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环境条件对光伏支架基础形式的影响及解决措施

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第22期作者：贠二平

[导读] 摘要：光伏支架基础对于光伏系统的长时间稳定运行有着重要影响。

        中国能源建设集团西北电力建设甘肃工程有限公司甘肃兰州 730070
        摘要：光伏支架基础对于光伏系统的长时间稳定运行有着重要影响。本文首先分析了环境条件对光伏支架基础形式的影响，然后详细比较介绍了几种光伏阵列不同基础形式，最后结合具体案例研究了光伏阵列基础形式的确定方法。本文的研究对于提升光伏支架基础的建设质量，促进光伏行业的发展具有一定的现实意义。
        关键词：环境条件；光伏支架基础；光伏阵列；解决措施
        1环境条件对光伏支架基础形式的影响
        （1）最大风速的影响分析。为了尽可能多的延长光照时间，光伏项目大多数情况下建设在比较空旷的地带，在四周没有任何遮挡物的情况下，风速一般比较大。而太阳能又具有迎风面积大的特点，因此，在建设光伏支架基础是必须要考虑本地区风速的影响，确保在最大风速下基础也能够保持牢固，不至于对太阳能板造成损坏[2]。
        （2）积雪的影响分析。通常情况下太阳能电池板距离地面的高度有相关的要求，主要考虑下述三个方面的因素：①避免野生动物在下面爬行时损坏光伏系统；②避免特殊气候条件下地上的泥沙溅到太阳能电池板上面影响其正常使用；③遇到下雪天气时，最大积雪高度不得超过太阳能电池板距离地面的高度。
        （3）地基土冻胀性的影响分析。我国部分地区为季节性冻土，在这样的环境下不利于基础的稳定性。因为涂层在冻融和冻胀交替作用下会产生变形，导致建设在其上面的建筑物失稳或者产生较大的移动。所以在进行光伏支架基础设计时必须要考虑该因素的影响，尤其是在天气寒冷的冬天建设时，需要采取有效措施防止基坑土受冻，且在施工过程中尽量随挖随填，不要使用冻土来回填孔洞[3]。
        （4）地基土性质的影响分析。地质结构对光伏支架基础有很大影响，如果是砂土层，这种结构含水量比较少，结构也很松散，稳定性不好。进行基坑开挖必然会影响坑壁的稳定性，再遇上外界环境的干扰可能导致塌方问题，威胁施工人员的人身安全。
        （5）地表和地下水的影响分析。地表和地下水可能会对混凝土结构造成腐蚀。因此，在正式开工之前，需要对施工区域的地表和地下水进行勘测，确定其水类型，这样可以做到有针对性的防范措施。由于水类型对混凝土结构以及钢筋结构造成不同程度的腐蚀，因此如果地下水比较充足，则需要建设排水沟，尽可能快速的将降雨造成的地表水排走，降低地表积水情况。
        （6）地震液化的影响分析。有些拟修建光伏项目的地区可能会出现地震，那么必然会影响到光伏系统的正常运行。如果该地区可能出现的地震等级较高，那么就需要进行液化判别和地基处理，降低由于地震因素对光伏支架地基的影响。如果该地区发生高等级地震的概率较低，那么可以结合实际情况不做液化判别和地基处理。
        光伏支架基础形式受多种环境因素的影响，设计施工时需要综合多方面的因素进行考虑，这样才可以确保光伏系统的正常工作。
        2光伏阵列不同基础形式的比较
        现阶段常用的光伏支架基础形式主要包括以下几种形式：
        （1）钢筋混凝土桩基础。这种桩的直径通常为300mm左右，埋入地基内部的长度和露在外面的长度分别为2000mm和300mm~500mm。直接进行现场利用混凝土进行浇筑，桩进入土层的长度还需要综合考虑土层结构来适当调整。需要在顶部位置安装钢板，然后将相邻的钢筋混凝土桩进行连接。这种形式的光伏支架基础施工步骤简单，过程便捷，因此速度也相对较快。
        （2）预制钢筋混凝土桩基础。首先将混凝土浇筑成圆形或者方形的钢筋混凝土桩，然后在将钢筋混凝土桩通过机械方式直接打入土中。这种形式的基础与第一种的受力原理相同，但是与第一种基础形式相比较而言造价相对较高。
        （3）钢筋混凝土条形基础。这种基础形式在光伏支架前后立柱的中间区域建设基础梁，通过这种方式可以把基础的重心位置转移到立柱的中点区域，从而提升基础的抗倾覆力臂。在基础自身重力作用下就可以抵抗一定程度的风载荷影响。但是条形基础和地表面有很大的接触，因此这种形式的基础只适合修建在比较平坦的地方。另外，由于条形基础和地表接触面积很大，所以其埋入的深度也很浅，通常在200mm~300mm左右。
        （4）螺旋钢桩基础。这种基础形式是在支架前后立柱下面安装热镀锌钢管桩，钢桩带有螺旋叶片，叶片的大小及其连续性都可以根据实际情况进行调整。通过专门的设备将热镀锌钢管桩打入土层里面。螺旋状的上面部分通过螺杆连接的形式和上部的光伏支架进行连接。由于选入土内的桩体带有叶片，因此其侧摩阻力很大，能够抵抗较大的载荷。
        （5）钢筋混凝土独立基础。这种基础形式由两部分构成，分别为基础底板和基础短柱。在短柱的顶部位置设置有连接件，通过该连接件可以与光伏支架实现连接。基础板上面覆盖土层，通过基础自身的重量以及覆盖在上面的土层重量来抵抗外界载荷。
        3光伏阵列基础形式的比较确定
        光伏项目地点的环境、气象和地址特征
        本项目为200MWp并网光伏，拟建设场地相对较为宽广，绝大部分是半固定沙丘。施工附近不存在滑坡、泥石流等不好的地质条件，总体而言比较适合进行光伏项目建设。对该地区的地质情况进行了详细勘察，根据时代成因以及工程地质特点，可以将图层从上到下划分成为四个单元。施工场地地下水为松散层孔隙潜水，这种地下水可能会对混凝土结构以及钢筋结构造成一定程度的腐蚀。
        光伏支架基础形式的确定
        光伏阵列主要构成包括两个方面，分别为多晶硅光伏板和支架。光伏阵列本身的重量相对较轻，所以在最开始设计的时候，有专家提出直接使用天然条基。该方案只需要投入很少的资金即可完成，但是这一方案没有考虑周全，忽略了施工过程对本区域地质结构的影响，地质结构的改变反过来会影响基础的稳定性。
        然后拟将方案修改成用规格为250mm×250mm×4000mm的预制钢筋混凝土方桩作为光伏支架基础。但在后续的造价咨询时有人指出，利用预制钢筋混凝土方桩的方案虽然保证了基础长期使用的安全性和稳定性。然而这种方案需要投入大量的资金，工程投入资金非常大，同时需要在现场预制出大量的混凝土方桩，会大幅度延长施工周期。造价咨询方建议使用规格为Φ76×1800mm×4的钢管螺旋桩，前期进行地质勘察时发现本地区的地质结构主要由粉细砂或者细砂层构成。认为该方案能够达到使用的要求。如表1所示为不同光伏支架基础形式造价比较。由表中数据可知，从造价上看，钢管螺旋桩的造价最低，不仅能够节约大量的投资成本，同时还能够在很大程度上缩短施工周期，因此最终选用了钢管螺旋桩的方案。
        表1 不同光伏支架基础形式造价比较

        结束语
        当目前为止，我国已经掌握了相对比较成熟的太阳能发电技术，但是建设成本居高不下是造成其很难大面积推广应用的主要原因。因此进一步降低光伏项目建设成本是未来需要努力的方向。基础建设是整个光伏系统建设中的重要组成部分，可以从基础建设成本入手来降低整体的造价。在选择基础形式时需要综合考虑本地区气候环境和地址条件的影响，以提升整光伏项目的经济效益。
        参考文献：
        [1]余勇,甘乐,陈玉梅.浅析荒漠地区的光伏支架基础型式[J].城市建筑,2014(24):375
        [2]邢克勇,黄文莉.光伏支架基础设计创新研究[J].武汉大学学报:工学版,2013(S1):252-255