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光伏支架标准解析

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光伏发电技术以其清洁、安全、资源丰富等优势在能源变革中逐渐发挥越来越重要的作用,未来将成为我国电力能源的主要供应形式之一。

 

光伏产业已成为我国为数不多、可以同步参与国际竞争并在产业化方面取得领先优势的产业之一。我国光伏产业链多个环节产能产量均位居全球首位,装机量连续七年世界第一。光伏支架是光伏系统中为了摆放、安装和固定光伏组件而设计的支撑装置。

与跟踪系统相比,固定光伏支架因成本较低、稳定性较好、运维简单等优势,在全球光伏支撑结构市场中依然占据主要地位,尤其是在我国和印度两个光伏装机大国,2019年我国光伏支架市场占比依然在80%以上。 

 

支架作为整个光伏系统的结构支撑,在其运行期间除了承受组件自身荷载、风荷载及雪荷载之外,还要承受水分、光、温度等环境应力的侵蚀。光伏发电系统的设计使用寿命一般在25年以上,因此支架的质量对于光伏系统的长期可靠运行至关重要。

适用范围

T/CPIA0013-2019《光伏支架》规定了光伏支架的相关术语和定义、产品分类、产品标记、原材料要求(铝合金、钢材及五金件、复合)、产品要求(外观、尺寸偏差、容许长细比、结构或构件变形要求,防腐蚀、复合材料支架环境耐久性及防火要求)、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输和贮存等。

该标准适用于地面安装光伏支架,包括固定式支架和固定式倾角可调支架。该标准中的地面安装光伏支架是指直接在平原、山地、滩涂、湖泊等地表安装的光伏支架,不包括建筑物上安装使用的光伏支架,但是平面屋顶安装采用的光伏支架可参照执行。

其中,固定式支架是指通常以一年中光伏组件获得太阳辐射量最大的倾角作为安装倾角,倾角固定不变的光伏支架。固定式倾角可调支架是指倾角可以按不同时间段光伏组件获得最大太阳辐射量进行有限次数进行手动调整的光伏支架。

此外,按照材质划分,该标准适用于钢支架、铝合金支架及复合材料支架。

标准要点解析

尺寸偏差

无论是钢支架、铝合金支架还是复合材料支架,支架杆件的壁厚是保证支架结构强度的基础,因此规定支架杆件的壁厚不应有负公差。

为了充分利用太阳光能,光伏支架装配后的结构应尽量趋近于设计值,以保证光伏组件处于最佳倾角,且结构稳定美观。

该标准中的尺寸偏差是指支架出厂前预拼装之后与设计值的偏差,对于固定式支架选取了安装倾角、支架梁标高、支架立柱面、杆件中心线四项关键指标;对于倾角可调式支架,额外规定了调节角度与设定值的偏差(调节精度)。

构件的容许长细比

构件的长细比过大,会因自重产生变形而引起偏心,在运输和安装过程中容易弯曲,在动力荷载作用下发生较大振动,因此需对构件的长细比进行限制。受压构件因刚度不足造成的不利影响远比受拉构件严重,因此受压构件的长细比容许值一般比受拉构件小(长细比容许值越小,抗变形能力越高)。该标准中钢支架构件的容许长细比根据GB50797-2012《光伏发电站设计规范》6.8.9确定;铝合金支架构件的容许长细比根据GB50429-2007《铝合金结构设计规范》4.5.4和4.5.5确定;复合材料支架构件根据经验,参考钢支架和铝合金支架构件最小容许长细比确定。

结构稳定性(变形要求)

光伏支架的结构稳定性通过静载荷变形试验进行评估。根据施加在组件平面的载荷方向的不同,分为垂直水平面静载荷变形试验和垂直组件面静载荷变形试验两种,以前者为主。垂直水平面静载荷变形试验时,在组件平面上如图1所示均匀施加面荷载,方向沿水平面法线向下,面荷载值为雪荷载标准值,单位为kN/m2,持续时间1h。

观察并记录位移测量仪器的读数及试样的变形情况。垂直组件面静载荷变形试验时,将支架安装在一个倾角为α的固定斜面台上,α为支架组件的安装倾角,在组件平面上如图2所示均匀施加面荷载,方向沿组件平面法线向上,面荷载值为风荷载标准值,单位为kN/m2,持续时间1h。观察并记录位移测量仪器的读数及试样的变形情况。

对于固定式支架,柱顶位移应不大于柱高的1/60;对于固定式倾角可调式支架,柱顶位移应不大于柱高的1/80。

 

 

受弯构件的挠度是保证支架整体结构稳定性的关键。根据GB50797-20126.8.8和GB50429-20074.4.1条的规定,钢支架与铝合金支架主梁的挠度容许值均为l/250,次梁的挠度容许值为l/250(安装无边框光伏组件)、l/200(安装其他形式组件)。该标准中受弯构件的挠度容许值参照上述设计规范并结合实际项目经验确定。

防腐蚀

光伏系统的设计使用寿命一般是25年,光伏支架长期置于室外经受风吹日晒雨淋。目前,用于光伏支架的材料主要有钢、铝合金、复合材料三大类。

钢支架作为目前应用最为广泛的种类,也最容易发生锈蚀,因此必须进行防腐处理。对于碳素结构钢低合金高强度结构钢、合金结构钢等钢支架,通常采用热浸镀锌进行防腐。

该标准通过镀锌层厚度和耐盐雾腐蚀试验来保证钢支架的防腐蚀性能。根据不同应用场景给出了镀锌层的最低厚度,同时分别针对弱腐蚀环境、中等腐蚀环境、强腐蚀环境,规定了铜加速乙酸盐雾腐蚀试验的时间和保护评级要求(表1)。

表1钢支架耐盐雾腐蚀性能要求

腐蚀等级 中性盐雾试验时间/h 保护评级RP
弱腐蚀 96 ≥9
中等腐蚀 240 ≥9
强腐蚀 480 ≥9

 

铝合金型材表面防腐处理技术主要采用阳极氧化方法进行表面处理。该标准分别针对规范弱腐蚀、中等腐蚀、强腐蚀三种不同腐蚀等级的应用环境,给出了铝合金型材表面处理层的最低厚度以及铜加速乙酸盐雾腐蚀试验的时间和保护评级要求(表2),以保证铝合金支架的长期耐腐蚀性。

表2铝合金支架耐盐雾腐蚀性能

腐蚀等级 铜加速乙酸盐雾试验时间/h 保护评级RP
弱腐蚀 32 ≥9
中等腐蚀 56 ≥9
强腐蚀 72 ≥9

 

复合材料支架一般采用纤维增强复合材料,如聚酯玻璃钢、环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢等,天然具有优异的耐腐蚀性能。但是聚合物基复合材料易老化,因此针对复合材料支架,根据现有GB/T31539-2015《结构用纤维增强复合材料拉挤型材》提出了耐水性能试验、耐碱性能试验、紫外线耐久性性能试验、冻融循环耐久性试验要求,以保证复合材料支架的长期环境耐久性。

复合材料支架防火要求

光伏发电系统运行时可能产生电弧,存在火灾隐患,因此要求聚合物基复合材料支架具有一定的阻燃性。该标准选取燃烧性能和灼热丝成品试验两项指标以保证复合材料的阻燃性。

燃烧性能应符合GB/T2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》中8.4规定的HB级要求。

灼热丝成品试验应符合GB/T5169.11-2017《电工电子产品着火危险试验第11部分:灼热丝/热丝基本试验方法成品的灼热丝可燃性试验方法(GWEPT)》的规定,试验温度为750℃。根据实际试验情况来看,同时满足燃烧性能和灼热丝成品试验两项指标的复合材料支架具有优异的阻燃性,可以满足光伏系统应用的防火要求,可以降低火灾的快速漫延。

标准实施意义及未来展望

T/CPIA0013-2019的制定以保证光伏系统安全、可靠运行为基础,以科学合理、可操作性为原则,立足国内光伏支架设计生产技术水平,是我国光伏产业首个关于支架产品的团体标准。

该标准的制定为降低光伏支架拼装误差,保证支架的整体承载能力,提高支架的防腐蚀能力(或者环境耐久性),为保证光伏支架产品质量水平提供了技术依据。

2019年,针对光伏涂锡焊带、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜、共聚烯烃(PO)胶膜等三种光伏材料产品开展了对标达标及用户端推广目录工作,在促进标准实施、提升产品质量、品牌建立等方面取得明显效果。

下一步,将以T/CPIA0013-2019为依据,开展光伏支架对标达标目录工作,全面促进光伏支架产品质量提升,为产业链上下游架起质量保障的桥梁,降低产品选型成本,为光伏产业的低成本、高质量发展提供保障。

来源:网络资源

 

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