光伏支架结构设计

光伏支架结构设计

摘要：本文结合相关工程实例，针对光伏支架的结构设计方法以及设计中遇到

的具体问题进行研究和探讨，为之后的结构设计提供参考。

关键词：光伏支架；结构设计

1引言

随着能源产业的技术革新，以太阳能为代表的新能源综合利用项目得到大力

发展，光伏发电成为了最具规模和发展前景的新兴产业。本文以某光伏发电站为例，综合考虑地形、工程造价、光伏组件的安装方式、现场施工等因素，对光伏

支架的结构设计进行研究和探讨。

2项目概况

本工程为某丘陵地带新建光伏发电站，光伏发电系统采用光伏阵列运行方式。每个光伏阵列由多组光伏组件矩阵以及箱变基础、机房等附属结构结构组成。光

伏支架是光伏组件的支撑结构，采用地上钢结构的形式，设计使用年限为25年。 3光伏支架设计

3.1光伏支架结构体系及优化

如图1所示，光伏支架的主要受力构件由横梁、斜梁、斜撑以及钢立柱组成。光伏阵列中电池板的自重、风荷载、雪荷载等荷载通过横梁传递到斜梁上，再通

过斜撑、钢柱将上部荷载传至支架基础。该结构体系传力路径明确、施工安装简

易的特点。在以往的光伏支架的结构设计中，普遍采用双柱的结构形式[1]，荷载

通过横梁传递给由斜杆和钢柱组成的的钢架。对比两种结构形式后不难发现，本

项目中的横向支架采用了单柱基础，前后支撑分别代替两根钢柱形成稳定的三角

形支撑结构。经核算该方案在用钢量上略大于以往工程中采用的双柱结构，但由

于基础的数量减少了50%，极大地减少了基础施工部分的工程造价。由此可见，

结构体系和方案的优化对光伏发电项目有十分重要的意义。

图1 本工程光伏横向支架示意图

图2某项目支架示意图

3.2结构设计

本工程地貌属于低山丘陵，地势南高北低，高差较大，为丘陵缓坡，场地类

别为Ⅰ¬1类。光伏阵列中，以22块晶硅电池组件，按照横向11列、竖向2行的方式设置一个光伏组单元。依照光伏组件的排列和安装宽度，沿横向布置横梁用

于直接承担电池板不同工况下的荷载，垂直方向布置横向支架, 其中斜梁的倾角

为31度。根据以往工程经验，横梁的经济跨度为3m左右，在综合考虑光伏电池电池组件的安装宽度后，每个光伏支架结构中以3.2m为间距设置横向支架。横梁、斜梁、前斜撑、后斜撑与钢立柱之间均为铰接，钢立柱底部与基础为刚接，

各受力构件通过螺栓连接或焊接形成稳定的结构体系。

光伏支架的永久荷载为电池组件的结构自重(电池组件规格为多晶硅

1640mmx990mmx40mm,电池组件重量18.2kg)，可变荷载可考虑风荷载、雪荷载

产生的影响。根据地勘报告提供的数据，该场区夏季最大风速是全年平均风速的8.5倍，在高风速的情况下，太阳能电池组件迎风面积较大，使得风荷载远远超

过电池组件的结构自重，因此采用风荷载起控制作用的工况。承载力极限状态下

的荷载组合为，；正常使用极限状态下的荷载组合为。

其中，为永久荷载，为正风荷载，为逆风荷载，为雪荷载)。

根据《光伏发电站设计规范》中的规定，在承载力极限状态和正常使用极限

状态下，支架应满足规范对强度、变形、抗倾覆和抗滑移验算[2]。光伏支架采用

Q235B钢材，横梁、斜梁、前斜撑、后斜撑选用C型钢，上下立柱分别采用95x4，114x4钢管，长细比均应满足钢结构设计规范的要求。经计算，结构构件在不同

工况下均满足现有规范对满足强度、稳定性和变形的要求。

4. 光伏支架基础设计

光伏组件支架基础数量大，施工范围广，选用合理的基础形式和经济安全的

基础设计对整个工程的造价、施工进度有着很大影响。

4.1基础选型

光伏支架的基础设计应因地制宜，在综合考虑场地的地势情况、是否具备施

工条件、项目实施的难易程度、结构的经济性等多方面因素选择适合的基础形式。本项目场地为丘陵地形，高低起伏较大，雨季降水量丰富，不适合埋深浅、土方

开挖和回填量大的基础。从施工角度分析，条形基础对场地平整度要求高，且混

凝土养护时间较长；现浇混凝土独立基础，因其基础面积大，施工时产生大量土

方开挖，对周围环境和植被的影响大，山地的高低起伏也造成了现场支模困难、

混凝土养护时间长施工不利因素；桩基础在减少土方开挖和回填、施工速度上有

明显优势，适合本项目高低起伏的场地，且对周围植被的破坏较少。从经济角度

分析，独立基础不仅在土方工程上费用较高，支模和混凝土养护产生的时间成本

也较高；与独立基础相比，桩基础的优势很显著，预制桩的整体造价高于钻孔灌

注桩。综合施工、经济、环境等多方因素，本工程采用钻孔灌注桩基础。

4.2基础设计

基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。依据地勘单位提供的资料，桩基础范围内

土层从上到下依次为：①层耕土层，②层强风化花岗岩，③层中风化花岗岩。

耕土层为高压缩欠固结土，不宜利用；强风化花岗岩和中风化花岗岩均可用作基

础持力层。本工程场地为山坡地，地势起伏，容易出现山洪、泥石流等地质灾害，因此在设计中需特别注意基础稳定验算包含承载力抗拔、抗剪验算以及基础沉降

控制。

钻孔灌注桩选用C30混凝土，桩长需根据现场放样，最小长度为1.6m,桩径为300mm。桩基的设计不再赘述，下面列出了几个比较重要的承载力计算结果：极限抗压承载力计算：

极限抗侧承载力计算：

竖向抗拔承载力计算：

5. 结语

本文论述了光伏支架的结构设计方法。在设计实例中，光伏发电站位于地势

起伏的丘陵地带，如何科学合理地选择光伏支架结构和设计对项目投资、工程进度、施工的便捷性以及结构周围环境的影响至关重要。光伏发电项目中结构支架

数量庞大，对光伏支架结构方案的优化对节约造价有很高的研究价值。

参考文献：

[1]尹立胜,太阳能电站光伏单柱支架机械结构设计浅析[J].城市建设理论研究，2014，13.

[2] GB 50797-2012,光伏发电站设计规范[S],中国计划出版社,2012.