中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司 山西省太原市 030001
摘要：结合工程实例，在其他条件不变的情况下，仅改变风荷载的取值，对光伏支架结构、支架基础进行分析计算，统计光伏支架主要构件、支架基础在不同取值风荷载作用下的工程量，进而得出风荷载取值对光伏支架结构及基础工程量的影响。
关键词：光伏支架；支架基础；风荷载取值
Discussion on the influence of wind load on photovoltaic modules support structures design
Abstract：Combined with engineering example, in the case of other conditions unchanged, only change the value of wind load, then analyze and calculate the photovoltaic modules support structures and its foundation, calculated the engineering quantity of the main components and the foundation of the photovoltaic modules support structures under different wind loads, then get the influence of wind load on the engineering quantity of photovoltaic modules support structures and the foundation.
Key words：Photovoltaic modules support structures；Photovoltaic support foundation；Wind load value
0引言
近年来，我国光伏事业发展十分迅速，截止2019年底，中国光伏装机容量突破2亿千瓦，处于全球领先，随着光伏发电规模化发展和技术进步，当今光伏平价上网已成为光伏发电行业的主流，在光伏组件、逆变器等设备价格每厘必争的时代下，光伏项目投资已经到了“每分每厘都要扣”的时代，想要更好保证项目收益率就愈加突出了精细化设计的重要性。
“精”体现在技术先进、功能完善，与规程规范的要求符合性好；“细”则是要求关注细部设计，在满足安全适用的前提下最大限度优化设计降低工程造价，本文基于此，从山地光伏电站支架及基础设计优化方向着手降低投资，提出优化思路，供同行参考。
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图1光伏支架结构示意图
1思路的提出
在光伏支架及基础的设计中，考虑的荷载因素有永久荷载、雪荷载以及风荷载等因素，在山地光伏与平地光伏常规设计中，同一区域雪荷载、风荷载都按现行国家标准《建筑结构荷载规范》中25年一遇的荷载数值取值，对于雪荷载来说这样考虑荷载取值没问题；而对于风荷载来说，如果山地光伏也按常规取值则显得略有保守，因为山地光伏基本都布置在阳坡面，而我国北方地区一般都是西北风为主导风向；此外，同一座山，山峰、
山坡、山间盆地、谷底、谷口和山口处的风速也会有很大差异。此外，光伏支架及基础设计中，往往风荷载为起控制作用，这就给减小综合荷载从而减小支架及基础工程量提供了可能。
2计算依据及过程
下面结合某工程实例，计算不同风荷载作用，对该工程光伏支架及基础工程量影响。
某山地光伏发电工程，组件采用横排4×10布置，单块组件尺寸为1702×981×30（mm），重约21.8kg；组件采用固定倾角33゜，组件最低点距地1500mm，支架采用热浸锌钢支架，结构形式为单立柱支架结构，支架基础采用现浇钢筋混凝土灌注桩基础。
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图2光伏支架基础布置示意图
经计算，项目所在地25年一遇雪荷载（sk）取值为0.26KN/m2，分别在风荷载（wk）取值为0.5KN/m2、0.45KN/m2、0.4KN/m2、0.35KN/m2、0.3KN/m2作用下，对该支架结构及基础进行分析计算。
运用有限元软件MIDAS对该支架结构在上述荷载作用下进行建模、分析、计算。
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图3光伏支架结构模型
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图4光伏支架加载示意图（恒荷载）
经对不同风荷载作用下支架结构进行建模，分析计算，支架结构各主要构件所采用截面及受力情况如下：
表1不同风荷载作用下支架立柱截面及受力情况表
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图5光伏支架加载示意图（雪荷载）
表2不同风荷载作用下支架立柱截面及受力情况表
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表3不同风荷载作用下支架斜撑截面及受力情况表
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（备注：斜撑截面为长细比控制，故应力较小。）
表4不同风荷载作用下支架檩条截面及受力情况表
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项目所在地地质为黄土，对不同风荷载作用下支架基础进行计算，结果如下：
表5不同风荷载作用下支架基础参数
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（备注：风荷载取值0.45KN/m2以下，桩基础配筋为按最小配筋率，故不再减小。）
3不同风荷载作用下，支架及基础工程量对比
针对结合工程实例，挡荷载取值分别为0.5KN/m2、0.45KN/m2、0.4KN/m2、0.35KN/m2、0.3KN/m2时，支架结构主要构件及支架基础工程量如下：
表6不同风荷载作用下支架结构主要构件及支架基础工程量表
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（备注：支架主要构件指支架立柱、斜梁、檩条、斜撑。）
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图6风荷载取值与支架基础混凝土工程量对应图
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图7风荷载取值与支架基础钢筋工程量对应图
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图8风荷载取值与支架结构主要构件工程量对应图
根据以上表可见，风荷载取值对支架结构及基础工程量有显著的影响，风荷载取值在0.5KN/m2到0.3KN/m2之间，支架结构主要构件用钢量最多可减少约12.1%；支架基础混凝土用量最多可减少约13.9%；支架基础钢筋用量最多可减少约23.8%。
同时，根据风荷载区域与支架结构主要构件、支架基础工程量对应图可以看出，风荷载取值与支架结构、支架基础工程量之间没有明显的线性关系。
4结语
结合以上研究，在山地光伏支架及基础的设计中如果合理考虑风荷载因素将会明显减小光伏支架及基础工程量，节约造价，提高项目经济效益，目前对于如何进行风荷载折减还没有一个标准，还需结合风资源分析或空气动力学等做深入研究。
参考文献
[1]光伏支架结构设计规程NB/T10115-2018
[2]建筑结构荷载规范GB50009-2012
[3]太阳能发电站支架基础技术规范GB51101-2016
作者简介
左英飞，男，汉族，硕士研究生，工程师，毕业于河海大学，从事发电厂设计工作，在中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司从事发电厂设计工作。
李振兴，男，汉族，硕士研究生，工程师，毕业于太原理工大学，从事发电厂设计工作，在中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司从事发电厂设计工作。