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光伏支架標準解析

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光伏發電技術以其清潔、安全、資源豐富等優勢在能源變革中逐漸發揮越來越重要的作用,未來將成為我國電力能源的主要供應形式之一。

 

光伏產業已成為我國為數不多、可以同步參與國際競爭并在產業化方面取得領先優勢的產業之一。我國光伏產業鏈多個環節產能產量均位居全球首位,裝機量連續七年世界第一。光伏支架是光伏系統中為了擺放、安裝和固定光伏組件而設計的支撐裝置。

與跟蹤系統相比,固定光伏支架因成本較低、穩定性較好、運維簡單等優勢,在全球光伏支撐結構市場中依然占據主要地位,尤其是在我國和印度兩個光伏裝機大國,2019年我國光伏支架市場占比依然在80%以上。 

 

支架作為整個光伏系統的結構支撐,在其運行期間除了承受組件自身荷載、風荷載及雪荷載之外,還要承受水分、光、溫度等環境應力的侵蝕。光伏發電系統的設計使用壽命一般在25年以上,因此支架的質量對于光伏系統的長期可靠運行至關重要。

適用范圍

T/CPIA0013-2019《光伏支架》規定了光伏支架的相關術語和定義、產品分類、產品標記、原材料要求(鋁合金、鋼材及五金件、復合)、產品要求(外觀、尺寸偏差、容許長細比、結構或構件變形要求,防腐蝕、復合材料支架環境耐久性及防火要求)、試驗方法、檢驗規則以及標志、包裝、運輸和貯存等。

該標準適用于地面安裝光伏支架,包括固定式支架和固定式傾角可調支架。該標準中的地面安裝光伏支架是指直接在平原、山地、灘涂、湖泊等地表安裝的光伏支架,不包括建筑物上安裝使用的光伏支架,但是平面屋頂安裝采用的光伏支架可參照執行。

其中,固定式支架是指通常以一年中光伏組件獲得太陽輻射量最大的傾角作為安裝傾角,傾角固定不變的光伏支架。固定式傾角可調支架是指傾角可以按不同時間段光伏組件獲得最大太陽輻射量進行有限次數進行手動調整的光伏支架。

此外,按照材質劃分,該標準適用于鋼支架、鋁合金支架及復合材料支架。

標準要點解析

尺寸偏差

無論是鋼支架、鋁合金支架還是復合材料支架,支架桿件的壁厚是保證支架結構強度的基礎,因此規定支架桿件的壁厚不應有負公差。

為了充分利用太陽光能,光伏支架裝配后的結構應盡量趨近于設計值,以保證光伏組件處于最佳傾角,且結構穩定美觀。

該標準中的尺寸偏差是指支架出廠前預拼裝之后與設計值的偏差,對于固定式支架選取了安裝傾角、支架梁標高、支架立柱面、桿件中心線四項關鍵指標;對于傾角可調式支架,額外規定了調節角度與設定值的偏差(調節精度)。

構件的容許長細比

構件的長細比過大,會因自重產生變形而引起偏心,在運輸和安裝過程中容易彎曲,在動力荷載作用下發生較大振動,因此需對構件的長細比進行限制。受壓構件因剛度不足造成的不利影響遠比受拉構件嚴重,因此受壓構件的長細比容許值一般比受拉構件小(長細比容許值越小,抗變形能力越高)。該標準中鋼支架構件的容許長細比根據GB50797-2012《光伏發電站設計規范》6.8.9確定;鋁合金支架構件的容許長細比根據GB50429-2007《鋁合金結構設計規范》4.5.4和4.5.5確定;復合材料支架構件根據經驗,參考鋼支架和鋁合金支架構件最小容許長細比確定。

結構穩定性(變形要求)

光伏支架的結構穩定性通過靜載荷變形試驗進行評估。根據施加在組件平面的載荷方向的不同,分為垂直水平面靜載荷變形試驗和垂直組件面靜載荷變形試驗兩種,以前者為主。垂直水平面靜載荷變形試驗時,在組件平面上如圖1所示均勻施加面荷載,方向沿水平面法線向下,面荷載值為雪荷載標準值,單位為kN/m2,持續時間1h。

觀察并記錄位移測量儀器的讀數及試樣的變形情況。垂直組件面靜載荷變形試驗時,將支架安裝在一個傾角為α的固定斜面臺上,α為支架組件的安裝傾角,在組件平面上如圖2所示均勻施加面荷載,方向沿組件平面法線向上,面荷載值為風荷載標準值,單位為kN/m2,持續時間1h。觀察并記錄位移測量儀器的讀數及試樣的變形情況。

對于固定式支架,柱頂位移應不大于柱高的1/60;對于固定式傾角可調式支架,柱頂位移應不大于柱高的1/80。

 

 

受彎構件的撓度是保證支架整體結構穩定性的關鍵。根據GB50797-20126.8.8和GB50429-20074.4.1條的規定,鋼支架與鋁合金支架主梁的撓度容許值均為l/250,次梁的撓度容許值為l/250(安裝無邊框光伏組件)、l/200(安裝其他形式組件)。該標準中受彎構件的撓度容許值參照上述設計規范并結合實際項目經驗確定。

防腐蝕

光伏系統的設計使用壽命一般是25年,光伏支架長期置于室外經受風吹日曬雨淋。目前,用于光伏支架的材料主要有鋼、鋁合金、復合材料三大類。

鋼支架作為目前應用最為廣泛的種類,也最容易發生銹蝕,因此必須進行防腐處理。對于碳素結構鋼低合金高強度結構鋼、合金結構鋼等鋼支架,通常采用熱浸鍍鋅進行防腐。

該標準通過鍍鋅層厚度和耐鹽霧腐蝕試驗來保證鋼支架的防腐蝕性能。根據不同應用場景給出了鍍鋅層的最低厚度,同時分別針對弱腐蝕環境、中等腐蝕環境、強腐蝕環境,規定了銅加速乙酸鹽霧腐蝕試驗的時間和保護評級要求(表1)。

表1鋼支架耐鹽霧腐蝕性能要求

腐蝕等級 中性鹽霧試驗時間/h 保護評級RP
弱腐蝕 96 ≥9
中等腐蝕 240 ≥9
強腐蝕 480 ≥9

 

鋁合金型材表面防腐處理技術主要采用陽極氧化方法進行表面處理。該標準分別針對規范弱腐蝕、中等腐蝕、強腐蝕三種不同腐蝕等級的應用環境,給出了鋁合金型材表面處理層的最低厚度以及銅加速乙酸鹽霧腐蝕試驗的時間和保護評級要求(表2),以保證鋁合金支架的長期耐腐蝕性。

表2鋁合金支架耐鹽霧腐蝕性能

腐蝕等級 銅加速乙酸鹽霧試驗時間/h 保護評級RP
弱腐蝕 32 ≥9
中等腐蝕 56 ≥9
強腐蝕 72 ≥9

 

復合材料支架一般采用纖維增強復合材料,如聚酯玻璃鋼、環氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼等,天然具有優異的耐腐蝕性能。但是聚合物基復合材料易老化,因此針對復合材料支架,根據現有GB/T31539-2015《結構用纖維增強復合材料拉擠型材》提出了耐水性能試驗、耐堿性能試驗、紫外線耐久性性能試驗、凍融循環耐久性試驗要求,以保證復合材料支架的長期環境耐久性。

復合材料支架防火要求

光伏發電系統運行時可能產生電弧,存在火災隱患,因此要求聚合物基復合材料支架具有一定的阻燃性。該標準選取燃燒性能和灼熱絲成品試驗兩項指標以保證復合材料的阻燃性。

燃燒性能應符合GB/T2408-2008《塑料燃燒性能的測定水平法和垂直法》中8.4規定的HB級要求。

灼熱絲成品試驗應符合GB/T5169.11-2017《電工電子產品著火危險試驗第11部分:灼熱絲/熱絲基本試驗方法成品的灼熱絲可燃性試驗方法(GWEPT)》的規定,試驗溫度為750℃。根據實際試驗情況來看,同時滿足燃燒性能和灼熱絲成品試驗兩項指標的復合材料支架具有優異的阻燃性,可以滿足光伏系統應用的防火要求,可以降低火災的快速漫延。

標準實施意義及未來展望

T/CPIA0013-2019的制定以保證光伏系統安全、可靠運行為基礎,以科學合理、可操作性為原則,立足國內光伏支架設計生產技術水平,是我國光伏產業首個關于支架產品的團體標準。

該標準的制定為降低光伏支架拼裝誤差,保證支架的整體承載能力,提高支架的防腐蝕能力(或者環境耐久性),為保證光伏支架產品質量水平提供了技術依據。

2019年,針對光伏涂錫焊帶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜、共聚烯烴(PO)膠膜等三種光伏材料產品開展了對標達標及用戶端推廣目錄工作,在促進標準實施、提升產品質量、品牌建立等方面取得明顯效果。

下一步,將以T/CPIA0013-2019為依據,開展光伏支架對標達標目錄工作,全面促進光伏支架產品質量提升,為產業鏈上下游架起質量保障的橋梁,降低產品選型成本,為光伏產業的低成本、高質量發展提供保障。

來源:網絡資源

 

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