光伏支架全方位總結(jié)

綜述

　　根據(jù)德國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在一個(gè)大型太陽(yáng)能發(fā)電站項(xiàng)目中，建安成本占光伏項(xiàng)目總投資的21%左右，而太陽(yáng)能光伏支架的投資僅占總成本的3%左右。因此，相對(duì)于太陽(yáng)能電站高額的投資，支架成本的波動(dòng)并不是敏感因素，選擇高端支架的成本僅提高不足 1%，然而如果選用的支架不合適，后期養(yǎng)護(hù)成本會(huì)大大增加，整體考慮并不合算。

　　任何類型的太陽(yáng)能光伏組件裝配部件，最重要的特征之一是耐候性。需保證25年內(nèi)結(jié)構(gòu)必須牢固可靠，能承受如環(huán)境侵蝕，風(fēng)、雪荷載和其它外部效應(yīng)。安全可靠的安裝，以最小的安裝成本達(dá)到最大的使用效果、幾乎免維護(hù)、可靠的維修、可回收，這些都是做選擇方案時(shí)所需要考慮的重要因素。目前一些支架企業(yè)應(yīng)用了高耐磨材料以抵抗風(fēng)力雪荷載和其它腐蝕作用，綜合利用了鋁合金陽(yáng)極氧化，超厚熱鍍鋅，不銹鋼，抗UV老化等技術(shù)工藝來(lái)保證陽(yáng)能支架和太陽(yáng)能跟蹤的使用壽命。

一、光伏支架常見(jiàn)形式

　　光伏支架具有多種分類方式，如按照連接方式分為焊接式和組裝式，按照安裝結(jié)構(gòu)分為固定式和逐日式，按照安裝地點(diǎn)分為地面式和屋面式等。無(wú)論哪種光伏系統(tǒng)，其支架構(gòu)成大體相似，都包括連接件、立柱、龍骨、橫梁、輔助件等部分。

1.1固定式光伏支架

　　固定式光伏支架，顧名思義，是指安裝之后方位、角度等保持不變的支架系統(tǒng)。固定安裝方式直接將太陽(yáng)能光伏組件朝向低緯度地區(qū)放置（與地面成一定的角度），以串并聯(lián)的方式組成太陽(yáng)能光伏陣列，從而達(dá)到太陽(yáng)能光伏發(fā)電的目的。其固定方式有多種，如地面固定方式就有樁基法（直接埋入法）、混凝土塊配重法、預(yù)埋法、地錨法等，屋面固定方式隨屋面材料不同而有不同的方案。

圖1地面支架固定方式

　　太陽(yáng)能電池陣列的支架，通常由從鋼筋混凝土基礎(chǔ)中伸出的鋼制熱浸鍍鋅的加工品或者不銹鋼制地腳螺栓來(lái)固定。在房屋屋頂上采用混凝土基礎(chǔ)的場(chǎng)合，將房屋的防水層揭開(kāi)一部分，剝掉混凝土表面．在天井的鋼筋上把陣列用的混凝土座的鋼筋焊接在一起。不能焊接鋼筋時(shí)，為了借助混凝土的附著力和自重對(duì)抗風(fēng)壓，使混凝土底座表面凹凸不平使附著力加大。之后，用防水填充劑進(jìn)行二次防水處理。

　　如果上述方法也不能實(shí)施時(shí),可在防水層上敷設(shè)比較貴的硅膠等耐候性緩沖材料，在其上安裝熱浸鍍鋅的重量大的鋼骨架，然后在鋼骨架上固定陣列支架。鋼骨架是用塑料螺栓連接在房上周圍突出的壓檐墻上．目的是風(fēng)壓不致使陣列及鋼骨架移動(dòng)。起輔助強(qiáng)化作用。

1.1.1屋面光伏系統(tǒng)支架

　　屋面光伏支架所安裝的環(huán)境包括坡屋面、平屋面，安裝時(shí)需順應(yīng)屋面環(huán)境，不破壞固有結(jié)構(gòu)及自防水系統(tǒng)，屋面材料包括琉璃瓦、彩鋼瓦、油氈瓦、混凝土面等。針對(duì)不同的屋面材料采用不同的支架方案。

　　屋面按傾斜角度分為坡面和平面兩種，所以屋面光伏系統(tǒng)的傾斜角度有多種選擇，對(duì)于坡屋面通常采用平鋪的方式順應(yīng)屋頂坡度布置，也可以采用與屋頂成一定傾角的布置方式，但是這種做法相對(duì)比較復(fù)雜，案例較少；對(duì)于平屋面則有平鋪和傾斜一定角度兩種選擇。

針對(duì)不同的屋面材料，會(huì)有不同的支架系統(tǒng)。

1）琉璃瓦屋面支架

如圖1所示，琉璃瓦為堿土、紫砂等軟硬質(zhì)原料經(jīng)過(guò)擠制、塑壓后燒制而成的建筑材料，材質(zhì)脆，承重能力差。在安裝支架時(shí)一般采用特殊設(shè)計(jì)的主支撐構(gòu)件與琉璃瓦下層屋面固定，來(lái)支撐支架主梁及橫梁，支撐構(gòu)件如連接板等通常設(shè)計(jì)成如圖2中所示的多開(kāi)孔樣式，靈活有效實(shí)現(xiàn)支架位置調(diào)整。組件與橫梁之間采用鋁合金壓塊壓接。

圖2琉璃瓦屋面、主支撐構(gòu)件機(jī)組件固定壓塊

2）彩鋼瓦屋面支架

　　彩鋼板是薄鋼板經(jīng)冷壓或冷軋成型的鋼材。鋼板采用有機(jī)涂層薄鋼板（或稱彩色鋼板）、鍍鋅薄鋼板、防腐薄鋼板(含石棉瀝青層)或其他薄鋼板等。

　　壓型鋼板具有單位重量輕、強(qiáng)度高、抗震性能好、施工快速、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，是良好的建筑材料和構(gòu)件，主要用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)、樓板，也可用于其他構(gòu)筑物。

　　屋面彩鋼瓦一般分為：直立鎖邊型、咬口型（角馳式）型、卡扣型（暗扣式）型、固定件連接（明釘式）型。

直立鎖邊型 咬口型（角馳式）

卡口（暗扣式）型 固定件連接（明釘式）型

　　在彩鋼瓦屋面安裝光伏系統(tǒng)時(shí)，要充分考慮彩鋼瓦形制及其承重能力，以確定支架固定方式。彩鋼瓦屋面支架固定方式主要根據(jù)彩鋼瓦形制而定，如圖4所示：地面支架固定方式

圖4彩鋼瓦屋面支架固定方式

3）混凝土屋面支架

　　混凝土屋面光伏支架一般為固定傾角的固定方式，也可以采用平鋪方式布置。該型屋面固定方式主要為混凝土基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)化固定連接件固定，分為現(xiàn)澆型和預(yù)澆型兩種方式。

　　混凝土屋面上現(xiàn)澆矩型基礎(chǔ)，適時(shí)合屋面承載小、風(fēng)荷載高的地區(qū)和屋面；如下圖所示：1矩形基礎(chǔ)與屋面用化學(xué)錨栓連接；2矩形基礎(chǔ)上安裝標(biāo)準(zhǔn)化的固定連接件；3.支架與組件組裝。

圖5混凝土屋面現(xiàn)澆矩形基礎(chǔ)

　　混凝土屋面上放置預(yù)澆矩形基礎(chǔ)，適合屋面承載小、風(fēng)荷載小的地區(qū)和屋面；矩形基礎(chǔ)上預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)化的固定連接件。

圖6混凝土屋面預(yù)澆矩形基礎(chǔ)

1.1.2地面光伏系統(tǒng)

　　地面光伏系統(tǒng)是指安裝地點(diǎn)選擇在戶外開(kāi)闊地面的光伏系統(tǒng)，常見(jiàn)大型地面光伏系統(tǒng)的支架固定方式隨著地質(zhì)、環(huán)境、氣候等因素而不同。一般采用混凝土條形（塊狀）基礎(chǔ)形式（特殊地基情況需要咨詢專業(yè)土力學(xué)設(shè)計(jì)人員），也可以采用樁基式、地錨式（如圖1）等方式。

圖7螺旋樁基

　　圖1中所示的四種不同基礎(chǔ)形式可以根據(jù)實(shí)際情況選擇，其中混凝土塊配重和預(yù)埋件的方法經(jīng)常應(yīng)用于屋頂太陽(yáng)能建設(shè)或改造，這樣可以有效避免破壞屋頂防水層等結(jié)構(gòu)；地錨法和直埋式常用于太陽(yáng)能電站的建設(shè)中，具有穩(wěn)固、可靠性高的特點(diǎn)。

　　根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，地錨法施工基礎(chǔ)最為牢固，安全性最高，但是地錨與太陽(yáng)能光伏支架連接部位需要特別定做，造價(jià)很高。相比之下，直埋式施工簡(jiǎn)便，只需要使用開(kāi)孔機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔并灌注混凝土，在混凝土未凝固之前將槽鋼直接插入孔中即可，但是與地錨法相比，直埋式基礎(chǔ)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土壤的自立性要求較高，需要進(jìn)行前期的地質(zhì)勘測(cè)試驗(yàn)。當(dāng)然，在地質(zhì)情況非常有保障的情況下，也可以不做前期的地質(zhì)勘探。

　　太陽(yáng)能光伏支架主、次梁的排布方式主要取決于電池板的安放方法。總的來(lái)說(shuō)，由于電況允許的前提下，直埋法顯然優(yōu)于地錨法。

1.2跟蹤式光伏支架

　　當(dāng)太陽(yáng)光線垂直于電池面板時(shí)，太陽(yáng)能接收到的太陽(yáng)能最大，發(fā)電功率也最高。但是地球時(shí)時(shí)刻刻都在進(jìn)行公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，因此太陽(yáng)光線角度是時(shí)刻都在發(fā)生變化的。而固定支架，因?yàn)殡姵孛姘迨枪潭ǖ?，因此不能保證盡量讓太陽(yáng)光線垂直電池面板，不能充分利用太陽(yáng)能。

　　因此跟蹤系統(tǒng)是盡量去對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，使太陽(yáng)光線在電池面板單位面積的接收到的太陽(yáng)光線更多，從而增加發(fā)電量。目前而言，跟蹤系統(tǒng)包括單周跟蹤系統(tǒng)與雙軸跟蹤系統(tǒng)兩大類，單軸跟蹤系統(tǒng)又分為水平單軸跟蹤系統(tǒng)和斜單軸跟蹤系統(tǒng)。

1.2.1水平單軸跟蹤

　　如圖8所示，水平單軸跟蹤適合在低緯度地區(qū)，通常跟蹤太陽(yáng)的高度角來(lái)提高太陽(yáng)光線在電池面板的垂直分量來(lái)提高其發(fā)電量。水平單軸跟蹤系統(tǒng)，不是單純跟蹤太陽(yáng)高度角，而是采取一套復(fù)雜的計(jì)算算法，使得其太陽(yáng)光線在電池面板的垂直分量最大化，來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)角度。這樣最大化的增大了光伏發(fā)電量。水平單軸跟蹤一般相對(duì)于固定支架能增加20%到30%之間。

圖8水平單軸跟蹤示意圖

1.2.2斜單軸跟蹤

　　斜單軸適合于緯度高于30度以上，通過(guò)轉(zhuǎn)軸的傾斜角補(bǔ)償緯度角。，然后在轉(zhuǎn)軸方向跟蹤太陽(yáng)高度角，從而達(dá)到更好的增大光伏發(fā)電量。一般相對(duì)于固定支架可以增加發(fā)電量25%到35%之間。

1.2.3雙軸跟蹤

　　雙軸跟蹤，有兩個(gè)轉(zhuǎn)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，這樣可以保證太陽(yáng)電池板始終垂直于太陽(yáng)光線，因此雙軸跟蹤提升太陽(yáng)發(fā)電效率最高?？梢蕴岣?5%-45%。

二、載荷計(jì)算

　　將太陽(yáng)能電池陣列安裝在地面上或者房屋屋頂上，以及住宅的平屋頂上的場(chǎng)合，首先打好牢固的地基，然后再作支架設(shè)計(jì)。支架(支持物)大部分都是鋼結(jié)構(gòu)。

　　支架是安裝從下端到上端高度為4m以下的太陽(yáng)能電池陣列時(shí)使用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)把允許應(yīng)力設(shè)計(jì)作為基本，設(shè)計(jì)用的荷重是以等價(jià)靜態(tài)荷重為前提。到現(xiàn)在為止關(guān)于太陽(yáng)能電池陣列的支架沒(méi)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果作為電氣設(shè)備考慮的場(chǎng)合，按照送電支撐物設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如果作為建筑物考慮，則按照建筑法、建筑物荷重等。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)在設(shè)計(jì)對(duì)象和設(shè)計(jì)方法的考慮中存在一些差異，不適合稱為太陽(yáng)能電池陣列的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1假想荷重

　　作為太陽(yáng)能電池陣列用支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的假想荷重，有持久作用的固定荷重和自然界外力的風(fēng)壓荷重、積雪荷重及地震荷重等。此外，也有因溫度變化產(chǎn)生的“溫度荷重”，但是在除了焊接結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)部件以外的支撐物中，與其他荷重相比很小，因此忽略不計(jì)。

①固定荷重(G )。組件質(zhì)量( M G )和支撐物等質(zhì)量( K G )的總和。

②風(fēng)壓荷重(W )。加在組件上的風(fēng)壓力( M W )和加在支撐物上的風(fēng)壓力( K W )的總和(矢量和)。

③積雪荷重( S )。與組件面垂直的積雪荷重。

④地震荷重( K )。加在支撐物上的水平地震力(在鋼結(jié)構(gòu)支架中地震荷重一般比風(fēng)壓荷重要小)

荷重條件和荷重組合如表1所示。多雪地區(qū)的荷重組合，把積雪荷重設(shè)為平時(shí)的70%，暴風(fēng)時(shí)及地震時(shí)設(shè)為35%。

表1荷重的條件和組合

2.2風(fēng)壓荷重

　　在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能電池陣列安裝用支架結(jié)構(gòu)時(shí)，在假想荷重中最大的荷重一般是風(fēng)壓荷重。在電池陣列中因風(fēng)引起的損壞多數(shù)在強(qiáng)風(fēng)時(shí)發(fā)生。這里規(guī)定的風(fēng)壓荷重只適用于防止因強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致的破壞為目的的設(shè)計(jì)。

(1) 設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)壓荷重

作用于陣列的風(fēng)壓荷重：W = CW×q ×AW

式中W是風(fēng)壓荷重( N )；C W是風(fēng)力系數(shù)；q設(shè)計(jì)用速度壓(N/m2)；A W是受風(fēng)面積(m2)。

(2)設(shè)計(jì)時(shí)的速度壓

設(shè)計(jì)時(shí)的速度壓：q = q0×α×I×J

式中q 是設(shè)計(jì)用的速度壓(N/m2)；q0是基準(zhǔn)速度壓(N/m2)；α是高度補(bǔ)償系數(shù)；

I 是用途系數(shù)；J是環(huán)境系數(shù)。

　　對(duì)于設(shè)計(jì)速度壓q，一般應(yīng)按照如下準(zhǔn)則計(jì)算: 對(duì)于地上16m以下和16m以上場(chǎng)合的速度壓算式應(yīng)按照如下準(zhǔn)則計(jì)算：地上16m以下的場(chǎng)合: 60；地上16m以上的場(chǎng)合: 1204 。這里，h為地面以上的高度。在地面31m以上安裝的場(chǎng)合，風(fēng)力系數(shù)規(guī)定為1.5以上。

　　①基準(zhǔn)速度壓q0。設(shè)定基準(zhǔn)高度10m，由下式算出：q0= 0.5ρ×V 02式中q0是基準(zhǔn)速度壓(N/m2)；ρ是空氣密度風(fēng)速(N·s2/m4)；V0是設(shè)計(jì)用基準(zhǔn)(m/s)?？諝獾拿芏仍谙奶旌投觳灰粯?，從安全角度考慮取數(shù)值大的冬天的值1.274N·s2/m4。設(shè)計(jì)用基準(zhǔn)風(fēng)速取在太陽(yáng)能電池陣列的安裝場(chǎng)所，地上高度10m 處，在50 年內(nèi)再現(xiàn)的最大瞬時(shí)風(fēng)速。

　?、诟叨妊a(bǔ)正系數(shù)α。隨地面以上的高度不同，速度壓也不同，因此要進(jìn)行高度補(bǔ)正。高度補(bǔ)正系數(shù)由下式算出: α= ,式中α是高度補(bǔ)正系數(shù)；h 是陣列的地面以上高度；h0是基準(zhǔn)地面以上高度l0m；n是表示因高度遞增變化的程度，5為標(biāo)準(zhǔn)。

　　③用途系數(shù)I 。是與太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的用途重要程度對(duì)應(yīng)的系數(shù)(參見(jiàn)表2)。通常，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)速的設(shè)計(jì)用再現(xiàn)期限設(shè)為50年，這相當(dāng)于用途系數(shù)1.0。

表2 用途系數(shù)

④環(huán)境系數(shù)J 。是與太陽(yáng)能電池陣列的安裝場(chǎng)所的地形和建筑物情況等對(duì)應(yīng)的系數(shù)(參見(jiàn)表3)。陣列的安裝場(chǎng)所設(shè)定為在地面以上高度6m以下。

表3環(huán)境系數(shù)

(3)風(fēng)力系數(shù)

①組件面的風(fēng)力系數(shù)。風(fēng)力系數(shù)一般通過(guò)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)確定，更專業(yè)的內(nèi)容請(qǐng)參考相關(guān)資料。

②支撐物構(gòu)成材料的風(fēng)力系數(shù)。在支撐物的骨架及單體材料上作用的風(fēng)壓的風(fēng)力系數(shù)，由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)確定，更專業(yè)的內(nèi)容請(qǐng)參考相關(guān)資料。

2.3積雪荷重

　　設(shè)計(jì)時(shí)的積雪荷重由下式算出：S = C S×P×Z S×A S,式中S 是積雪荷重(N)；C S是坡度系數(shù)；P 是雪的平均單位質(zhì)量(相當(dāng)于積雪1 cm的質(zhì)量，N/m2)； Z S是地上垂直最深積雪量(cm)； A S積雪面積(陣列面的面積)(m2)。

(1) 坡度系數(shù)S C 由表4 確定。

表４ 坡度系數(shù)

(2) 雪的平均單位質(zhì)量P

雪的平均單位質(zhì)量是指積雪厚度為lcm、面積為lm2的質(zhì)量。一般的地方為19.6N以上，多雪區(qū)域?yàn)?9.4N以上。

(3) 積雪量S Z

太陽(yáng)能電池陣列面的設(shè)計(jì)用積雪量設(shè)定為地上垂直最深的積雪量S Z，但是，經(jīng)常掃雪而積雪量減少的場(chǎng)合，根據(jù)狀況可以減小S Z值。

2.4地震荷重

設(shè)計(jì)用地震荷重的計(jì)算，可分為一般地區(qū): K = C1×G和多雪區(qū)域: K = C1×( G +0.35S )。式中K 是地震荷重(N); C1是地震層抗剪系數(shù)；G是固定荷重(N) ；S是積雪荷重(N) 。地震層抗剪系數(shù)C1公式為: C1= Z×Ri×A i×C0，式中C1是地震層抗剪系數(shù); Z是地震地域系數(shù); R i是振動(dòng)特性系數(shù); Ai是地震層抗剪分布系數(shù);C0是標(biāo)準(zhǔn)抗剪系數(shù)。

三、支架材料及選型

　　太陽(yáng)能支架材料、安裝方式的選擇，需要較嚴(yán)格的計(jì)算才能確定。另外，受安裝地點(diǎn)的質(zhì)地、氣候、環(huán)境等因素影響，耐候性也是選擇的依據(jù)之一。如質(zhì)地松軟的安裝地點(diǎn)可以采用地錨的方式固定，若歷史最大風(fēng)速或最大雪量都在一定范圍內(nèi)，則可以適當(dāng)選擇既能滿足要求，成本又較低的材料。計(jì)算項(xiàng)目如上述第二章所述，需要計(jì)算風(fēng)載、雪載等。另外，還需考慮維修及材料回收等因素。

　　目前，太陽(yáng)能支架的材料主要有鋁合金（Al6005-T5 表面陽(yáng)極氧化）、不銹鋼（304）、鍍鋅鋼件（Q235 熱鍍鋅）等，其中以不銹鋼材料成本最高，耐候性好，可回收利用價(jià)值高；

　　鋁合金支架一般用在民用建筑屋頂太陽(yáng)能應(yīng)用上，鋁合金具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、美觀耐用的特點(diǎn)，但其承載力低，無(wú)法應(yīng)用在大型太陽(yáng)能電站項(xiàng)目上。另外，鋁合金的價(jià)格比熱鍍鋅后的鋼材稍高。

　　鍍鋅鋼支架性能穩(wěn)定，制造工藝成熟，承載力高，安裝簡(jiǎn)便，廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)太陽(yáng)能光伏和太陽(yáng)能電站中。其中，型鋼均為工廠生產(chǎn)，規(guī)格統(tǒng)一，性能穩(wěn)定，防腐性能優(yōu)良，外形美觀。值得一提的是，組合型鋼支架系統(tǒng)，其現(xiàn)場(chǎng)安裝，只需要使用特別設(shè)計(jì)的連接件將槽鋼拼裝即可，施工速度快，無(wú)需焊接，從而保證了防腐層的完整性。這種產(chǎn)品的缺點(diǎn)是連接件工藝復(fù)雜，種類繁多，對(duì)生產(chǎn)制造、設(shè)計(jì)要求高，因此價(jià)格不菲。鍍鋅鋼的另一缺點(diǎn)是材料最終回收利用價(jià)值不如前兩種高。

　　目前最普遍應(yīng)用的為鍍鋅鋼支架，主要采用型鋼作為主材，所謂型鋼是一種有一定截面形狀和尺寸的條型鋼材，其主要類型有工字鋼、槽鋼、角鋼、圓鋼、方鋼、C型鋼、H型鋼等。

1）角鋼可按結(jié)構(gòu)的不同需要組成各種不同的受力構(gòu)件，也可作構(gòu)件之間的連接件。廣泛地用于各種建筑結(jié)構(gòu)和工程結(jié)構(gòu)，如房梁、橋梁、輸電塔、起重運(yùn)輸機(jī)械、船舶、工業(yè)爐、反應(yīng)塔、容器架以及倉(cāng)庫(kù)貨架等。角鋼屬建造用碳素結(jié)構(gòu)鋼，是簡(jiǎn)單斷面的型鋼鋼材，主要用于金屬構(gòu)件及廠房的框架等。在使用中要求有較好的可焊性、塑性變形性能及一定的機(jī)械強(qiáng)度。生產(chǎn)角鋼的原料鋼坯為低碳方鋼坯，成品角鋼為熱軋成形、正火或熱軋狀態(tài)交貨。

　圖12角鋼

2）H型鋼是一種截面面積分配更加優(yōu)化、強(qiáng)重比更加合理的經(jīng)濟(jì)斷面高效型材，因其斷面與英文字母“H”相同而得名。由于H型鋼的各個(gè)部位均以直角排布，因此H型鋼在各個(gè)方向上都具有抗彎能力強(qiáng)、施工簡(jiǎn)單、節(jié)約成本和結(jié)構(gòu)重量輕等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用。

H型鋼分為寬翼緣H型鋼（HW）、中翼緣H型鋼(HM)、窄翼緣H型鋼（HN）、薄壁H型鋼（HT）、H型鋼樁（HU）等。

圖13 H型鋼

3）C型鋼經(jīng)熱卷板冷彎加工而成，壁薄自重輕，截面性能優(yōu)良，強(qiáng)度高，與傳統(tǒng)槽鋼相比，同等強(qiáng)度可節(jié)約材料30%。

圖14 C型鋼

C型鋼廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)建筑的檁條、墻梁，也可自行組合成輕量型屋架、托架等建筑構(gòu)件。此外，還可用于機(jī)械輕工制造中的柱、梁和臂等。

4）矩形管是一種中空的長(zhǎng)條鋼材，大量用作輸送流體的管道，如石油、矩形管天燃?xì)?、水、煤氣、蒸氣等，另外，在高彎、抗扭?qiáng)度相同時(shí)，重量較輕，所以也廣泛用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)。也常用作生產(chǎn)各種常規(guī)武器、槍管、炮彈等。在光伏支架系統(tǒng)中主要作為橫梁使用。

四、方陣布局

　　在太陽(yáng)能光伏電站設(shè)計(jì)中，電池陣列的布置非常重要。陣列間的距離對(duì)電站的輸出功率和轉(zhuǎn)換效率有較大的影響，如安裝不妥，后排的太陽(yáng)光將被前排遮擋。與陣列間距密切相關(guān)的是太陽(yáng)高度角，因此本文中提出了兩種計(jì)算太陽(yáng)高度角的方法，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。

4.1太陽(yáng)高度角

太陽(yáng)能電池陣列安裝見(jiàn)圖15所示，圖中物理量將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。

圖15電池陣列安裝示意

　　太陽(yáng)高度角是指對(duì)于地球上的某個(gè)地點(diǎn)太陽(yáng)光的入射方向和地平面之間的夾角。太陽(yáng)高度角是決定地球表面獲得太陽(yáng)熱能多少的最重要因素。

4.1.1影子倍率法計(jì)算太陽(yáng)高度角

　　一般在水平面垂直豎立的高為L(zhǎng)的木桿，其南北方向影子的長(zhǎng)度為L(zhǎng)s，太陽(yáng)的高度角為h，方位角為α，那么影子的倍率R可由下式表示:

R = LS/L= ctgh·cosα ( 1)

　　式中: R為影子倍率;L為陣列高度;Ls為影子長(zhǎng)度;h為太陽(yáng)高度角;α為太陽(yáng)方位角。

　　陣列的影子長(zhǎng)度因安裝場(chǎng)所的維度、季節(jié)、時(shí)間不同而異，如果在影子最長(zhǎng)的冬至，從午前9:00至午后15: 00，影子對(duì)陣列沒(méi)有影響，說(shuō)明太陽(yáng)電池輸出功率不受影響。通過(guò)“冬至太陽(yáng)位置圖”可以知道這段時(shí)間內(nèi)的太陽(yáng)高度角h和方位角α。

4.1.2根據(jù)函數(shù)計(jì)算太陽(yáng)高度角

　　根據(jù)球面三角函數(shù)分析認(rèn)為太陽(yáng)高度與觀測(cè)者的地理緯度、太陽(yáng)赤緯和方位角有著一定關(guān)系，它們之間的關(guān)系式為:

sinh = sinφ·sinδ + cosφ·cosδ·cosα ( 2)

式中: φ———當(dāng)?shù)鼐暥冉?

δ———當(dāng)?shù)爻嗑暯恰?/span>

一年中第n 天的赤緯角δ按如下公式計(jì)算:

δ= 23. 45·sin[360·(284 + n)/365] ( 3)

式( 2) ( 3) 中，若已知某點(diǎn)的地理位置，日期和時(shí)刻，就可以算出當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)的太陽(yáng)高度角。正午時(shí)，太陽(yáng)方位角為零，則cosα= 1，式( 2)變?yōu)?/span>

sinh = sinφ·sinδ + cosδ·cosδ =cos(φ－δ) = sin［90°－( φ－δ)］( 4)

得出計(jì)算太陽(yáng)高度角的基本公式:

h=90°－(φ－δ) ( 5)

4.2 陣列間距的計(jì)算

4.2.1 利用4.1.1中方法計(jì)算間距

由公式( 1) 可以得出:

LS = L·ctgh·cosα (6)

h 與α根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥瓤梢圆槌?，Ls即可求出。

4.2.2利用4.1.1 中方法計(jì)算間距

　　由圖15可以知道太陽(yáng)高度角與電池陣列之間的關(guān)系，由幾何圖形分析可得:

(L－e)/Ls= tgh = tg［90°－ ( φ－δ) ］ (7)

Ls = ( L － e) ·ctgh= ( L－e)·ctg［90°－(φ－δ)］ ( 8)

　　由公式( 8) 可知，太陽(yáng)高度角h 越小，其投影距離L 越大。所以設(shè)計(jì)采用最小的入射角即冬至日太陽(yáng)高度角進(jìn)行陣列間距的計(jì)算可以滿足要求。

五、總結(jié)

　　太陽(yáng)能支架是光伏電站非常重要的組成部分，它承載著光伏電站的發(fā)電主體，如果設(shè)計(jì)不合理，在災(zāi)害氣候下發(fā)生事故，對(duì)于電站的影響是致命的。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮各方面的因素，最終確定支架的選型及陣列的布置。本次總結(jié)沒(méi)有設(shè)計(jì)支架基礎(chǔ)的計(jì)算問(wèn)題，后續(xù)會(huì)增加該部分內(nèi)容。