山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程施工技術(shù)研究

涂立群

中能建廣西開發(fā)投資有限公司 廣西 南寧 530000

引言

隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，出臺(tái)了一系列的政策和方針，為新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了諸多的支持，其中太陽能光伏發(fā)電工程作為現(xiàn)階段國家重點(diǎn)扶持的新能源項(xiàng)目，將其與農(nóng)光互補(bǔ)進(jìn)行有效結(jié)合，既能夠有效保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境，減少能源消耗，還能夠獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是對于一些偏遠(yuǎn)山區(qū)，通過建設(shè)山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程，能夠?qū)崿F(xiàn)對區(qū)域清潔能源的高效利用，提高土地的利用率，改善區(qū)域的道路條件，還能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)電盈利。

1 工程概況

以浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程為研究對象，占地面積達(dá)到1200畝以上，總投資5億元左右，裝機(jī)容量70MWp，項(xiàng)目建成后預(yù)計(jì)年發(fā)電量達(dá)到3000萬千瓦，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約62000t，減少排放二氧化碳約200000t、氮氧化物約2600t、二氧化硫約6300t。該工程項(xiàng)目的構(gòu)成部分包括光伏組件、并網(wǎng)逆變器、匯流箱、升壓站、計(jì)量裝置、集電線路等[1]。該山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)于荒山荒坡上，有效利用了光伏支架下部的閑置土地，遵循“棚上發(fā)電、棚下種植、農(nóng)光互補(bǔ)”的建設(shè)理念，通過鋼質(zhì)骨架上覆蓋太陽能電池板施工安裝，由20多萬塊太陽能電池板構(gòu)成，建成后的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程如圖1所示。

圖1 山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程

2 山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程的施工難點(diǎn)

在山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用過程中，要想在最大程度上提高太陽能能源的利用效率，就需要充分分析地形水平面的總輻射量、散射輻射量、直接輻射量、區(qū)域內(nèi)各月的平均氣溫與平均風(fēng)速，方可精準(zhǔn)地判斷太陽能資源，從而為后續(xù)光伏發(fā)電項(xiàng)目的投資評估提供有效的依據(jù)[2]。目前，我國光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)地址多位于山地、開闊的沙漠等地區(qū)，所以該項(xiàng)目建設(shè)具有地形起伏坡度較大、電站的跨越少、山體存在砂卵礫石層等特點(diǎn)。

據(jù)調(diào)查可知，浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程施工面臨著以下難題：第一，山地農(nóng)光互補(bǔ)光工程在排布設(shè)計(jì)上要求必須保護(hù)好原有的地形地貌，通過綜合利用山地資源，達(dá)到“光伏發(fā)電＋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)”疊加效果，特點(diǎn)是支架比較高，難以有效控制支架的垂直度。第二，安裝施工地點(diǎn)比較偏僻，運(yùn)輸量較大，山頂風(fēng)大且粉塵大，光伏組件存在眾多的插接頭，連接質(zhì)量直接受到成品保護(hù)的影響。第三，山地的地形條件比較復(fù)雜，交直流線纜數(shù)量眾多，要想有效控制施工安裝成本，需要采取有效措施來減少損耗。第四，施工工期比較緊張，相關(guān)設(shè)備安裝的跨度較大，作業(yè)面分散，安裝質(zhì)量與實(shí)施控制難度較大，必須采取分段與分區(qū)安裝施工方案，并要求在規(guī)定期間內(nèi)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電[3]。

3 山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程施工技術(shù)

3.1 鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)的相關(guān)施工技術(shù)

鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)是山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程安裝的重要工序，為能夠保證后續(xù)光伏支架及其組件安裝的成形質(zhì)量，首先必須保證鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)的安裝質(zhì)量。預(yù)埋樁在施工過程中采用陣列布置的形式，一般需要先準(zhǔn)確定位基準(zhǔn)點(diǎn)，并嚴(yán)格控制拉線，由于不同陣列的縱橫向分別拉線，往往會(huì)發(fā)生橫向一條線與縱向存在偏差的情況。為能夠有效解決這一問題，需要在鉆孔灌注預(yù)埋樁基礎(chǔ)施工過程中采用適宜的施工技術(shù)，即軸線定位控制技術(shù)。在“線”控制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了“面”控制，通過構(gòu)建一個(gè)“三角架”，依托于等腰直角三角形的特征（兩邊垂直且相等），在首排預(yù)埋樁中心的上方設(shè)置直角點(diǎn)，一邊與一側(cè)保持平行狀態(tài)，另一邊頂點(diǎn)則作為另一排預(yù)埋樁的起點(diǎn)，在地上對其進(jìn)行妥善固定，保證兩排樁對齊，且預(yù)埋樁均位于同一軸線，從而確保各陣列在橫向與縱向上都處于一條線上[4]。對于“三角架”控制工具的制作，需要結(jié)合光伏發(fā)電工程的實(shí)際情況，選擇適宜規(guī)格的方管制成邊長合適的等腰直角三角形，并將一根規(guī)格適宜的方管焊接在斜邊中點(diǎn)至直角的位置，為能夠獲得良好的加固效果，需要在使用圓鋼在“三角架”控制工具的各個(gè)頂點(diǎn)焊接一條支腿。

山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程的光伏發(fā)電功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于光伏支架上方，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的開展則依賴于光伏支架下方，所以，垂直度控制是整個(gè)工程安裝施工的重難點(diǎn)。要想確保理想的光伏支架垂直度控制效果，就必須保證基礎(chǔ)鉆孔灌注預(yù)埋樁的成形垂直度符合工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)?；诖?，在鉆孔灌注預(yù)埋樁安裝施工過程中，需要合理運(yùn)用垂直度控制技術(shù)，即先采用機(jī)械手段完成鉆孔作業(yè)，嚴(yán)格控制孔深與孔徑，再安裝外徑為89mm的鍍鋅鋼管預(yù)埋樁，因?yàn)榭椎膬?nèi)徑與樁的外徑之間有著一定的間隙，一般在混凝土澆筑作業(yè)中缺少合理定位，加上振動(dòng)等因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致混凝土成形以后一些預(yù)埋樁垂直度無法滿足光伏發(fā)電工程安裝施工要求，嚴(yán)重影響到下一道工序光伏支架的安裝質(zhì)量和安裝成效效果?；谶@一問題，可在預(yù)埋樁安裝期間采用輔助垂直定位工具——具有兩個(gè)套筒的“雙環(huán)組件”，將預(yù)埋樁外壁與鉆孔內(nèi)壁作為彼此作用的支撐點(diǎn)，借助于有效限位的方法確?；炷翝仓陂g預(yù)埋樁的垂直度符合標(biāo)準(zhǔn)[5]。關(guān)于這一輔助垂直定位工具的應(yīng)用，可先將該工具由上向下套入到預(yù)埋樁管，只有雙環(huán)組件的扁鋼支撐件和地面處于水平狀態(tài)時(shí)，才表明輔助垂直定位工具放置到位，能夠很好地支撐外環(huán)和機(jī)械成孔的內(nèi)壁，并有效校直內(nèi)環(huán)和預(yù)埋樁管的外壁，使二者牢牢貼緊，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)外環(huán)與預(yù)埋樁管之間的中心合一，保障預(yù)埋管樁垂直度?！半p環(huán)組件”定位預(yù)埋樁垂直度控制技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)為：組件可重復(fù)循環(huán)使用，操作簡便，能夠減輕施工人員的工作強(qiáng)度，提高安裝效率，并有效控制混凝土澆筑期間預(yù)埋樁的垂直度。

3.2 光伏支架結(jié)構(gòu)安裝的施工技術(shù)

在浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程的施工過程中，光伏支架結(jié)構(gòu)安裝主要涉及以下兩個(gè)部分：一是冬暖式大棚光伏支架。施工人員需要結(jié)合電池組件的尺寸大小，來采用鋁合金支架或是三角形鋼支架進(jìn)行光伏電池組件支架，本工程項(xiàng)目的光伏支架屬于固定式支架，傾度為30°，電池組件的尺寸均為長1.65m、寬0.99m、厚0.04m，大棚尺寸為跨度10m、長度90m，各大棚布置光伏板共265塊，選擇豎放的方式進(jìn)行電池板布設(shè)；為能夠有效提高光伏板的基礎(chǔ)建設(shè)承載能力，本工程項(xiàng)目采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁作為基礎(chǔ)，且在冬暖棚后墻中進(jìn)行砌筑，選擇固定式鋼支架作為光伏支架，配合大棚開展安裝施工作業(yè)。二是拱形大棚跟蹤光伏支架，將三角形鋼支架作為其電池組件的支架，其屬于單軸跟蹤式支架，轉(zhuǎn)動(dòng)范圍控制在-45°至45°之間，該支架主要由主柱、主梁、短梁、拉索、法連連接等組成，安裝在拱棚兩側(cè)，能夠結(jié)合太陽光角度的變化來對支架角度進(jìn)行自動(dòng)、合理地調(diào)整，促使光伏支架處于最佳傾角，從而顯著提高光伏發(fā)電量。需要強(qiáng)調(diào)的是：由于受到各種荷載組合的影響，光伏支架必須符合山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程建設(shè)對強(qiáng)度、穩(wěn)定以及剛度等各項(xiàng)參數(shù)的要求，為保證整個(gè)光伏支架結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性，必須合理選擇布置形式，保證其受力協(xié)調(diào)，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中問題，還需結(jié)合計(jì)算受力大小來明確各桿件的適宜截面大小，既要保證桿件的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，還要盡可能減少鋼材的消耗。

3.3 光伏組件MC4插接頭的安裝技術(shù)

在浙江某農(nóng)村地區(qū)的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程中，各陣列中均布置了18塊光伏組件，且各光伏組件都選擇MC4插接頭進(jìn)行連接與串聯(lián)，從而構(gòu)成數(shù)千個(gè)陣列。在實(shí)際施工過程中需要用到大量的MC4插接頭，為保證光伏組件MC4插接頭的安裝質(zhì)量和安裝效率，施工人員需要先采取有效密封措施對MC4插接頭進(jìn)行保護(hù)，確保接頭的清潔度與連接的有效性，在以往的安裝施工中多選擇薄膜與膠帶紙包封的方式，施工人員的操作是否規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)直接影響到MC4插接頭的保護(hù)效果。與此同時(shí)，本工程項(xiàng)目施工現(xiàn)場存在大量的粉塵，只有切實(shí)做好MC4插接頭的密封保護(hù)工作，才能夠保證最終的安裝效果，所以本工程項(xiàng)目經(jīng)過多方研究和協(xié)商以后，決定選擇“專用防塵帽”對MC4插接頭進(jìn)行密封保護(hù)。另外，在“專用防塵帽”采購環(huán)節(jié)，建設(shè)方需要嚴(yán)格依據(jù)光伏組件訂貨的技術(shù)要求，與聲譽(yù)良好、性價(jià)比高的生產(chǎn)廠家合同，簽訂“專用防塵帽”成套供應(yīng)合同。由于光伏組件數(shù)量眾多，往往需要分批次供貨，所以在專用防塵帽采購過程中，需要結(jié)合光伏組件的整體實(shí)力、安裝進(jìn)度等情況來適量購入防塵帽[6]。

3.4 直流線纜的敷設(shè)技術(shù)

本工程項(xiàng)目中每一臺(tái)逆變器均與16個(gè)光伏組串相連，且每一個(gè)組串中安裝了18塊光伏組件，通常采用直流線纜串聯(lián)的方式對所有光伏組串進(jìn)行連接，并從檁條處開始進(jìn)行敷設(shè)，再從支架立柱引下，于逆變器直流側(cè)進(jìn)行直埋敷設(shè)。在實(shí)際操作中，由于光伏組件直流線纜數(shù)量眾多，傳統(tǒng)的安裝施工方式存在固定點(diǎn)不均勻、耗時(shí)耗力、觀感不佳等缺點(diǎn)，加上明敷設(shè)直流線纜往往會(huì)遭受陽光直射，致使直流線纜的絕緣老化速度加快。為解決上述問題，可選擇直流線纜隱蔽式敷設(shè)技術(shù)，以進(jìn)一步優(yōu)化直流線纜的敷設(shè)方式，更好地保證直流線纜，具體操作流程包括：①通過合理調(diào)整光伏組件安裝與直流線纜敷設(shè)的先后順序，改變之前沿檁條明敷的方式，選擇在檁條槽內(nèi)進(jìn)行敷設(shè)，這樣做能夠呈現(xiàn)出更為整潔、美觀的敷設(shè)效果；②針對光伏組串之間、沿立柱引下的直流光伏線纜，需要結(jié)合線纜的具體數(shù)量，采用相應(yīng)直徑的PVC管保護(hù)，注意保護(hù)管截面積必須小于線纜截面，從而有效防止陽光直射對線纜絕緣的負(fù)面影響，還能夠讓線纜布置整齊。

3.5 交流電纜的安裝技術(shù)

為避免電纜敷設(shè)后出現(xiàn)交叉、雜亂或是損壞過大等不良現(xiàn)象，在本工程項(xiàng)目安裝施工過程中，決定借助于先進(jìn)的信息技術(shù)手段，結(jié)合施工設(shè)計(jì)圖構(gòu)建相應(yīng)的三維數(shù)字模型，通過碰撞檢查來進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)施工圖紙，精準(zhǔn)定位與編號(hào)光伏發(fā)電工程中所用的每一根電纜敷設(shè)位置，從而在實(shí)際施工安裝過程中依據(jù)編碼進(jìn)行電纜預(yù)制加工、安裝及敷設(shè)，實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)無交叉，將施工損耗控制在合理范圍之內(nèi)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在以往的光伏發(fā)電工程建設(shè)中，普遍存在光伏板下通風(fēng)效果、采光效果不佳等問題，在很大程度上限制了農(nóng)作物的生長?；谶@一問題，通過將農(nóng)光互補(bǔ)與光伏發(fā)電技術(shù)有效結(jié)合，采用科學(xué)、先進(jìn)的施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽能資源的高效開發(fā)利用，提高山地資源的利用率，從而建造一座高水準(zhǔn)的山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電工程，獲得更大化的綜合效益。