。太陽能光伏支架更適合采取直埋法，這是由于其排布方式受到電池板的制約。

2.3 新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝

2.3.1 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接。新型冷彎薄壁型太陽能支架的材料主要是由各種混合的鋼塑料連接而成，一般情況下，要提前預(yù)定和制作。由于這些鋼塑料多種多樣，因此使用范圍較為廣泛，只要符合安裝條件即可。確保鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接方式正確，是支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

前提。

2.3.2 支架與基礎(chǔ)連接。新型冷彎薄壁型太陽能支架與基礎(chǔ)的連接方式一般較為獨(dú)立，不過在條件較差的環(huán)境下，最好采用條形基礎(chǔ)等能夠適應(yīng)較差地質(zhì)的

基礎(chǔ)。

2.3.3 支架檁條連接。支架檁條連接有三種方式：剛接、鉸接、半剛接，以鉸接最為方便。遭遇風(fēng)大等惡劣的環(huán)境時(shí)，應(yīng)采取剛接的方式確保支架的梁、柱牢固。半剛接擁有鉸接不具備的性能，也彌補(bǔ)了剛接復(fù)雜的施工，大有彌補(bǔ)二者之短的優(yōu)勢(shì)。不過施工中一般不采取半剛接。

2.4 太陽能光伏支架系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)

太陽能光伏支架對(duì)于工藝的要求很高，從材料來看，型鋼若要提高質(zhì)量，就應(yīng)該以嫻熟的鍍鋅工藝進(jìn)行制造，并滿足相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。由于鍍鋅工藝要求極高，從鍍鋅層的厚度到制造方面，均應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如果有一點(diǎn)不符合規(guī)定，就可能導(dǎo)致在使用中出現(xiàn)問題，如腐蝕。其中對(duì)鋼腐蝕影響最大的就是鹵素，其腐蝕速度之快、范圍之大，會(huì)迅速造成支架薄弱，造成嚴(yán)重的質(zhì)量問題。由此可見，制造出高標(biāo)準(zhǔn)的太陽能光伏支架的前提是應(yīng)具有高水平的鍍鋅工藝。

從連接看，型鋼的連接方法亦需要巧妙構(gòu)思和不斷開發(fā)。許多人為此進(jìn)行多年研究，并形成了屬于型鋼的一套行之有效的連接方法。在連接上，不僅要考慮到連接件安全性，還要考慮到槽鋼各方面的設(shè)計(jì)如節(jié)約鋼材，安裝方便，成本降低，調(diào)節(jié)快捷。簡(jiǎn)而言之，型鋼的連接方法需要不斷挖掘，才能跟上日新月異的科學(xué)

發(fā)展。

從應(yīng)用看，如果是雙面槽鋼，其必然要有很大的承載力，因此應(yīng)采用背靠背焊接。利用壓力激光焊接和電焊會(huì)起到全然不同的效果，前者可以實(shí)現(xiàn)背靠背焊接的目的，使雙面槽鋼合二為一，均勻連接，美觀大方；而后者可以實(shí)現(xiàn)槽鋼連接，但卻不能做到完全連接，也可用方管鋼來完成較佳。

3 太陽能光伏發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年來，我國(guó)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)如雨后春筍，發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。盡管成績(jī)驕人，卻也存在一定的問題，如技術(shù)落后、發(fā)展不均衡等。比如，多晶硅原料生產(chǎn)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然很落后，而且能源消耗很高，不能滿足目前的需求，因?yàn)槎嗑Ч柙现饕蕾囘M(jìn)口。

在巨大的需求壓力之下，我國(guó)一些企業(yè)開始不斷研究和開發(fā)多晶硅原料生產(chǎn)技術(shù)，并進(jìn)行實(shí)地生產(chǎn)，相信在不久的將來，這種依賴進(jìn)口的局面會(huì)有所改善。

我國(guó)太陽能電池制造可謂勢(shì)頭強(qiáng)勁，發(fā)展速度很快，可價(jià)位太高，多數(shù)只能依賴出口。目前我國(guó)太陽能電池自主研發(fā)能力依然有限，沒有取得太大的進(jìn)步，長(zhǎng)此以往也不利于發(fā)展。

我國(guó)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速的國(guó)家之一，在光伏發(fā)電技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域中依然與先進(jìn)水平有很大的差距。由于光伏發(fā)電的成本很高，所以暫時(shí)無法完全普及。光伏產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)雖然很多，產(chǎn)量也很大，但只注重?cái)?shù)量、不注重質(zhì)量的現(xiàn)象依然很嚴(yán)重，因此光伏產(chǎn)品在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀并不樂觀。

光伏產(chǎn)業(yè)作為一種新興的產(chǎn)業(yè)，有很多值得借鑒和推廣的理由。在能源嚴(yán)重不足的情況下，光伏產(chǎn)業(yè)可以對(duì)能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的調(diào)整，使人們不再過分依賴于不可再生的能源，促進(jìn)新能源的研究和發(fā)展，維持生態(tài)平衡，保護(hù)環(huán)境。

4 未來展望

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)十分樂觀，盡管目前處于初步階段，但隨著啟動(dòng)光伏發(fā)電城市和電站的試點(diǎn)的逐步展開，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)將會(huì)走向正軌?？v觀全球，光伏產(chǎn)業(yè)也正處于起步階段，其發(fā)展離不開政策的大力扶持和技術(shù)的不斷革新。隨著時(shí)間的不斷推移，光伏市場(chǎng)將會(huì)步入一個(gè)飛速發(fā)展的階段。

我國(guó)擁有豐富的太陽能資源，2/3的國(guó)度都會(huì)被太陽照射，具有天然資源優(yōu)勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年地表吸收的太陽能，相當(dāng)于2.4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，這樣龐大的數(shù)字使得我國(guó)太陽能資源優(yōu)勢(shì)十分明顯。太陽能擁有許多優(yōu)勢(shì)：清潔、可靠、安全、無污染。太陽能技術(shù)也在不斷成熟，從而滿足不斷增長(zhǎng)的能源需求。與其他產(chǎn)業(yè)相比，光伏產(chǎn)業(yè)是21世紀(jì)最為耀眼的新興產(chǎn)業(yè)。

太陽能是可再生能源，因此是我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展的能源對(duì)象。備受能源短缺困擾的一些國(guó)家，迫切需要這樣的能源來彌補(bǔ)自身不足，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)正是在這樣的背景下得到迅速發(fā)展。在政府政策的大力扶持下，我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的前景將會(huì)更為廣闊。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）