光伏电站方阵基础与支架设计
光伏电站设计工作随笔之一：光伏方阵的设计
光伏电站设计工作随笔之一：光伏方阵的设计前言：做光伏电站设计工作多年，我的一个体会是：很多业主对光伏电站的设计工作非常不重视。
他们认为，相对于火电站、水电站，甚至于相对于风电场，光伏电站的设计太简单，尤其是场区部分（除升压变电站以外），几乎没有什么技术含量。
有的业主甚至跟我说过“你们不就是把以前的图纸copy一下换个图签吗，根本布置那么多设计费！”我承认，图纸的使用有延续性，但绝对不是简单的Ctrl+C和Ctrl+V那么简单！每一个设计细节，我们都是用心的！只不过，你们看到的是结果，没看到中间复杂的演算过程。
所以，我想用一个系列告诉大家，每个设计细节都是设计者用心之作，设计上的一个小小改进，可能让你的电站施工费用降低，后期运维更方便，发电收入提高！从几个小细节说一下我自己设计思路的变化。
先从看似最简单的光伏方阵设计开始吧。
光伏方阵（solar cell array）：由若干个光伏组件在机械和电气上按一定方式组装在一起并且有固定的支撑结构而构成的直流发电单元，地基、太阳跟踪器、温度控制器等类似的部件不包括在方阵中。
下面几张图是我不同时期的，针对平坦地势（非丘陵、山地）光伏方阵设计图纸。
图1：长31.596m×宽4.028m=127.3m2（16串4并）图2：长33.38m×宽3.016m=100.7m2（20串3并）图3：长20.22m×宽3.32m=67.1m2（20串2并）图4：长22.244m×宽3.32m=73.9m2（22串2并）图5：长18.35m×宽4.028m=73.9m2（22串2并）图1（我做的第一张图纸，可以当作反面教材）采用72片的光伏组件（尺寸：1956mm×992mm），每个方阵上16串4并共64块组件（为什么这个设计我自己也不清楚，完全是照猫画虎，看已建成的电站这么设计，也就这么设计了）。
2008年底的时候，设计规范还没出来。
光伏支架基础桩基施工方案设计
第一章编制依据1.1本工程有关设计参考图纸1.2本工程地质勘察报告1.3甲方提供的标高基准点1.4《地基与基础工程施工及验收规范》(GB502002)1.5《建筑工程质量检验评定标准》GB/T50221-1995；1.6《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202-2002；1.7《建筑地基基础设计规范》DB33/1001-2003；1.8《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015。
第二章工程概况2.1地理位置南召县中机国能电力有限公司太山庙10MWp光伏电站工程位于河南省西南部，伏牛山南麓，南阳盆地北缘，东邻方城，南接南阳市卧龙区、镇平县，北靠鲁山、嵩县，属南阳市。
场址中心位于东经112°38′、北纬33°21′，海拔高度197m～226m。
东西长约95公里，南北宽约62公里，总面积2946平方公里。
2.2地形条件南召县地势西北高，东南低，大体分为三个阶梯。
秦岭山脉东延形成的伏牛山脉，绵亘于西北部、西南部和北部、东北部，大小群峰300余座。
诸山呈弓形自西北向西南和北东北部蜿蜒展开，最高峰石人山海拔2153.1米。
海拔在500米～2000米之间，为第一阶梯。
中部丘陵起伏，有山地向平原过度，有西北向东南敞开，海拔在200米～500米之间，为第二阶梯。
南部衔接南阳盆地，为平原地带，海拔在200米以下，为第三阶梯。
全县地势整体轮廓略呈“箕”形。
山地面积占34.4%，丘陵面积占62.5%，平原面积占3.1%。
2.3气象条件南召县位于中国重要地理分界线“秦岭-淮河”线上，南北方交汇区，800毫米等降水线上，湿润带与半湿润带交汇处，属北亚热带季风型大陆性气候，具有亚热带向暖温带过渡的明显特征。
冬夏长，春秋短，四季分明。
年平均气温14.8℃。
一月气温最低，月均1.2℃。
极端最低气温-14.6℃（1991年12月29日）。
7月温度最高，月均27.5℃。
极端最高气温41.6℃。
光伏发电光伏阵列设计及布置方案
光伏发电光伏阵列设计及布置方案1.1光伏方阵布置方案1.1.1布置原则每两列组件间的间距设置保证在太阳高度角最低的冬至日9：00～15：00时，前后排太阳能电池组件间采光不受阻挡。
1.1.2方阵布置说明根据设计原则，本项目共20个光伏组件阵列组成的发电区域，均采用45°倾角布置，采用固定式支架系统，支架基础采用混凝土独立基础式。
图一：支架定位参考样图图一：支架定位参考样图1.2光伏阵列设计1.2.1光伏子方阵设计一个1MWp的光伏方阵，由太阳能电池组件经过串并联组成。
将组件串联得到并网逆变器所要求的电压，再将串联组件并联达到逆变器的功率要求。
1、太阳能电池串联组件数量计算：根据逆变器的技术参数，最高输入电压为1100V，工作电压范围为500~1100V；组件的开路电压为37.62V；最大工作点的工作电压30.36V；开路电压温度系数为-0.33%/℃。
1）组件开路电压因温差升压百分比最高值：65*0.003=21.45%（温度范围+25℃~-40℃考虑）；2）组件开路因温差升压值：21.45%*37.62=8.1V；3）组件开路最高升压值：37.62+8.1=45.72V；4）组件串联最大数量：1100/45.72≈24块；5）选择组件串联数量：20块。
2、1MWp子方阵太阳能电池数量计算：单个发电单元的容量为1MWp，组件串并联接线：1）20块组件串联为一路，每一路串联容量为20*255=5.1kWp、输出电压20*30.36=607.2V；2）每一台逆变器上太阳能电池组件并联数=1000/2/5.1=98，因PV输入数量是3，选择一台逆变器并联数为99；3）2*99=198组件并联组成一个发电单元，其子方阵太阳能电池数量为3960块，容量为198*5.1=1009.8kWp，占地面积147.54*77.5=11434.35m²。
1.2.2光伏总方阵容量、电池总数量及占地面积1）20MWp并网系统由20个发电单元组成，总容量=1009.8*20=20，196kWp；2）太阳能电池总数量=(20*198)*20=79，200块，占地总面积319*749.7=239154.3m²。
支架及光伏组件安装作业指导书
泗县深能马鞍山一期20兆瓦地面光伏电站项目支架及光伏组件安装作业指导书中国能源建设集团江苏省电力建设第三工程有限公司泗县深能马鞍山光伏项目部（章）二0一六年四月十一日批准：年月日审核：年月日年月日年月日编写：年月日年月日目录一、编制依据 (1)二、工程概况 (1)三、施工准备及资源配置 (1)四、支架安装工艺 (2)五、光伏组件安装工艺 (4)六、太阳能光伏组件接线 (6)七、施工质量保证 (7)八、安全文明施工 (8)一、编制依据1）设计图纸；2）《光伏发电站施工规范》（GB50794-2012）；3）《光伏发电站验收规范》（GB50796-2012）。
二、工程概况项目建设位于泗县黑塔镇马鞍山，利用马鞍山及附近荒山荒坡建设地面分布式光伏发电站，占地面积约1500亩。
施工场地多为山地，地势复杂，依据设计要求尽量维持原貌，光伏厂区地基基础采用钻孔灌注桩基础，钢管桩径13cm,深度120cm～130cm，外露30cm，强度等级C25。
支架及组件均由总包单位按设计要求提供。
三、施工准备及资源配置1、支架安装前准备（1）对安装人员进行安装技术交底。
（2）按照单元区的安装顺序将钢构件分散到各个施工位置，准备安装。
（3）支架外观及保护层应完好无损，去除支架构件上的泥砂、灰尘及污渍，保持支架构件的干燥、整洁。
（4）查验支架构件有无明显弯曲变形，禁止使用不满足安装要求的构件。
2、组件安装前准备a、组件开箱查验（1）查看外包装箱有无明显损坏变形。
（2）如果有明显损坏变形及时告知项目部材料员，交由材料员处理，如果无明显损坏变形则继续开箱。
b、组件开箱后查验（1）开箱后先从侧面查看组件有无破损。
如果有破损及时告知项目部材料员，交由材料员处理。
（2）组件搬运时，必须检查每块组件正背面玻璃有无崩边、破角、裂纹；检查接线盒有无脱胶、松动、脱落；检查光伏线缆及公母头有无挤压变形或破损。
如果出现以上现象应先将组件妥善放置一旁，放置时要避免对组件造成二次损坏，严禁将有损坏的组件搬运至施工现场。
分布式光伏电站主要设备的技术要求
分布式光伏电站主要设备的技术要求1、光伏支架屋面支架采用热镀锌碳钢支架，组件采用背板或压块固定方式安装于铝合金檩条上。
紧固件采用不锈钢材质。
支架设计抗风能力30米/秒，保证户外长期使用的要求。
材质及性能要求：1)材质要求：所选用钢结构主材材质为Q235B，焊条为E43系列焊条。
2)力学性能要求：所选用钢结构主材的抗拉强度、伸长率、屈服点、冷弯试验等各项力学性能要求须符合《碳素结构钢》(GB/T700-2007)的相关规定。
3)化学成分要求：所选用钢结构主材的碳、硫、磷等化学元素的含量须符合《碳素结构钢》(GB/T700-2007)的相关规定。
除锈方法及除锈等级要求：1)钢构件须进行表面处理，除锈方法和除锈等级应符合现行国家标准《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》(GB8923-88)的相关规定。
2)除锈方法：钢构件可采用喷砂或喷丸的除锈方法，若采用化学除锈方法时，应选用具备除锈、磷化、钝化两个以上功能的处理液，其质量应符合现行国家标准《多功能钢铁表面处理液通用技术条件》(GB/T 12612-2005)的规定。
3)除锈等级：除锈等级应达到Sa2 1/2要求。
防腐要求：1)钢构件采用金属保护层的防腐方式。
钢结构支架均采用热浸镀锌涂层，热浸镀锌须满足《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及实验方法》 (GB/T13912-2002)的相关要求，镀锌层厚度不小于80µm。
2)镀锌厚度检测：镀锌层厚度按照《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及实验方法》提供方法进行检测。
3)热浸镀锌防变形措施：采取合理防变形镀锌方案，以防止构件在热浸镀锌后产生明显的变形。
铝合金材质a.材质要求：材质一般选用6061或6063等。
b.力学性能要求：所选用铝型材的基材质量、化学成分、力学性能必须符合GB5237.1的相关规定。
c.表面处理须满足技术要求，符合GB5237.2-2004《铝合金建筑型材第2部分：阳极氧化、着色型材》。
光伏支架技术要求
光伏支架技术要求光伏支架技术要求支架对于我们来说并不陌生，在生活的每个角落，只要你稍加注意，就会有支架的出现，下面南通正道就详细为你介绍一下光伏支架的几种常见形式。
（1）方阵支架采用固定支架，光伏阵列的最佳倾角为36°，共1429个支架，（2）光伏组件的支撑依据风荷载按照能够抵抗当地50年一遇最大风速进行设计，支架应按承载能力极限状态计算结构和构件的强度、稳定性以及连接强度。
（3）支架设计应考虑在安装组件后，组件最低端离地高度应满足光伏电站设计规范要求，在确保安全的前提下既经济合理，又方便施工。
（4）要充分考虑现场对光伏发电对支架距离地面最小距离的要求，具体数值要经招标人确认。
（5）钢材、钢筋、水泥、砂石料的材质应满足国家标准。
（6）光伏电池组件安装采用压块式固定在组件框架上,为防止腐蚀冷弯薄壁型钢，螺栓、螺母材质为Q235B热浸镀锌，厚度不小于65μm；与冷弯薄壁型钢相联接的所有螺栓也Q235B热浸镀锌；导槽与组件之间的连接螺栓直径为不小于M8。
热浸镀锌满足《金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法》GB/T__-2002中规定，防腐寿命不低于25年，并提供抗腐蚀性测试报告。
（7）光伏组件光伏支架承受的基本风压应不小于0.4kN/m2。
（8）支架冷弯薄壁型钢檩条满足最大变形量不超过L/200，构件的允许应力比不大于0.9。
（9）钢支撑结构系统的变形量应满足《光伏发电站设计规范》（GB__-2012）、“钢结构设计规范（GB__-2003）”和“钢结构工程施工质量验收规范（GB__-2001）”。
（10）支架系统抗震等级等应满足《光伏发电站设计规范》（GB__-2012）以及《建筑抗震设计规范》（GB__-2012）的要求。
（11）支架与支架基础之间采用螺栓连接形式或预埋件焊接形式，安装完成后的防腐处理由投标人负责，连接螺栓的大小由投标人负责设计。
（12）支架应预留汇流箱安装支撑件，汇流箱规格待定（汇流箱不在供货范围内）。
光伏土建基础教材
（3）预制桩基础：可批量制作，施工速度快，施工不存在填挖
方，仅需简单场平。但采用静压或锤击设备将桩体挤压入土内时，桩
体易发生断裂，需对桩顶采用钢筋网加固，增加造价，且垂直度不易
保证。多用于淤泥质土、粘性土、填土、湿陷性黄土等。
（4）钻孔灌注桩基础：成孔较为方便，可以根据地形调整基础顶 面标高，顶标高易控制，混凝土钢筋用量小，开挖量小，施工快，对 原有植被破坏小。但存在混凝土现场成孔、浇筑，适用于一般填土、 粘性土、粉土、砂土等。
（5）钢螺旋桩基础：成孔方便，可以根据地形调整基础顶面标高， 不受地下水影响，在冬季气候条件下照常施工，施工快，标高调整灵 活，对自然环境破坏很小，不存在填挖方工程，对原有植被破坏小， 不需要场平。适用于沙漠、草原、滩涂、戈壁、冻土等。但用钢梁较 大，造价相对较高，且不适用于有强腐蚀性地基及岩石地基。
平面桁架微型桩体系：将坡面上布置的多根或多排微型桩通过 连系梁将其顶端横向连接在一起而形成的结构体系称为平面桁 架微型桩体系。这种结构形式适合于坡体发育有两种结构面， 且完整性较差的边坡。
空间桁架微型桩体系：空间桁架微型桩体系是在平面桁架微型 桩体系的基础上用连系梁将沿着边坡走向的多排微型桩连接在 一起而形成的结构体系。对于坡体发育有两种以上的结构面， 岩体软弱破碎和完整性很差的边坡可采用这种结构。
5.2 条形基础展示
六、预制桩基础
6.1 预制桩基础概念
预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如木 桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打 入、压入或振入土中。中国建筑施工领域采用较多的预制桩主要是混 凝土预制桩和钢桩两大类
6.2 预制桩特点
优点：预制桩生产成本低，配筋率很小，节约钢材，空心桩很环保， 直径小比表面积大，单方混凝土的承载力很大，施工简单，技术难度 低。
光伏电站抗风抗震篇：方阵基础与支架设计
根据光伏系统设计，一是依据采用的光伏组件规格型号、组件数量、组件串列布阵形式可以确定方阵的结构尺寸;二是依据项目所在地经纬度、光伏发电系统全年发电量最大化设计原则可以确定方阵的最佳倾角和前后间距;三是依据项目所在地风力资源、最大风力等级可以确定方阵将要承受的最大风载荷。
据此，对方阵基础、方阵支架进行受力分析，按照机械设计原则进行设计。
另外，光伏方阵设计时，光伏方阵的下沿距离地面或屋面应留有30～50cm的高度。
以免被杂草遮挡和冬季积雪掩埋。
方阵基础(或基座)一般是在地面或者屋面结构层上采用混凝土浇筑，也有在屋顶上采用网架(放置负重块)式方阵基础。
方阵支架一般采用法兰与方阵基础(或基座)预埋件固定，也有在混凝土基础上钻孔采用膨胀螺栓固定。
在建筑屋顶上，方阵基础(或基座)应按设计要求位于主体结构上的墙或梁的位置上，与主体结构固定牢靠。
同时应注意，方阵支架在方阵基础(或基座)上的安装位置不正确，将会造成支架偏移，影响主体结构的受力。
方阵支架应按设计要求制作，钢结构支架的安装和焊接应符合国家现行标准《钢结构工程施工质量验收规范》gb50205的要求。
在进行方阵基础、方阵支架设计时，要充分考虑到承重、抗风、抗震等因素，在沿海地区还要考虑防台风、防潮湿、防盐雾腐蚀等。
方阵支架安装前应涂防腐涂料，对外露的金属预埋件应进行防腐防锈处理，防止预埋件受损而失去强度。
方阵支架连接用的紧固件设计时应采用不锈钢，如果设计采用镀锌件，则必须符合国家标准要求，达到保证其寿命和防腐紧固的目的。
螺栓、螺母、平垫圈、弹簧垫圈数量、规格型号应符合设计要求。
螺栓紧固后，露出部位长度应为螺栓直径的2/3。
现对具体的地面光伏电站进行说明。
根据现场实际情况，在平整好的场地上定点放线、开挖基坑、放置预埋件、支模定位、浇注混凝土，养护48h后安装方阵支架、电池组件、接线顺线、接地防雷、铺设线槽。
众所周知，作为玻璃受力构件，太阳能电池组件对变形是十分敏感的，这主要体现在玻璃是脆性材料，极容易在支座不均匀沉降，和电池组件平面内的膨胀与收缩的作用下造成破坏。
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光伏电站方阵基础与支架设计
发表时间：2014-12-05T16:33:10.437Z 来源：《工程管理前沿》2014年第11期供稿作者：李玉润
[导读] 光伏电站方阵基础最佳倾角计算太阳能总辐射量包括直接辐射及散射辐射两个部分。
李玉润（甘肃省电力设计院 730050）摘要：在光伏电站设计的过程中，光伏组件方阵的安装形式会对光伏电站的整体发电效能产生极大的影响。
太阳能发电安装的基础支架形式较多，大多数光伏电站采用固定式光伏支架系统，其具有成本低、后期维护量少等特点，本文对光伏电站固定式光伏支架系统的设计进行了分析。
关键词：光伏电站；方阵基础；支架
太阳能光伏发电是一种直接将太阳能转换成电能的发电形式。
在光照条件下，太阳能电池组件会产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵系统，从而使整个方阵的电压能够达到系统输入的电压要求。
通过光伏逆变器将直流电转换成交流电升压后传输到公共电网中。
目前光伏电站方阵基础的形式设计主要依据《建筑地基基础设计规范》进行，在设计过程中，需要充分考虑方阵的角度、间距等方面的设置，从而保证光伏电站发电效能的最大化。
1 光伏电站方阵基础最佳倾角计算太阳能总辐射量包括直接辐射及散射辐射两个部分。
[1]太阳能电池组件表面通常能够接收到直接辐射、散射辐射以及地面反射的部分太阳能。
根据光伏电站的地理位置以及当地气象资料水平面太阳辐射每月总量，可以计算出每月日出水平面太阳能的辐射量，具体按照下面公式进行计算。
针对太阳辐照较为丰富的地区，可以对光伏阵列的间距进行适当的增加，而对于太阳辐照强度较弱地区，可以适当的降低光伏阵列的间距，这样可以充分提高土地的利用率，提高单位面积内太阳能电池板的数量，时太阳辐照被电池板全面吸收。
另外，对于大型的光伏电站，光伏阵列的南北间距通常存在一定的限制，因此，在每天早上和傍晚，太阳的高度角极小的情况下，阵列之间必然会产生一定的遮挡，这会直接影响光伏电站的发电量。
因此，需要充分考虑电池板阵列的排布方式，根据相关的实验研究结果，在这种条件下，应尽量采用横向的排布方式，可以有效减少电池板相互之间的遮挡所造成的发电量损失。
3 结论在光伏电站中，太阳能电池板方阵基础的设计会直接影响电站的总体发电水平。
因此，在进行方阵基础的设计过程汇总，需要结合地区的实际太阳辐照情况对太阳能电池板阵列的间距进行合理设计，保证太阳能辐照的全面吸收，并充分提高土地的利用效率，全面提高光伏电站的发电水平。
参考文献：[1]常泽辉，田瑞．固定式太阳电池方阵最佳倾角的实验研究[J].源技术，2007（4）：412-314．[2]邱国全，夏艳军，杨鸿毅.天太阳辐射模型的优化计算[J].阳能学报，2001（4）：456-60.。