浅谈柔性支架简介及设计

说起太阳能面板，大家可能都不陌生，比如这种家用太阳能系统。它利用硅材料，将太阳能转化为电能，为千家万户带去光明。

       

为了固定这些太阳能板，能够“架起太阳”的支架——光伏支架诞生了。光伏支架应用场景很多，比如固定在水面的渔光互补支架、或是固定在地面上的农光互补支架。

这些传统的光伏支架有一个共同点——它们都很“刚”。因为它们都是采用刚性结构支撑着上方的光伏板。但现在，随着光伏平价上网时代的到来，光伏电站项目可利用的相对平整土地资源越来越少，如何高效复合利用土地资源，成为一大研究方向。试想，我们能否像晾衣服一样晾光伏板，依靠柔性悬索和刚性支架两者相结合的方式，创造出一种“高净空、大跨度”的新型支架体系呢？

刚柔并济的柔性支架      

柔性支架与传统的刚性支架迥然不同。它是采用“悬、拉、挂、撑、压”的空间结构技术，以柔性悬索及刚性撑杆组合联结，辅以刚性支架及强力地锚，构成的大跨度承重柔性支架体系。

是不是看起来有点像晾衣绳？不过，与我们见到的随风摇摆的晾衣绳不同的是，为了保证光伏板的安全，我们的支架系统需要做到“刚柔并济”。这里“刚”指的就是端部和中部支架，端部支架位于系统的左右两端，为系统提供竖向和水平支撑，而当跨度过大时，为防止“晾衣绳”中间变形过大，需设置一些中间支架。这样，整个体系的刚性框架就搭成了。        

仅仅有了刚性框架还不够，还需要能够抵抗风荷载，工程师们找到了“秘密武器”——抗风系统。目前常见的柔性支架多采用三根索，由两根组件索和一根承重索构成，这三根索与四角锥或桁架梁等横向构件联结在一起构成抗风体系，辅以地锚，抗风索等措施就构成了我们的完整抗风系统。         

有了一刚一柔相配合，我们的光伏板就可以稳稳地发电啦！

柔性支架“好”在哪？

看看这个农光互补项目吧~         

常规光伏支架相可能只高出地面2米左右，会限制一些农作物的生长，而且常规农用施工机具会因为限高而无法进行作业。但如果采用途中的柔性光伏支架，其净空最高就可达到5m，使板下农业耕种不再有问题。

再来看看当下热门的渔光互补项目，常规项目大量使用桩基作为组件承载支撑结构，会对池塘拉网捕捞造成不便。若采用大跨度的柔性支架，与传统方案相比，桩基数量可减少85%呢！池塘桩基可以优化设置在池埂边缘，架空高度有所提升，拉网捕捞和池塘维护也变得十分方便，完美实现“上可发电、下可养鱼”。        

瞧！这些是在山区沟壑等凹凸不平的地面上的光伏电站，常规支架无法跨越的山坡、沟壑，采用柔性支架就能将“不可能”变为“可能”。   

 

柔性支架设计

由上述可知，近些年光伏应用场景越来越多，光伏与不同业态及环境治理复合或综合化应用的占比越来越大，业界对光伏支架与环境适合性方面的要求也会越来越高。对刚性固定支架，由于其在桩基密度、列距和净空等方面的限制，某些场景下，已不能充分满足多方面的需要，特别在土地复合及高效利用方面。近几年，光伏柔性支架凭借其“大跨度、高净空、长列距”的结构特点，有效地解决了某些场景下支架的适应性和经济性问题。

柔性光伏支架是一种大跨度多连跨结构，该结构为在两端固定点之间张拉预应力钢丝绳，固定点采用刚性结构及外侧斜拉钢绞线提供支撑反力。可实现10~30m的大跨度，适应如山地起伏和植被增加等情况，只需在合适的位置设置基础并张紧预应力钢绞线或钢丝绳即可。在水位保持不变的条件下，可在湖泊和鱼塘中实现刚性柱、基础和柔性支撑的构造。         

两端钢立柱及基础设计          
         

在柔性光伏支架两端钢立柱下方设独立基础，端部钢立柱外侧设斜拉钢绞线，钢绞线下方为配重式独立基础。

柔性支架上方的钢丝绳系统对端立柱柱顶产生向内的水平拉力，而斜拉钢绞线在柱顶提供的水平拉力可平衡钢丝绳的水平拉力。斜拉钢绞线有竖直向下的拉力，其在基础位置的竖直向上的拉力，可通过配重式基础上方的土形成的压力来平衡。

光伏组件布局设计        

根据光伏组件的布局采用灵活的支撑方案。该方案分为水平光伏组件和垂直光伏组件。可根据实际情况采用单跨度或多跨度。但受场地条件限制，单个跨度常不能满足需要，需采用2个、3个甚至更多个跨度。使用摆动柱可有效控制钢绞线的挠度。钢绞线或钢丝绳与端柱和中柱使用铰接固定以减少应力集中。采用上述设计方案有利于钢绞线或钢丝绳张紧且安装方便，可缩短施工周期，节约成本。

根据应用场景和系统设计要求，中榀结构可采用天线柱或V形柱，其底部与基础铰接，形成摇摆结构，顶部支承两根拉索。为保证结构稳定，并有效地将南北向的水平力传至基础，可在两排中榀柱中间采用横杆加X型斜拉的结构设计。

       

设计建议

(1)当中心柱为摇摆柱时，在迎风时摇摆柱和钢绞线会横向移动并与钢绞线形成几何可变系统，柱顶的水平位移大且不稳定，因此应从中心柱的顶部提供有效的水平力，避免中心柱受弯。将立柱间的支撑设在第一立柱两端之间可更好地解决该问题。

(2)钢绞线与柱顶固定时，钢绞线的接头位置易因弯折较大而导致强度降低，对此可借助辅助工具，如使用鸡心扣和UT线夹来避免。    

支架适用范围分析        

由于柔性支架具有跨度大且跨度范围灵活可调的优势，因此其适用范围更广，包括：

(1)适用山地坡度、起伏较大的地区，同时不受植被高低等因素的影响，组件下沿距地高度可在1m~7m内调整，适于采用更长的单排阵列长度（列距）。目前实际项目中，单排阵列长度最长达到了1500m。

(2)适用于渔塘、滩涂等地区，突破传统支架受限于水深、区域大小等条件，通过柔性支架10～30 m 的大跨度方案优势，以及中间可另设支撑柱等方案，解决渔塘、滩涂等地区传统支架无法施工及安装的难点;

(3)适用于污水厂水池顶部，因污水厂水处理工艺的要求，大体积水池内部无法安装支架基础，柔性支架可巧妙规避这一难点，使污水厂水池建设光伏电站成为可能。

         

柔性支架系统优势

（1）光伏与农业和渔业相结合的应用场景，可以免除或减少对种养殖作业的影响柔性支架采用大跨距、高净空的结构设计，更适合与农业和渔业结合的光伏应用场景，可以真正做到“双适合，两不误”。

（2）某些场景下，可以降低对植被的破坏或影响，利于水土保持基础数量和土方施工量的减少，可以降低对植被的破坏或影响，有利于水土保持，特别对水土保持要求较高，环境较为脆弱的区域。

（3）利于提升系统的发电效率，包括双面发电的增益水平。高净空、大跨距的结构特点，有利于光伏阵列的通风散热，降低组件的工作温度，进而减少组件最大功率的温度损失。