CN114362655B - 一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统及施工方法，光伏支架系统包括光伏支架单元、系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑，所述光伏支架单元包括立柱、拱、承重索和斜撑，所述拱连接在所述立柱的顶端，所述承重索与所述拱的左右两端相连，所述拱与所述承重索之间设有所述斜撑若干。同传统光伏支架相比，本发明结构跨度大，可用于跨越大断面渠道、沟谷，便于在其上方布置光伏电站，节约了用地；拱和承重索形成自平衡结构体系，无需设置地锚，简化了施工过程，降低了对地基的要求；结构中的弯矩较小；结构刚度大，抵抗风荷载的能力强；檩条上可以安装单轴或双轴太阳跟踪装置，从而使光伏板能时刻正对太阳，提高光电转化效率。

Description

一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统及施工方法

技术领域

本发明属于太阳能光伏技术领域，具体涉及一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统及施工方法。

背景技术

传统的光伏支架形式包括刚性光伏支架和柔性光伏支架。传统刚性光伏支架由刚性杆件组成，跨度小，占地多。传统柔性光伏支架以预应力索作为承重构件，跨度比刚性光伏支架有所提高，但其缺点为：(1)结构一般是多跨，在没有中间立柱的情况下跨越大断面渠道、沟谷仍有困难；(2)索力通过地锚传给地基，每个光伏支架单元至少需要设置两个地锚，当光伏支架单元榀数较多时，地锚数量众多，占地多，施工不便，且对地基提出了较高要求，如遇软弱土层地基会显著增加成本；(3)抗弯刚度小，在风荷载作用下的变形大，易晃动，稳定性差；(4)光伏板固定在承重索上，不能随太阳高度角的变化而转动，无法保证光伏板正对太阳，光电转化效率低。

为克服传统柔性光伏支架的缺点，在专利CN106452302B公开了一种由刚性檩条、撑杆和拉索组成的光伏电站的支架。该种支架的跨度较小，且刚性檩条与立柱中的弯矩都比较大。此外，该种支架中缺少抵抗水平风荷载的构件，如水平支撑、柱间支撑等，在水平风荷载作用下会产生较大侧移。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统及施工方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，包括光伏支架单元、系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑，所述光伏支架单元包括立柱、拱、承重索和斜撑，所述拱由立柱支撑，所述承重索与所述拱的左右两端相连，所述拱与所述承重索之间设有所述斜撑若干。多个所述光伏支架单元平行布置，各榀光伏支架单元通过所述系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑连接。所述系杆连接相邻两拱的拱趾和拱顶，所述檩条支撑在拱上，所述水平支撑沿跨度方向布置，所述水平支撑下方的相邻两立柱之间设有柱间支撑。

优选地，所述立柱、拱、斜撑、系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑为型钢，所述承重索为预应力钢丝绳或钢绞线。

优选地，所述光伏板通过单轴或双轴太阳跟踪装置与所述檩条相连。

优选地，所述斜撑通过螺栓连接在一索夹的耳板上，所述承重索从所述索夹中穿过。

第二方面，本发明还提供了一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统的施工方法，包括以下步骤：

预先将各榀光伏支架单元的拱、承重索和斜撑拼装为索拱桁架，预张拉承重索，准备整体吊装；

安装立柱；

将胎架运输至拱的1/4跨、跨中和3/4跨处，起吊索拱桁架，将其安装到立柱上；

用胎架临时支撑斜撑；

将承重索张拉至设计索力；

撤去所有胎架，一个索拱桁架安装完成；

按照从中间到两边的顺序，对称安装所有的索拱桁架；

安装系杆；

安装柱间支撑、檩条和水平支撑；

在檩条上安装光伏板。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供的光伏支架系统采用索拱体系，并将索与拱之间的撑杆由常见的竖向撑杆改为斜撑，有利于减小结构在竖向荷载作用下的挠度，跨度大，可用于跨越大断面渠道、沟谷，利用其上方空间布置光伏电站，有效利用了渠道占地面积，拓宽了光伏电站的应用范围，优于传统的刚性光伏支架和柔性光伏支架体系，以及刚性檩条-索体系。

(2)预应力索锚固在拱上，索受拉力，拱受压力，二者形成自平衡体系，无需设置斜索和地锚，简化了施工过程，降低了对地基的要求，节约了用地。

(3)拱的内力主要是轴力，弯矩的值很小。竖向荷载作用下，拱对立柱产生的推力和承重索对立柱产生的拉力会发生抵消，立柱的弯矩较小，优于刚性檩条-索体系。

(4)风吸力由刚性拱承担，水平风荷载则经水平支撑、柱间支撑传至柱底，结构刚度大，在风荷载作用下的竖向位移和侧移都比较小，稳定性强。

(5)在檩条上可以安装单轴或双轴太阳跟踪装置，从而使光伏板能时刻正对太阳，提高光电转化效率。

附图说明

图1为本发明公开的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统跨越南北走向渠道时的立体图；

图2为本发明公开的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统的平面图；

图3为本发明公开的光伏支架单元示意图；

图4为本发明公开的一种双轴太阳跟踪装置示意图；

图5为本发明公开的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统跨越东西走向渠道时的立体图；

图6为本发明公开的斜撑与承重索连接节点示意图。

图中：1光伏支架单元、2系杆、3檩条、4柱间支撑、5光伏板、6水平支撑、11立柱、12拱、13承重索、14斜撑、100渠道、71舵机、72竖向伸缩杆、73横向伸缩杆、81索夹。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了使本发明技术方案更加清楚，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2所示，本实施例中公开了一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，包括光伏支架单元1、系杆2、檩条3、柱间支撑4和水平支撑6；其中光伏支架单元1可以有很多榀，每个光伏支架单元1的结构相同，如图1、图3所示，其包括两个立柱11、一个拱12、一个承重索13和若干斜撑14，立柱11设在渠道100的两岸，每榀立柱11顶部与拱12相连，承重索13与拱12两端相连，拱12与承重索13之间设有若干斜撑14，若干斜撑14上端与拱12相连，下端与承重索13相连。对承重索13施加预应力，可减小拱12在竖向荷载作用下的挠度。每个光伏支架单元1垂直跨越渠道100，多个光伏支架单元1平行布置。

进一步的，本实施例中设置了四个光伏支架单元1，相邻两光伏支架单元1之间通过系杆2、檩条3、柱间支撑4和水平支撑6连接；系杆2连接相邻两拱12的拱趾和拱顶，檩条3支撑在拱12上，水平支撑6沿跨度方向布置，水平支撑6下方的相邻两立柱11之间设有柱间支撑4。本实施例中，风吸力由刚性拱12承担，水平风荷载经水平支撑6、柱间支撑4传至柱底。本结构体系刚度大于传统柔性光伏支架，在风荷载作用下的变形小，稳定性强。

本实施例中，立柱11和拱12为H型钢，系杆2为圆钢管，檩条3为冷弯薄壁方钢管，斜撑14、柱间支撑4和水平支撑6为角钢，承重索13为预应力钢绞线。当然不难理解的，在实际工程中，本技术领域的技术人员可以根据工程需要选用其他类型的型钢和索。

如图4所示，本实施例中，光伏板5通过双轴太阳跟踪装置与檩条3相连。双轴太阳跟踪装置包括一个舵机71、两个竖向伸缩杆72和一个横向伸缩杆73。竖向伸缩杆72安装在檩条3上，横向伸缩杆73一端通过销轴与一个竖向伸缩杆72相连，另一端先连接舵机71，再通过销轴与另一竖向伸缩杆72相连，光伏板5安装在横向伸缩杆73上。舵机71和竖向伸缩杆72与控制系统相连，控制系统通过传感器确定太阳位置后，将信号发送给舵机71和竖向伸缩杆72，使舵机71转动、两竖向伸缩杆72的高度差改变，从而使光伏板5朝向太阳方向。控制系统和传感器可由本光伏系统供电。

当本发明所述的光伏支架系统跨越南北走向渠道时，光伏板5的朝向如图1所示，当本发明所述的光伏支架系统跨越东西走向渠道时，光伏板5的朝向如图5所示。

如图6所示，斜撑14通过螺栓连接在一索夹81的耳板上，承重索13从索夹81中穿过。

进一步的，本实施例还提出了一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统的施工方法，具体步骤如下：

(1)进行施工准备，预先将各榀光伏支架单元的拱12、承重索13和斜撑14拼装为索拱桁架，预张拉承重索13，准备整体吊装。

(2)在渠道两岸安装立柱11。

(3)用船将胎架运输至拱12的1/4跨、跨中和3/4跨处，起吊索拱桁架，将其安装到立柱11上。

(4)用胎架临时支撑斜撑14。

(5)将承重索13张拉至设计索力。

(6)撤去所有胎架。至此，一个索拱桁架安装完成。

(7)两个施工班组按照从中间到两边的顺序，对称安装所有的索拱桁架。

(8)安装系杆2。

(9)安装柱间支撑4、檩条3和水平支撑6。

(10)在檩条3上安装光伏板5。

同传统光伏支架相比，本发明结构跨度大，可用于跨越大断面渠道、沟谷，便于在其上方布置光伏电站，节约了用地；拱和承重索形成自平衡结构体系，无需设置地锚，简化了施工过程，降低了对地基的要求；结构中的弯矩较小；结构刚度大，抵抗风荷载的能力强；檩条上可以安装单轴或双轴太阳跟踪装置，从而使光伏板能时刻正对太阳，提高光电转化效率。

应当理解的是，本文中未做特别说明的均为现有技术或者通过现有技术即可实现，且本文所述的具体实施方式仅用于说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，其特征在于：包括光伏支架单元、系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑，所述光伏支架单元包括立柱、拱、承重索和斜撑，所述拱的两端由立柱支撑；所述承重索与所述拱的左右两端相连，所述拱与所述承重索之间设有若干斜撑；若干斜撑上端与拱相连，下端与承重索相连；对承重索施加预应力，可减小拱在竖向荷载作用下的挠度；多个所述光伏支架单元平行布置，相邻两光伏支架单元之间通过所述系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑连接，所述系杆连接相邻两拱的拱趾和拱顶，所述檩条搭设在所述拱的上方，所述水平支撑沿跨度方向布置，所述水平支撑下方的相邻两立柱之间设有柱间支撑；风吸力由刚性拱承担，水平风荷载经水平支撑、柱间支撑传至柱底；

光伏板通过单轴或双轴太阳跟踪装置支撑于所述的檩条；所述的双轴太阳跟踪装置包括舵机、竖向伸缩杆和横向伸缩杆，两个竖向伸缩杆安装在檩条上，横向伸缩杆一端与其中一个竖向伸缩杆相连，另一端先连接舵机，再与另一竖向伸缩杆相连，光伏板安装在横向伸缩杆上；舵机和竖向伸缩杆与控制系统相连，控制系统通过传感器确定太阳位置；将信号发送给舵机和竖向伸缩杆，使舵机转动、两竖向伸缩杆的高度差改变。

2.根据权利要求1所述的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，其特征在于：所述立柱、拱、斜撑、系杆、檩条、柱间支撑和水平支撑为型钢，所述承重索为预应力钢丝绳或钢绞线。

3.根据权利要求1所述的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，其特征在于：所述的控制系统和传感器由本光伏系统供电。

4.根据权利要求1所述的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统，其特征在于：所述斜撑通过螺栓连接在一索夹的耳板上，所述承重索从所述索夹中穿过。

5.根据权利要求1-4任一所述的大跨度单跨自锚式柔性光伏支架系统的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

预先将各榀光伏支架单元的拱、承重索和斜撑拼装为索拱桁架，预张拉承重索，准备整体吊装；

安装立柱；

将胎架运输至拱的1/4跨、跨中和3/4跨处，起吊索拱桁架，将其安装到立柱上；

用胎架临时支撑斜撑；

将承重索张拉至设计索力；

撤去所有胎架，一个索拱桁架安装完成；

按照从中间到两边的顺序，对称安装所有的索拱桁架；

安装系杆；

安装柱间支撑、檩条和水平支撑；

在檩条上安装光伏板。