北方大風(fēng)地區(qū)光伏電站平單軸跟蹤支架抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

任超 丁極梟 馬曉艷

摘要：目的：北方大風(fēng)地區(qū)光電站平單軸跟蹤支架受風(fēng)力影響較大，可能造成支架及組件變形及損壞，通過探討分析北方某光伏電站平單軸跟蹤支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用效果，為光伏電站平單軸支架抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參考和幫助。方法：根據(jù)光伏電站場(chǎng)區(qū)實(shí)際情況，包括地理位置、方陣布置、風(fēng)力狀況、平單軸支架形式等，對(duì)平單軸支架抗風(fēng)方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是支架材質(zhì)加固和自動(dòng)抗風(fēng)模式調(diào)整這兩方面。結(jié)果：平單軸支架抗風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)效果良好，抗風(fēng)能力較強(qiáng)。結(jié)論：通過對(duì)大風(fēng)地區(qū)光伏電站平單軸支架抗風(fēng)能力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了支架抗風(fēng)能力，為同類光伏電站抗風(fēng)設(shè)計(jì)做技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：光伏電站;平單軸跟蹤支架;抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

0? ?引言

本光伏電站是我國(guó)北方首次大規(guī)模應(yīng)用平單軸跟蹤支架，本電站區(qū)域大風(fēng)天氣較多，大風(fēng)對(duì)平單軸跟蹤支架有很大影響，因此平單軸支架的抗風(fēng)能力是一個(gè)重點(diǎn)問題。在前期設(shè)計(jì)及后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán)節(jié)，需要重點(diǎn)考慮抗風(fēng)能力，以滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

1? ?本光伏電站簡(jiǎn)介

本光伏電站位于吉林省白城市，容量為200MW，2018年6月開工建設(shè)，2018年12月投產(chǎn)發(fā)電。20%的容量安裝固定傾角支架，配單面310W組件;80%的容量安裝平單軸跟蹤支架，配雙面雙玻370W組件。平單軸支架基礎(chǔ)為水泥管樁，為了滿足電站農(nóng)光互補(bǔ)“光伏+農(nóng)牧業(yè)”要求，采用管樁高支架，管樁地上部分高度為2.5米，地下部分深度3.5米。管樁上部焊接金屬立柱，高度0.9m，合計(jì)支架總高度3.4米。平單軸支架分為兩種形式，一種是八組聯(lián)動(dòng)形式，一種是單軸回轉(zhuǎn)形式。

2? ?平單軸支架抗風(fēng)設(shè)計(jì)

白城地區(qū)處于大興安嶺和長(zhǎng)白山脈之間的西南氣流通道上，地勢(shì)平坦，相對(duì)高差十余米，是吉林省太陽(yáng)能、風(fēng)能儲(chǔ)量最豐富的地區(qū)之一。秋季冬季盛行西北風(fēng)，春季盛行西南風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，風(fēng)速季節(jié)變化明顯，春季平均風(fēng)速4.1m/s，最大風(fēng)速35m/s。本電站地區(qū)平均風(fēng)速為2.9m/s，最大風(fēng)速（10分鐘平均）為24m/s，極大風(fēng)速（2005年以后）30.1m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)。

光伏組件支架上作用的荷載主要是風(fēng)荷載引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，因此，設(shè)計(jì)時(shí)考慮在多年最大風(fēng)速作用下，對(duì)支架應(yīng)進(jìn)行承載力、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。

2.1? 平單軸支架防風(fēng)角度調(diào)整

八組聯(lián)動(dòng)支架抗風(fēng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)四周圍欄處方陣進(jìn)行加固處理，在外側(cè)方陣7根立柱上都安裝阻尼器，增強(qiáng)抗風(fēng)能力。在后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán)節(jié)，所有方陣大風(fēng)保護(hù)動(dòng)作值為16米/秒，所有支架傾角設(shè)置為迎風(fēng)15°角，便于迎風(fēng)抵抗風(fēng)力。

單軸回轉(zhuǎn)支架抗風(fēng)設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)四周圍欄處方陣進(jìn)行加固處理，每組7根立柱，在兩側(cè)共4根立柱上安裝阻尼器，增強(qiáng)抗風(fēng)能力。在后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試環(huán)節(jié)，對(duì)外圍方陣的大風(fēng)保護(hù)模式進(jìn)行具體優(yōu)化。外圍三排方陣大風(fēng)保護(hù)動(dòng)作值為12米/秒，支架傾角設(shè)置為20°角，便于迎風(fēng)抵抗風(fēng)力。內(nèi)部方陣大風(fēng)保護(hù)動(dòng)作值為14米/秒，支架放平至0°角。

2.2 平單軸支架

白城地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)，光伏電站四周受風(fēng)力最大，風(fēng)力到電站中間部位時(shí)，風(fēng)力已經(jīng)受子陣阻擋而減弱，所以四周子陣防風(fēng)措施設(shè)計(jì)要高于中間子陣。

平單軸設(shè)備防風(fēng)設(shè)計(jì)主要考慮兩方面因素，一是支架的材質(zhì)、強(qiáng)度要滿足要求，二是安裝抗風(fēng)阻尼器。

2.2.1 加裝阻尼器進(jìn)行加固

設(shè)計(jì)時(shí)考慮當(dāng)?shù)仫L(fēng)載荷較大且起風(fēng)較頻繁，因此在每個(gè)立柱上各安裝一個(gè)阻尼桿來(lái)減振吸收和傳遞風(fēng)載荷能量，由此可大幅度削弱和減小風(fēng)載荷對(duì)跟蹤系統(tǒng)造成的負(fù)荷，減小對(duì)于推拉桿和驅(qū)動(dòng)臂的沖擊，考慮前后排對(duì)風(fēng)速的折減（折減系數(shù)為0.42～0.67），并且每個(gè)立柱上安裝阻尼桿也會(huì)減小和削弱風(fēng)載荷對(duì)跟蹤支架的受力（單向阻尼桿可減小風(fēng)載荷受力約56%）。因此中間子陣的阻尼器安裝數(shù)量為在單套聯(lián)動(dòng)中的第一排和第八排中間的立柱上采用雙阻尼桿，中間排的立柱上采用個(gè)單阻尼器，受力計(jì)算分析中顯示可滿足設(shè)計(jì)工況時(shí)的安全運(yùn)行。

2.2.2推拉桿采用格構(gòu)式高強(qiáng)鋼材質(zhì)加固：

考慮到在非運(yùn)行工況（安裝過程中板面0°放平，而非設(shè)計(jì)工況的迎風(fēng)15°），并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，大風(fēng)保護(hù)0°放平狀態(tài)雖然減小了跟蹤支架的受風(fēng)載荷，但也使阻尼桿的作用沒有得到有效地發(fā)揮造成跟蹤支架的不穩(wěn)定。為了消除現(xiàn)場(chǎng)由于風(fēng)力風(fēng)向變化的不確定性在非運(yùn)行工況時(shí)對(duì)支架造成的影響，增加跟蹤支架適應(yīng)各種工況下的安全儲(chǔ)備，對(duì)跟蹤支架的部分構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸獭?/p>

2.2.3推拉桿防風(fēng)抗拉、抗壓加固：

在原格構(gòu)件四個(gè)角上用G550高強(qiáng)鋼折彎件四周包角，用螺釘固定住，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)看第三根和第五根推拉桿受力最大，所以選取1.5mm的高強(qiáng)鋼材質(zhì)14.1m的格構(gòu)四個(gè)角全長(zhǎng)加固。其中第一、二、六、七根受力較小，選取1.0mm高強(qiáng)鋼材質(zhì)全長(zhǎng)加固，并且在兩側(cè)和下面用鋼筋拉住防止其產(chǎn)生大的變形。第四根推拉桿中間固定往兩頭推拉，受力長(zhǎng)度只有其他推拉桿的一半，也采用全長(zhǎng)包邊為了防止局部屈曲，在中間壓板部位再打豎支撐局部加強(qiáng)。

3? 單軸回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)平單軸跟蹤支架抗風(fēng)能力優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到白城地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，大風(fēng)保護(hù)0°放平狀態(tài)雖然減小了跟蹤支架的受風(fēng)載荷，但也使阻尼桿的作用沒有得到有效地發(fā)揮造成跟蹤支架的不穩(wěn)定。為了消除現(xiàn)場(chǎng)由于風(fēng)力、風(fēng)向變化的不確定性在非運(yùn)行工況時(shí)對(duì)支架造成的影響，增加跟蹤支架適應(yīng)各種工況下的安全儲(chǔ)備，對(duì)跟蹤支架的部分構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化加固。

中間子陣每組7個(gè)立柱上，兩側(cè)各1個(gè)立柱安裝雙阻尼器，靠圍欄邊緣側(cè)方陣，進(jìn)行抗風(fēng)加固，每組7個(gè)立柱上，兩側(cè)各2個(gè)立柱上均安裝阻尼器，加強(qiáng)抗風(fēng)能力。

光伏電站中間處平單軸支架，當(dāng)風(fēng)速超過14米/秒時(shí)，啟動(dòng)大風(fēng)保護(hù)模式，本子陣全部支架傾角轉(zhuǎn)動(dòng)到放平0°角?？捎行П苊怙L(fēng)力的影響。

光伏電站四周平單軸支架，當(dāng)風(fēng)速超過12米/秒時(shí)，啟動(dòng)大風(fēng)保護(hù)模式。本子陣的外三排支架傾角轉(zhuǎn)動(dòng)到迎風(fēng)20°角，可有效抵抗風(fēng)力的影響。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

北方大風(fēng)地區(qū)某光伏電站首次大規(guī)模應(yīng)用平單軸跟蹤支架，根據(jù)場(chǎng)區(qū)實(shí)際情況，優(yōu)化平單軸支架抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)，主要有兩方面，一是進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)強(qiáng)度加固，二是大風(fēng)保護(hù)模式優(yōu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過冬春季節(jié)的大風(fēng)天氣實(shí)際測(cè)試，抗風(fēng)能力強(qiáng)，效果良好，有效抵御北方大風(fēng)氣候，保證了設(shè)備安全運(yùn)行。

希望本文能夠?qū)夥娬镜钠絾屋S支架抗風(fēng)能力設(shè)計(jì)提供幫助，敬請(qǐng)行業(yè)人士參考。

[參考文獻(xiàn)]：無(wú)

作者簡(jiǎn)介：

作者1：姓名：任超;出生年：1980年4月7日;性別：男;工作單位：國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司;研究方向：新能源風(fēng)電、光伏電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維;單作者2：姓名：宋興華;出生年：1972年12月21日;性別：男;工作單位：國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司;研究方向：新能源風(fēng)電、光伏電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維;作者3：姓名：馬曉艷;出生年：1980年3月23日;性別：女;工作單位：國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司;研究方向：新能源風(fēng)電、光伏電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維;作者4：姓名：王金仁;出生年：1985年5月8日;性別：男;工作單位：國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司;研究方向：新能源風(fēng)電、光伏電站設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維;