光伏支架作為光伏電站重要的組成部分，它承載著光伏電站的發電主體。支架的選擇直接影響著光伏組件的運行安全、破損率及建設投資，選擇合適的光伏支架不但能降低工程造價，也會減少后期養護成本。


1、光伏支架類型


根據材料分類


根據光伏支架主要受力桿件所采用材料的不同，可將其分為鋁合金支架、鋼支架以及非金屬支架，其中非金屬支架使用較少，而鋁合金支架和鋼支架各有特點。


根據安裝方式分類


2、固定式光伏支架介紹


光伏陣列不隨太陽入射角變化而轉動，以固定的方式接收太陽輻射。根據傾角設定情況可以分為：最佳傾角固定式、斜屋面固定式和傾角可調固定式。


最佳傾角固定式


先計算出當地最佳安裝傾角，而后全部陣列采用該傾角固定安裝，目前在平頂屋面電站和地面電站廣泛使用。


1)平頂屋面-混凝土基礎支架


平頂屋面混凝土基礎支架是目前平屋面電站中最常用的安裝形式，根據基礎的形式可以分為條形基礎和獨立基礎;支架支撐柱與基礎的連接方式可以通過地腳螺栓連接或者直接將支撐柱嵌入混凝土基礎。


優點：抗風能力好，可靠性強，不破壞屋面防水結構。


缺點：需要先制作好混凝土基礎，并養護到足夠強度才能進行后續支架安裝，施工周期較長。


2)平頂屋面-混凝土壓載支架


優點：混凝土壓載支架施工方式簡單，可在制作配重塊時同時進行支架安裝，節省施工時間。


缺點：混凝土壓載支架抗風能力相對較差，設計配重塊重量時需要充分考慮到當地最大風力。


3)地面電站-混凝土基礎支架


地面電站混凝土基礎支架多種多樣，根據不用的項目地質情況，可選擇對應的安裝方式，以下主要介紹現澆鋼筋混凝土基礎、獨立及條形混凝土基礎、預制混凝土空心柱基礎等幾種最常見的混凝土基礎安裝形式。


現澆鋼筋混凝土基礎


根據基礎形式不同，現澆鋼筋混凝土基礎可分為現澆混凝土樁和澆注錨桿。


優點：現澆鋼筋混凝土基礎開挖土方量少，混凝土鋼筋用量小，造價較低、施工速度快。


缺點：現澆鋼筋混凝土基礎施工易受季節和天氣等環境因素限制，施工要求高，一旦做好后無法再調節。


獨立及條形混凝土基礎


優點：獨立及條形混凝土基礎采用配筋擴展式基礎，施工方式簡單，地質適應性強，基礎埋置深度可相對較淺。


缺點：獨立及條形混凝土基礎工程量大，所需人工多，土方開挖及回填量大，施工周期長，對環境的破壞大。


預制混凝土空心柱基礎


預制混凝土空心柱基礎廣泛用于水光互補電站、灘涂地電站等地質條件較差的電站。同時由于基礎高度優勢，也被較多用于山地電站以及農光互補電站。


4)地面電站-金屬樁支架


金屬樁支架在地面電站中應用同樣非常廣泛，主要可分為螺旋樁基礎支架和沖擊樁基礎支架。


螺旋樁基礎支架


螺旋樁支架根據是否帶法蘭盤可分為帶法蘭盤螺旋樁支架和不帶法拉盤螺旋樁支架;根據子葉形狀可分為窄葉連續型螺旋樁支架和寬葉間隔型螺旋樁支架。


帶法蘭盤的螺旋樁可用于單柱安裝或雙柱安裝，而不帶法蘭盤的螺旋樁一般只用于雙柱安裝。


寬葉間隔型螺旋樁支架的抗拉拔性要好于窄葉連續型螺旋樁支架，在風力較大地區應優先考慮寬葉間隔型螺旋樁支架。


沖擊樁基礎支架


沖擊樁基礎支架，也叫金屬纖桿基礎支架，主要是利用打樁機直接將C型鋼、H型鋼或其他結構鋼打入地面，這種安裝方式非常簡單，但抗拉拔性能較差。


優點：對于金屬樁基礎，用打樁機把鋼樁打入土中，無需開挖地面，更環保;不受季節氣溫等限制，可在包括北方冬季的各種氣候條件下實施;施工快捷方便、大幅縮短施工周期，能方便遷移及回收;打樁過程中基礎便于調節高度。


缺點：在土質堅硬地區打樁很困難;在含碎石較多地區打樁容易破壞鍍鋅層;在鹽堿地區使用抗腐蝕能力較差。


斜屋面固定式


考慮到斜屋面承載能力一般較差，在斜屋面上組件大都直接平鋪安裝，組件方位角及傾角一般與屋面一致。根據斜屋面的不同，可分為瓦片屋頂安裝系統與輕鋼屋頂安裝系統。


1)瓦片屋頂安裝系統


瓦片屋頂安裝系統主要由掛鉤、導軌、壓塊以及螺栓等連接件組成。


2)輕鋼屋頂安裝系統


輕鋼屋頂，也叫彩鋼瓦屋頂，主要用于工業廠房、倉庫等。根據彩鋼瓦形式不同，可以將其分為角弛型輕鋼屋頂、直立鎖邊型鋼屋頂以及梯型輕鋼屋頂。


角弛型輕鋼屋頂和直立鎖邊型輕鋼屋頂主要通過夾具作為連接件，將導軌固定在屋面上，而梯型輕鋼屋頂需要采用自攻螺栓將連接件固定在屋面。


不管哪一種屋面形式，在選擇連接件時一定要進行實地測量“角弛”“直立邊”“梯形”尺寸，確保連接件和屋面匹配，而在梯型輕鋼屋頂支架安裝時還要做好防水措施，避免螺栓鉆孔處發生漏水。


固定傾角可調式


固定傾角可調式是指在太陽入射角變化轉折點，定期調節固定式支架傾角，增加太陽光直射吸收，在成本略增加情況下提高發電量。


3、跟蹤式光伏支架


跟蹤式光伏支架通過機電或液壓裝置使光伏陣列隨著太陽入射角的變化而移動，從而使太陽光盡量直射組件面板，提高光伏陣列發電能力。根據追蹤軸數量可分為：單軸追蹤系統和雙軸追蹤系統。


平單軸跟蹤系統


光伏方陣可以隨著一根水平軸東西方向跟蹤太陽，以此獲得較大的發電量，廣泛應用于低緯度地區。根據南北方向有無傾角可分為標準平單軸跟蹤式和帶傾角平單軸跟蹤式。


斜單軸跟蹤系統


追蹤軸在東西方向轉動的同時向南設置一定傾角，圍繞該傾斜軸旋轉追蹤太陽方位角以獲取更大的發電量，適合應用于較高緯度地區。


雙軸跟蹤系統


采用兩根軸轉動(立軸、水平軸)對太陽光線實時跟蹤，以保證每一時刻太陽光線都與組件板面垂直，以此來獲得最大的發電量，適合在各個緯度地區使用。


4、光伏支架鋼材與鋁材的比較和選擇


材料強度方面


支架一般采用Q235B鋼材與鋁合金擠壓型材6063 T6， 強度方面，6063 T6鋁合金大概為Q235 B鋼材的68%-69%，所以一般在強風地區、跨度比較大等情況下鋼材優于鋁合金型材。


撓度變形方面


結構的撓度變形與型材的形狀尺寸、彈性模量(材料固有的一個參數)有關系，與材料的強度沒有直接聯系。


在同等條件下，鋁合金型材變形量是鋼材的2.9倍，重量是鋼材的35%，造價方面在同等重量下，鋁材是鋼材的3倍。所以一般在強風地區、跨度比較大、造價方面等條件鋼材優于鋁合金型材。


防腐蝕方面


目前支架主要的防腐蝕方式鋼材采用熱浸鍍鋅55-80μm，鋁合金采用陽極氧化5-10μm。


鋁合金在大氣環境下，處于鈍化區，其表面形成一層致密的氧化膜，阻礙了活性鋁基體表面與周圍大氣相接觸，故具有非常好的耐腐蝕性，且腐蝕速率隨時間的延長而減小。


鋼材在普通條件下(C1-C4類環境)，80μm鍍鋅厚度能保證使用20年以上，但在高濕度工業區或高鹽度海濱甚至溫帶海水里則腐蝕速度加快，鍍鋅量需要100μm，以上并且需要每年定期維護。


在防腐蝕方面鋁合金遠遠優異于鋼材。


其他方面對比防腐蝕方面


1)外觀：


鋁合金型材有很多種表面處理方式，如陽極氧化、化學拋光、氟碳噴涂、電泳涂漆等。外表美觀并能適應各種強腐蝕作用的環境。


鋼材則一般采用熱浸鍍鋅、表面噴涂、油漆涂層等方式。外觀差于鋁合金型材。在防腐蝕方面也差于鋁型材。


2)截面多樣性


鋁合金型材一般加工方式有擠壓、鑄造、折彎、沖壓等方式。擠壓生產是目前主流生產方式，通過開擠壓模的方式，可以達到生產出任意任意截面型材，并且生產速度比較快。


鋼材則一般采用輥壓、鑄造、折彎、沖壓等方式。目前輥壓是生產冷彎型鋼的主流生產方式。截面則需要通過輥壓輪組來調節，但一般機器定型后只能生產同類產品，尺寸方面調節，而截面形狀無法改變，如C型鋼、Z型鋼等截面。輥壓生產方式則比較固定，生產速度比較快。


材料的回收


鋼結構的維護成本每年增長3%，而鋁結構的支架幾乎不需要任何的保養與維護，且鋁材在30年后依然有65%的回收率，鋁價格每年預計上漲3%，鋼結構在30年后基本上就是一堆廢鐵，無回收價值。


綜合性能對比


1)鋁合金型材質量輕、外表美觀、防腐蝕性能極佳，一般用于對承重有要求的家庭屋頂電站、強腐蝕環境。


2)鋼材強度高、承受荷載時撓度變形小，一般用于普通電站或用于受力比較大的部件。


3)造價方面：一般情況下，基本風壓在0.6kN/m2，跨度在2m以下，鋁合金支架造價為鋼結構支架的1.3-1.5倍。在小跨度體系中，(如彩鋼板屋頂)鋁合金支架與鋼結構支架造價相差比較小，并且在重量方面鋁合金比鋼支架要輕很多，所以非常適合用于家庭屋頂電站。