各类柔性光伏支架介绍

一、柔性支架主要类型近年来，随着国家对于新能源发展的战略调整，光伏发电正成为未来能源发展的重要力量。随着光伏行业的大力发展，土地、屋顶资源逐渐减少，而很多地势起伏的山地，水位较深的鱼塘，地质条件较差的滩涂，跨度较大的水厂受限于传统光伏支架安装方式而未被充分利用，针对上述问题，采用自重轻的柔性支架，可以较经济的跨越很大跨度，对未来光伏产业的发展具有推动意义。柔性支架是指以拉索为主要受力构件而形成的预应力结构体系。它的主要材料是钢材和拉索，按结构形式可分为以下两类：1、以柔性拉索为主的单层悬索结构等柔性体系。2、由刚性构件与柔性拉索组合而成的索桁架结构、张弦结构等半刚性体系。

单层悬索结构1、单层悬索结构是一种张力结构，结构体系由平行布置的一系列受拉索作为主要承重构件，索系形成下凹的单曲率曲面，索体两端通过锚固装置固定在支承结构上。这种结构可以布置成多种形式，构造和计算简单、施工方便，施工效率高。2、单层悬索结构为全柔性结构，索体刚度低，在不同荷载模式下会呈现不同的形状，在强风作用下，容易丧失稳定，会产生很大的变形，存在组件隐裂风险，在实际应用时对其技术要求较高，并且要求具有相应的抗风措施。3、索桁架结构是由一系列下凹的承重索、上凸的稳定索以及二者之间的刚性撑杆组成的结构体系。承重索可设置在稳定索之上或之下，也可相互交叉，索体通过锚固装置固定在支承结构上，承重索抵抗向下的荷载，稳定索抵抗向上的荷载，具有良好的刚度和形状稳定性。双层索系都需施加预应力，为避免不均匀施加预应力使支承构件产生过大的弯矩和变形，需谨慎确定预应力的施加步骤，严格把控施工质量。此外为保证双层索系具备较好的刚度和形状稳定性，往往需要施加很大的预应力，会使整体材料的利用率下降。4、张弦结构一般由上弦刚性构件、下弦高强度拉索以及二者之间的联系撑杆组成的预应力结构体系。相当于用高强度拉索替换普通桁架结构中的刚性受拉下弦，不仅充分利用了拉索的高强度性能，还可以通过预应力来改善结构的受力性能。撑杆连接上部压弯构件和下部受拉构件，通过在受拉构件上施加预应力，使上部结构产生反挠度,从而减小荷载作用下的最终挠度，改善上部构件的受力状态。张弦结构属于平面型受力构件，存在面外失稳问题，为解决平面外稳定，需设置面外支撑结构。

二、悬索结构方案介绍工程特点：工程项目地为丘陵地形，坡度起伏较大。结构选型分析：工程项目地为丘陵地形，山体坡度起伏较大，采用普通光伏支架安装容量容易受限，采用柔性支架可以实现大的跨越，满足安装容量要求。采用索桁架或张弦结构需要一定的净空，且现场施工难度较大，采用悬索结构，可以顺坡布置，由于跨度不大，在施加一定预应力后，其刚度可以满足组件面板的变形要求，并且在预应力拉索结构越来越普及的情况下，成品拉索的价格也有所下降，虽然悬索结构的施工有一定的特殊性，但对于本工程，在具备一定施工经验的基础上，可以实施对整个项目的全过程把控。支架结构布置图柔性支架计算模型

项目现场照片

三、索桁架方案介绍工程特点：某污水处理厂，生化池平面尺寸88mx68m,见图3.1。水池沿长度方向有5条过道，将水池分隔成数个区格。业主想在水池上方做一结构，结构上铺设太阳能光伏电池板，水池里有水，水池跨度较大，可以采用柔性支架方案。结构选型分析：本项目若采用单层悬索体系，因水池跨度较大容易引起结构过大的变形，存在组件隐裂风险，且单索体系抗风能力较差，需要采用横向加劲构件或重屋面改善其工作性能。但光伏发电系统结构单元多为轻型材料，因此靠单层悬索体系提高抗风性能的效果并不理想。由此想到刚度和稳定性较好的索桁架体系，通过对曲率相反的承重索和稳定索以及它们之间的联系杆组成的体系施加预应力，保证索系具备必要的稳定性，提高整个体系的刚度，并共同承受竖向荷载作用。组件在最不利荷载作用下，不会产生过大的变形，降低了组件隐裂风险

四、张弦结构方案介绍工程特点：项目位于某钢筋混凝土办公楼屋顶，拟在屋顶建设光伏电站，但屋顶出屋面有很多设备用房，直接在出屋面布置安装光伏会产生阴影遮挡，且安装容量有限，可采用柔性支架跨越设备用房，在其上方布置光伏组件。结构选型分析：柔性支架结构拟采用植筋方式在原混凝土框架结构柱上生根，因此需结合混凝土框架结构柱网布置情况来选型，因当地风荷载较大，首先排除单层悬索结构，再来比较索桁架和张弦结构,索桁架结构自重较轻，对原结构的影响较小，原是最好的选择方案，但原结构南北柱网稀疏，索桁架会对边缘支承构件，尤其钢柱产生较大的内力和变形，进而可能超过原混凝土柱的承载能力。若采用张弦结构，恰好东西柱网较密，可以满足结构的布置，故最终确定采用张弦结构方案。且张弦结构不必担心组件隐裂风险，采用上弦钢梁、下弦拉索（承重索）、中间支承竖向腹杆的张弦梁结构，再设置一道与承重索曲率相反的稳定索，提高结构的整体刚度和形状稳定性。通过对拉索施加一定的预应力，使竖向腹杆受压，上弦钢梁产生与外部荷载相反的内力和变形。此外，为防止平面体系出现面外失稳，还需设置横向水平支撑和柱间支撑体系，保证结构安全可靠。u≡.立面图

五、常见问题与建议

组件隐裂组件隐裂往往由结构体系在荷载作用下发生过大的变形引起，为控制结构变形，建议采用半刚性构件支承光伏组件，即采用索桁架结构或张弦结构。

拉索的预应力损失柔性支架的预应力损失通常包括摩擦损失、锚固损失、拉索的松弛和徐变及分批张拉引起的预应力损失，为此建议前期制作拉索时选用高强度低松弛钢丝，制作前进行破断力试验；结合预应力施加方式与节点构造，选用压缩变形较小的锚具；施工过程中可采取适当的超张拉措施。此外温度作用引起的损失也不容忽视，因拉索长期暴露在外环境中，内力受温差影响较大。因此设计过程中还要考虑温度的影响。

拉索振动问题拉索截面为圆形并且不能有结构阻尼，容易产生风雨激振现场。目前拉索的振动控制措施主要有三种：(1)附加阻尼设备。可以通过在拉索和钢梁之间安装结构阻尼器，增加拉索的阻尼，抑制振动的产生。(2)拉索相互连接。通过将相邻的拉索用钢丝相互连接的方法机械的限制振动的发生。(3)改变拉索形状来控制振动力。

拉索的防腐从索体材料的构成上来说，柔性拉索常用的材料为钢丝绳与钢绞线，当拉索长期暴露于一定湿度的大气环境时，拉索中的铁元素与其他杂质密切接触，形成电位差产生电化学腐蚀，影响拉索承载能力和稳定性，最终导致拉索失效。为解决拉索腐蚀问题，专家学者们研究出一种基于阴极保护原理生产的高锐索，具有较好的防腐性能。但高锐索造价较高，目前尚未发现光伏柔性支架方面有此应用案例，目前光伏柔性支架使用的拉索防腐处理方案仍以热镀锌为主。六、柔性支架与普通支架适用范围对比架形式地区分云常规支架可调支架柔性支架荒漠戈壁√√√滩涂、渔塘√√√污水厂XX√平缓地形山地√×√复杂地形山地X×√混凝土屋顶√×√彩钢瓦屋顶√XXV：可用X：不适用柔性支架: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;2）适用于渔塘、滩涂等地区，突破