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干货|太阳能电池方阵选型要点及安装维护
日期:2018-3-20 13:45:14  点击数:

北极星太阳能光伏网讯:摘要:本文简介了太阳能电池方阵的安装形式,重点阐述了太阳能电池方阵在屋顶的安装方式及所用支架的分类,并对屋顶的安装方式所用支架的综合性能进行对比分析。

关键词:安装方式方阵支架性能对比

1.太阳能电池方阵的安装形式

(1)托架安装形式

托架安装形式是用两根角形电镀型钢托架用螺钉固定在建筑的外墙和房顶,另一对与之配合的托架接在太阳能电池组件框架的端部,将这两套托架连接起来,就构成一个简单、耐用且价格便宜的用于安装太阳能电池方阵的托架装置。托架装置可做成可旋转的,以便随季节变化而调整太阳能电池方阵倾角,从而优化光伏发电系统的性能。

(2)立柱安装形式

立柱安装形式是采用一个直接固定在地上的垂直立柱安装太阳能电池方阵,一般来说,5~7cm直径的钢管很适合作为这种支撑结构的材料。采用这种安装方法,也可以按季节调整太阳能电池方阵倾角,以优化光伏发电系统的性能。

(3)地面安装形式

在地面安装太太阳能电池方阵时,应预先在地面制作好基座,然后将金属框架固定在基座上,最后将太阳能电池方阵安装在框架上。安装用的框架通常包括两个平行的槽状梁,用螺钉将横向支撑铝型材固定在槽状梁上,横向支撑铝型材强度要高,以防被风吹坏,再将太阳能电池方阵的铝制框架用螺钉固定在上下横向支撑铝型材上(应以预先测算的倾角固定)。也可以购买或制作可调整倾角的支架装置,以便按季节调整太阳能电池方阵倾角。

由于混凝土中的石灰成分会腐蚀铝制材料,直接安装在混凝土基座上的金属框架应使用镀锌钢材。此外,螺钉、螺母及垫圈都应该由不锈钢材料制成,以防腐蚀。在选定太阳能电池方阵安装位置前,需详细评估当地的气候状况和土壤的承压能力。地面安装方式需要足够强度的基座,以避免因承压过大而造成损坏。基座同时要能经受住风吹造成的切向(横向移动)作用力。参考当地建筑标准可以为确定基座要求提供依据,在安装前,要确保上述支撑构件满足这些标准。

(4)屋顶安装形式

太阳能电池方阵是多片光伏组件的连接,也是更多太阳能电池的连接。太阳能电池方阵与建筑物相结合的方式有屋顶安装和侧立面安装两种,这两种安装方式可囊括大多数建筑物的太阳能电池方阵安装形式。光伏阵列屋顶安装形式主要有:

1)水平屋顶。在水平屋顶上,太阳能电池方阵可以按最佳角度安装,从而获得最大发电量。可采用常规晶硅光伏组件,减少组件投资成本,经济性相对较好,但美观性一般。

2)倾斜屋顶。在北半球,向正南、东南、西南、正东或正西倾斜的屋顶均可以用于安装太阳能电池方阵。在正南向的倾斜屋顶上,可以按照最佳角度或接近最佳角度安装,从而获得较大发电量。可采用常规的晶体硅光伏组件,性能好、成本低,有较好经济性。与建筑物功能无冲突,可与屋顶紧密结合,美观性较好。

3)光伏采光顶。以透明光伏电池作为采光顶的建筑构件,美观性很好,并且满足透光的需要。采光顶构件要满足一定的力学、美学、结构连接等建筑方面要求,并需要透明的光伏组件(透明的组件效率较低、成本高),导致发电成本高。但可为建筑提升社会价值,带来绿色概念的效果。

2.太阳能电池方阵屋顶安装方式

太阳能电池方阵支架用于支撑太阳能电池方阵,太阳能电池方阵的结构设计要保证太阳能电池方阵与支架的连接牢固可靠,并能很方便地更换太阳能电池方阵。支架以及其他所需各类物资(如螺栓等)应该由耐用、防锈蚀、抗紫外线的材料制成,太阳能电池方阵及支架必须能够抵抗120km/h的风力而不被损坏。

由于太阳能电池方阵安装在屋顶具有不占用土地资源,可更好的接收到阳光而产生绿色电力,且发出的电能够就近消费等优点,因此得到了国家的大力支持,在屋顶安装太阳能电池方阵通常有以下四种方法。

(1)支架安装

在支架安装方式中,太阳能电池方阵用一个金属框架支撑,并呈现一个预先设定好的倾角,然后将支撑太阳能电池方阵的金属框架安装在支架上,再通过用螺钉将支架固定在屋顶支架基础上。这种安装方法会增加屋顶承重及风应力等问题,但是,由于气流通路完全环绕太阳能电池方阵周围,太阳能电池方阵可保持相对较低工作温度,从而提高了效率。

(2)独立安装

独立安装方式是将太阳能电池方阵直接安装在屋顶上的框架上,这个框架平行于屋顶的倾角,并且离屋顶10~20cm高。支撑横杆固定在独立的框架上,太阳能电池方阵固定在这些横杆上。独立安装方式的优点是为太阳能电池方阵提供了空气自由流动的通路,独立安装方式的缺点是维护太阳能电池方阵和更换屋顶材料都比较困难。

(3)直接安装

直接安装是指将太阳能电池方阵组件直接安装在普通屋顶的覆盖物上,因此不需支撑框架和横杆。太阳能电池方阵必须保持与屋顶覆盖物密封的完整性,因此要经常使用合适的密封剂密封屋顶。直接安装方式的空气流不能在太阳能电池方阵周围流动,这就导致了采样这种安装方式的太阳能电池方阵工作温度比其它安装方式大约高20℃。由于不能完全观察到太阳能电池方阵的电气连接情况,给检查和维护都带来困难。

(4)一体化安装

一体化安装方式是将太阳能电池方阵直接安装在屋顶的椽子上,并用太阳能电池方阵取代了常规的屋顶覆盖物。太阳能电池方阵使用釉面丁基合成橡胶或装有金属板条的衬垫材料密封。这种安装方式适合于屋顶朝向和倾角都被日光照射的场合使用。这种安装方式很容易通风,因此可以保证太阳能电池方阵运行在效率较高的工作温度下。由于太阳能电池方阵连接线路都暴露在阁楼中,这种安装方式容易检查和维修线路。

3.太阳能电池方阵屋顶安装支架分类及综合性能对比

(1)太阳能电池方阵屋顶安装支架分类

太阳能电池方阵屋顶安装支架按屋顶形式分为:

1)坡屋面支架。坡屋面支架适合瓦屋面,。坡屋面支架配套有可调高配件,可满足各种坡屋面的应用需求,坡屋面支架能够在不破坏屋面防水系统的情况下实现支架的安装。

2)平屋面支架。平屋面支架安装方便,因为安装地面比较平坦,适合安装规模比较大太阳能电池方阵,可采用多种稳固牢靠的基础连接方式。常见平屋面形式为:混凝土平屋面、彩钢板平屋面、钢结构平屋面、球节点屋面等。

太阳能电池方阵屋顶安装支架按结构分为:

1)轻型结构钢支架。轻型结构钢支架主要是指圆钢、小角钢和薄壁型钢:

①在采用角钢用作支撑构件时,能较好的利用钢材的强度,并且利于整体支架的安装,但用作受弯和受压构件时,产生的变形相对较大。目前,国标的角钢相对于太阳能电池方阵支架来说,可选的型号不多,故而需要更多的小角钢型号来适应目前飞速发展的太阳能光伏发电市场。

②薄壁型钢的檩条构件一般采用壁厚1.5~5mm的薄钢板,经冷弯或冷轧后制成各种不同截面形式及尺寸的薄壁型钢制品。与热轧型钢相比,在相同截面面积的情况下,薄壁型钢的回转半径可增大50~60%,截面惯性矩和抵抗矩可增大0.5~3倍,因而能较为合理地利用材料的强度,但是由于薄壁型钢的加工大多是在工厂,需要高精度的钻孔才能和太阳能电池方阵后的螺丝孔配合。即在工厂加工钻扣后,才能热镀锌防锈。运至现场安装时,由于钢材截面小,工具难以操作,施工较为困难。目前国内的大多数太阳能电池方阵无法直接和薄壁型钢连接安装,均需要其他辅助固定结构(如压块等)。

轻型结构钢太阳能支架有焊接和拼装两种连接方式:

①焊接方式。焊接方式对于角钢的要求不高,这种连接方式成本不高,连接效果很好,较为牢固,使用范围也很普遍。焊接连接方式不太美观,工艺略显粗糙,不符合人们的审美需求。这种连接方式容易发生腐蚀,维护成本高。

②拼装方式。拼装方式是通过铰接方式进行连接的,槽形钢成品支架作为拼接支架的一种,现场不需要焊接,可直接在现场靠螺栓拼装,安装速度比较快,牢固、美观大方,比较耐用,便于调整,方便拆卸。

2)普通型钢结构钢支架。普通结构钢常采用冶炼容易、成本低廉的碳素结构钢或低合金钢,截面有很多种类,常用的主要包括工字型、H型、L型及各种异型结构钢。普通型钢结构钢支架加工方式有:

①焊接型钢是选用不同厚度的钢板,根据设计要求在工厂焊接加工成型钢,这种成型方式可以根据光伏工程项目的不同结构部位的受力计算,在不同部位采取不同厚度的钢板,比热轧一次成型产品受力更加合理,更适合现场安装,也可以节约钢材。

②普通型钢结构钢支架的钢材则一般采用热浸镀锌、表面喷涂、油漆涂层等方式,在普通条件下(C1-C4类环境),80μm镀锌厚度能保证使用20年以上,但在高湿度工业区或高盐度海滨甚至温带海水里则腐蚀速度加快,镀锌量需要100μm,并且需要每年定期维护。

3)铝合金型材支架。铝合金型材有很多种表面处理方式,如阳极氧化、化学抛光、氟碳喷涂、电泳涂漆等。铝合金型材支架外表美观并能适应各种有强腐蚀的环境,一般用于对承重有要求的屋顶。铝合金在大气环境下,处于钝化区,其表面形成一层致密的氧化膜,阻碍了活性铝基体表面与周围大气相接触,故具有非常好的耐腐蚀性,且腐蚀速率随时间的延长而减小。

(2)太阳能电池方阵支架综合性能对比

1)铝合金型材支架具有质量轻、外表美观、防腐蚀性能佳,一般多用于对承重有要求的、有强腐蚀环境的屋顶光伏发电系统。

2)钢材强度高、承受荷载时挠度变形小,一般用于普通情况下或用于受力比较大的屋顶光伏发电系统。

3)造价方面。在基本风压在0.6kN/m2,跨度在2m以下,铝合金支架造价为钢结构支架的1.3~1.5倍。在小跨度体系中,(如彩钢板屋顶)铝合金支架与钢结构支架造价相差比较小,并且在重量方面铝合金比钢支架要轻很多,所以非常适合用于屋顶。


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