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光伏支架係統的選取和使用

2020-08-12 11:25:20

光伏發電廠家


近年來,我國光伏業發展迅速,但近期在歐美發達國家的圍剿下,已經舉步維艱,隻能轉向國內市場。目前隻有采用新思路、新設計、新材料,為國內用戶提供安全、經濟、可靠、多功能的鋼結構支架,才能為光伏發電廠家在國內的全麵推廣與發展提供更廣闊的運用空間。


引言:隨著我國綠色經濟的快速發展,單晶矽/多晶矽光伏發電和薄膜BIPV技術日趨成熟。鋼結構與其它結構相比,在使用功能、設計、施工以及綜合造價方麵都具有巨大優勢。因此,積極開發、生產新型鋼結構光伏支架體係替代現有角鋼支架體係有著重要意義。


1、太陽能鋼支架用鋼類型

目前鑒於太陽能光伏支架結構簡單、體積小的特性,在選用鋼材上大多以輕型結構鋼和小截麵普通型鋼結構鋼為主。


輕型結構鋼:輕型結構鋼主要是指圓鋼、小角鋼和薄壁型鋼。其中,角鋼用作支撐構件時,能較好的利用鋼材的強度,並且利於整體支架的安裝,但用作受彎和受壓構件時,產生的變形相對較大。目前,國標的角鋼相對於太陽能支架來說,可選的型號不多,故而需要更多的小角鋼型號來適應目前飛速發展的太陽能市場。薄壁型鋼的檁條構件,一般采用壁厚1.5-5mm的薄鋼板,經冷彎或冷軋後製成各種不同截麵形式及尺寸的薄壁型鋼製品。與熱軋型鋼相比,在相同截麵麵積的情況下,薄壁型鋼的回轉半徑可增大50-60%,截麵慣性矩和抵抗矩可增大0.5-3倍,因而能較為合理地利用材料的強度,但是由於薄壁型鋼的加工大多是在工廠,需要高精度的鑽孔才能和光伏電池板後的螺絲孔配合。工廠加工鑽扣後,才能熱鍍鋅防鏽;運至現場安裝時,由於鋼材截麵小,工具難以操作,施工較為困難。目前國內的大多數電池板無法直接和薄壁型鋼連接安裝,均需要其他輔助固定結構(如壓塊等)。


普通型鋼結構鋼:普通結構鋼常采用冶煉容易、成本低廉的碳素結構鋼或低合金鋼,截麵有很多種類,光伏常用的主要包括工字型、H型、L型及各種設計要求的異型截麵。加工方式也多種多樣,其中焊接型鋼是選用不同厚度的鋼板,根據設計要求在工廠焊接加工成型鋼,這種成型方式可以根據光伏工程項目的不同結構部位的受力計算,在不同部位采取不同厚度的鋼板,比熱軋一次成型產品受力更加合理,更適合現場安裝,也可以節約鋼材。


2、太陽能支架對鋼材性能的要求太陽能鋼結構的鋼材應具有以下性能:

1)抗拉強度和屈服點。屈服點高可以減小型鋼構件截麵,減輕結構自重,節約鋼材,降低整體項目造價。抗拉強度高可以增加結構的整體安全儲備,提高結構的可靠性。


2)塑性、韌性及耐疲勞性。較好的塑性可以使結構在破壞前產生較大變形,從而可以使人們及時發現和采取補救措施。較好的塑性還能調整局部峰值應力,本身太陽能電池板安裝經常為了調整角度,采用強迫安裝,而塑性能使結構產生內力重分布,讓結構或構件中某些原先應力集中部分的應力趨於均勻,提高結構的整體承載力。較好的韌性可以使結構在外力衝擊荷載作用下被破壞時吸收較多的能量,特別是風力較大的沙漠電站和屋頂電站,風振效應明顯,鋼材的韌性能有效降低危險程度。較好的耐疲勞性能同樣也可以使結構具有較強的抵抗交替變化重複風荷載的能力。


3)加工性能。良好的加工性能包括冷加工性能、熱加工性能和可焊性。光伏鋼結構所采用的鋼材不但要易於加工成各種形式的結構和構件,而且還需要這些結構和構件不因加工造成強度、塑性、韌性以及耐疲勞性能過大的不利影響。


4)使用壽命。由於太陽能光伏係統的設計使用壽命都在20年以上,故而良好的防腐蝕性能也是衡量支架係統好壞的重要指標。如果支架壽命短,勢必影響整個結構的穩定性,導致投資回收期延長而降低整個項目的經濟效益。


5)在符合上述條件下,光伏鋼結構用鋼還應該易於購買,生產,並且還要價格便宜。


3、新型太陽能鋼結構支架技術性分析

目前角鋼太陽能支架的使用受到的條件限製越來越多,最主要的原因是目前鋼材質量參差不齊,安裝需要大量現場鑽孔,但是鑽孔後鋼材又容易鏽蝕,所以需要使用新型的支架來替代這些角鋼支架,以達到減緩腐蝕,延長使用壽命的目的。


新型太陽能支架主體結構形式:1)異形冷彎薄壁型鋼式支架結構體係。異形冷彎薄壁型鋼是一種批量化生產製造、能快速組裝、完全幹作業的裝配式輕鋼結構體係,具有用鋼量少、建造省時、省工等特點。國內主要的生產廠家為喜利得、海邁等。異形冷彎薄壁型鋼結構體係的鋼結構支架是將工廠預製的冷彎薄壁型鋼在施工現場用螺栓連接形成結構骨架,再安裝上電池板形成整體光伏陣列。2)工廠預製整體式鋼支架體係。工廠預製帶檁條的鋼結構架,在施工現場隻需將支架模塊現場拚裝固定,然後安裝電池板即形成整個光伏陣列,施工速度快,適用於大規模電站。這種鋼結構支架的安裝要求極高,一般采用的鋼材質量,表麵處理工藝好,而且需要和光伏組件廠家前期充分溝通,才能達到完美的組裝配合。


3)梁柱框架式幕牆光伏支架結構體係。光伏幕牆適宜采用梁柱框架式鋼結構支架體係。該結構自重輕,結構可靠,由於其側向剛度小,當結構高度較高或層高較大時,需設置側向支撐以形成支撐框架結構。高層光伏幕牆設計上,常用鋼結構與現澆預埋件組成混合結構,增強整體結構抗側移能力,減低用鋼量,從而減低總造價。


4、新型冷彎薄壁型太陽能支架零部件安裝:

1)鋼結構構件的連接新型冷彎薄壁型太陽能支架係由工廠預製的各種鋼塑料混合連接件裝配而成,這些鋼塑料混合連接件型號多種多樣,能夠適合不同的安裝條件,正確選擇混合構件連接形式和方式是整體結構設計的重要環節。


2)支架與基礎連接新型冷彎薄壁型太陽能支架自重較輕、多安裝孔洞。一般以獨立基礎為主,必要時需加鋼筋混凝土連梁。對於地質條件較差的地方,可采用條形基礎或十字交叉基礎,盡量不采用筏板基礎。所有上部柱腳均采用鉸接形式,而預埋件部分則可選擇插入式柱腳,或預埋螺栓外包防水混凝土。這兩種柱腳形式均加工簡單、施工方便、連性能好。


3)支架檁條連接安裝節點連接有三種形式:剛接、鉸接和半剛接,這三種連接方式均已有現成的配套節點模塊化製作方法。鉸接構造簡單,製造安裝最為方便,但風大的地區需要設置水平支撐或斜撐使女兒牆承受水平荷載和提供額外剛度,不設置支撐時梁與柱的連接節點都應做成剛接。半剛性連接比剛連接施工簡單,比鉸接性能好,因其受力難以控製,需要結合經驗才能實際采用,目前基本不采用。現場連接一般為先用螺栓鉸接後兩端現場焊接。


5、結束語

相對而言,新型冷彎薄壁型鋼式支架結構體係能使項目工期大幅度縮減,滿足了太陽能光伏建築的需求,特別是其優越的防腐蝕性、可回收性,體現了鋼結構的綜合造價優勢;新冷彎薄壁型結構太陽能支架係統的直接經濟效益主要來自結構施工工期縮短和維護費用降低的優勢,並且隨著使用年數的延長,效益增加越明顯。小榮榮認為大力發展新型冷彎薄壁型鋼式支架結構體係是必然趨勢。


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