光伏柔性支架结构选型与成本分析
浏览： 发表时间：2023-03-06 13:52:15
随着近几年新能源行业的兴起，光伏土地资源日趋紧张，为实现光伏多种应用场景的有效利用，柔性支架应运而生。
面对复杂多变的应用场景，柔性支架如何选型；与传统支架相比，柔性支架成本如何？这两个问题是投资企业、设计单位、施工单位等多方关注的重点。
在进行结构选型之前，先要了解柔性支架的结构特点：
大致归纳了6个方面：
1、大跨度
通过对拉索施加预张力，使结构获得初始刚度，预张力可以抵消上部结构的荷载，通过控制索力与结构整体变形实现大的跨度。
2、多场景
柔性支架具有形式多样性，可适用于山地、水厂、鱼塘、水库、农业大棚、厂房、停车场等多种场景。
3、多连跨
柔性支架根据地形条件可以布置成连续多跨的形式，中间不需要断开，将阵列长度加长，中间在一定的跨度范围内设置摇摆柱，端部设置支承结构。
4、高容量
柔性支架可充分利用场地条件，按“多连跨，多联排”的原则，将结构合理布局，最大限度提高土地利用率。
5、高净空
柔性支架可采用架高立柱的方案以适应场地净空要求，如水厂、厂房、连廊等项目高度可做到10m以上。
6、低含钢量
与传统刚架或桁架相比，柔性支架具有低含钢量的特点。用高强度拉索替代一般受拉构件，大大降低结构自重，从而降低结构整体用钢量。拉索为结构提供整体刚度的同时贡献应力刚度。
面对形式多样的柔性支架，可结合其结构形式和受力特点，总结出适用条件，作为结构选型的依据。
1）单层悬索结构
单层悬索结构一般由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体等主要构件组成，索体为两道平行于组件平面的拉索，使用索体代替一般受拉构件。组件支承索张拉完成后经由钢梁端部的锚具固定，通过张拉设备使支承索获得应力刚度，用于支承组件，依靠端部斜拉形成自平衡体系。
图1.1 单层悬索结构
优点：形式简单、受力模式单一、地形适应性强、施工效率高。
缺点：采用全柔性体系，结构整体刚度弱，在风压或风吸力作用下，易产生较大变形，难以实现更大跨度。
适用条件：
跨度：≤20m
基本风压：≤0.5kN/m^2，超过0.5kN/m^2宜设置防风装置。
应用场景：
1）沙漠、鱼塘、农棚、停车场等平地
2）坡度陡峭的山地
2）双层索桁架结构
双层索桁架结构由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体以及索体间的刚性撑杆组成，索体由两道平行的上弦索与一道曲率向上的下弦索构成。与单层悬索结构相比，多了承重索和刚性撑杆，通过张拉索体获得应力刚度形成自平衡体系。
图1.2 双层索桁架结构
优点：索体张拉后由锚具固定于支承结构上，组件支承索用于支承组件，承重索抵抗向下的竖向荷载，结构具有较大的刚度和抗变形能力。
缺点：未设置稳定索，风吸力由组件支承索承担，结构对风吸力较为敏感，不宜用于大跨度结构或基本风压较大地区。
适用条件：
跨度：20m~30m
基本风压：≤0.5kN/m^2
应用场景：
1）河道、鱼塘、停车场等平地
2）坡度平缓、高差较大的山地
索桁架结构，因其跨度较大，为保证结构面外稳定，通常做成联排形式，设置面外稳定索，防止发生面外失稳。
3）三层索桁架结构
三层索桁架结构由梁柱组成的主钢架、斜拉、索体以及索体间的刚性撑杆组成。与双层索桁架相比，索体增加了稳定索，形成曲率相反的上下弦结构，稳定索用于抵抗风吸力作用。
图1.3 三层索桁架结构
优点：承重索抵抗向下的竖向荷载，稳定索抵抗向上的竖向荷载，结构面内与面外刚度均由预拉力提供，具有良好的刚度和形状稳定性。
缺点：结构形式较复杂，三层索均需施加预拉力，张拉过程较繁琐，为避免预拉力施加过程中支承构件产生过大的弯矩和变形，需严格把控施工工序和施工质量。
适用条件：
跨度：20m~60m
基本风压：适用范围广
应用场景：
1）污水厂、水库、滩涂等大平地
2）坡度缓、高差大、跨度大的山地
4）张弦结构
张弦结构是由梁柱组成的主钢架、斜拉、刚性上弦、索体及刚性撑杆组成。索体为承重索，与三层索桁架相比，无稳定索。上弦采用刚性结构，下弦采用柔性拉索，在预应力作用下，撑杆对上弦起到弹性支承作用，以改善上部结构的受力状态，从而形成自平衡体系。
图1.4 张弦结构
优点：用撑杆连接上部压弯构件和下部受拉构件，通过施加预拉力，使上部结构产生反挠度，提高了上部结构的承载能力与抗变形能力。
缺点：相对于其他柔性体系，结构整体用钢量较高；属于平面型受力体系，存在面外失稳问题。
适用条件：
跨度：30m以上
基本风压：适用范围广
应用场景：
污水厂、厂房、矿坑等平地
柔性支架的成本
对于光伏项目开发企业来说，柔性支架的造价关乎企业的投资收益率。
本文以某100MW山地项目为例，组件功率采用550Wp，由于用地紧张，其中50MW采用柔性支架，为适应现场地形条件，拟采用单层索与多层索相结合的方案，即分别采用单层悬索结构、双层索桁架结构、三层索桁架结构三种方案进行材料与施工成本分析。
1、单层悬索结构
2、双层索桁架结构
3、三层索桁架结构
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