CN120528337A - 一种单柱式索撑光伏支架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种单柱式索撑光伏支架系统，该系统包括有多排支撑结构和稳定结构：所述支撑结构包括立柱、上弦索、下弦索、三角形刚性支架、斜撑杆和光伏组件，所述上弦索和下弦索张拉于两根立柱之间，立柱与上弦索和下弦索共在一个平面内，所述多个三角形刚性支架安装于上弦索和下弦索之间，沿第一方向等间距排列，相邻三角形刚性支架设置斜撑杆；本发明通过对上下弦索施加预应力增加其承载能力及稳定性能，并与三角形刚性支架和抗风索协同工作，增加风荷载作用下光伏组件及整体结构的稳定性，上下弦索直接与立柱相连，减少立柱设置增大了施工便利性，提升了索撑光伏支架复杂地形的适应性。

Description

一种单柱式索撑光伏支架系统

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其涉及一种单柱式索撑光伏支架系统。

背景技术

随着新能源技术的快速发展，光伏发电系统因其清洁、可持续的特点被广泛应用于各类场景，在复杂地形下，如山地、池塘、污水厂等对跨度需求大的场景，但由于其柔性大，对风荷载作用较为敏感，容易产生组件损坏或结构整体失稳，严重影响了光伏系统的发电效率，为此，柔性光伏支撑结构逐渐受到关注，其通过拉索和轻质材料实现大跨度布置，能够较好地适应不规则地形，降低基础施工难度。

由于柔性光伏支撑结构的柔性特性，结构在风荷载作用下容易产生大幅振动或变形，导致光伏组件稳定性下降，甚至引发组件损坏或结构整体失稳，尤其是在强风频发地区，这种问题更为突出，不仅影响发电效率，还可能增加维护成本，此外，柔性结构的抗扭刚度较低，难以有效抑制风致扭转变形，进一步加剧了光伏组件的不稳定性，缩短了其使用寿命。

因此，针对上述问题，本发明提出一种单柱式索撑光伏支架系统，本发明使用刚性支架支撑，并通过拉索承重，充分发挥了各构件性能优势，增加了光伏组件的稳定性。

发明内容

为了克服现有的柔性光伏支撑结构在实际应用中存在明显不足的问题，本发明提出一种单柱式索撑光伏支架系统。

本发明的技术方案为：一种单柱式索撑光伏支架系统，包括有多排支撑结构和稳定结构：所述支撑结构包括立柱、上弦索、下弦索、三角形刚性支架、斜撑杆和光伏组件，所述上弦索和下弦索张拉于两根立柱之间，立柱与上弦索和下弦索共在一个平面内，所述多个三角形刚性支架安装于上弦索和下弦索之间，沿第一方向等间距排列，相邻三角形刚性支架设置斜撑杆，所述多个光伏组件沿第一方向安装于三角形刚性支架上。

作为优选，所述稳定结构包括斜拉索和稳定索，所述斜拉索一端连接于立柱上部，另一端锚固于地面，沿第一方向布置，在首排和末排支撑结构处沿第一方向布置和第二方向布置，所述稳定索在相邻排间立柱处交叉布置和水平布置。

作为优选，所述稳定结构还包括抗风索和排间撑杆，所述多个抗风索在首排和末排支撑结构沿第一方向等间距布置，一端连接于三角形刚性支架上，另一段锚固于地面，所述多个排间撑杆沿第二方向连接相邻排间三角形刚性支架上。

作为优选，所述三角形刚性支架包括横梁和腹杆，所述横梁和腹杆焊接形成三角形稳定结构，所述腹杆间夹角由光伏组件的倾角和上弦索与下弦索的间距确定，光伏组件通过螺栓连接耳板使其固定在横梁上。

作为优选，所述三角形刚性支架还包括上节点一、上节点二、第一下节点和第二下节点，横梁通过上节点一或上节点二与上弦索锁紧固定，腹杆通过第一下节点或第二下节点与下弦索锁紧固定。

作为优选，所述横梁包括有螺栓和耳板，横梁的上端两侧设置有螺纹孔，螺栓对称螺纹连接在横梁的上端两侧，耳板通过螺栓螺纹连接在横梁上。

作为优选，所述上节点一包括横梁垫块一、固定螺栓一和带耳板的下盖板一，所述横梁垫块一置于横梁的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块一的下端和带耳板的下盖板一的上端固定连接，上节点一、横梁垫块一和带耳板的下盖板一共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓一通过螺纹孔与上节点一螺纹连接，横梁垫块一和带耳板的下盖板一共同设置有孔槽，上弦索通过横梁垫块一和带耳板的下盖板一之间孔槽并采用固定螺栓一锁紧固定，斜撑杆与带耳板的下盖板一固定连接。

作为优选，所述上节点二包括横梁垫块二、固定螺栓二和下盖板一，所述横梁垫块二置于横梁的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块二的下端和下盖板一的上端固定连接，上节点二、横梁垫块二和下盖板一共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓二通过螺纹孔与上节点二螺纹连接，横梁垫块二和下盖板一共同设置有孔槽，上弦索通过横梁垫块二和下盖板一之间孔槽并使用固定螺栓二锁紧固定。

作为优选，所述第一下节点包括上盖板、固定螺栓三和带耳板的下盖板二，上盖板与带耳板的下盖板二共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，上盖板与带耳板的下盖板二通过四个固定螺栓三固定连接，腹杆交汇于上盖板的上端并与其焊接形成一体，上盖板与带耳板的下盖板二共同设置有孔槽，下弦索通过上盖板和带耳板的下盖板二之间孔槽并采用固定螺栓三锁紧固定，抗风索和排间撑杆与带耳板的下盖板二连接固定。

作为优选，所述第二下节点包括带耳板的上盖板、固定螺栓四和下盖板二，带耳板的上盖板与下盖板二共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，带耳板的上盖板与下盖板二通过四个固定螺栓四固定连接，腹杆交汇于带耳板的上盖板并与其焊接形成一体，斜撑杆的一端与带耳板的上盖板连接固定，带耳板的上盖板与下盖板二共同设置有孔槽，下弦索通过带耳板的上盖板和下盖板二之间孔槽并采用固定螺栓四锁紧固定。

本发明的有益效果：

本发明舍弃了传统柔性光伏支架使用拉索直接支撑光伏组件，而使用刚性支架支撑，并通过拉索承重，充分发挥了各构件性能优势，增加了光伏组件的稳定性，合理布置拉索和刚性支架空间位置，减少端部立柱设置，提升复杂地形适应能力；并实现拉索与立柱直接连接，减少了端部锚固措施，通过设置排间稳定索和抗风索，进一步提升光伏系统的抗风性能，该系统可大幅度提升结构的跨越能力和抗风能力，提升场地立体空间利用率，更加适应光伏与其他产业融合发展。

附图说明

图1展现的为本发明的整体立体构造示意图；

图2展现的为本发明的俯视构造示意图；

图3展现的为本发明的正视构造示意图；

图4展现的为本发明的光伏组件构造示意图；

图5展现的为本发明的三角形刚性支架构造示意图；

图6展现的为本发明的排间撑杆构造示意图；

图7展现的为本发明的上节点一构造示意图；

图8展现的为本发明的上节点二构造示意图。

附图标记说明：1、立柱；2、上弦索；3、下弦索；4、三角形刚性支架；41、横梁；411、螺栓；412、耳板；42、腹杆；43、上节点一；431、横梁垫块一；432、固定螺栓一；433、带耳板的下盖板一；44、上节点二；441、横梁垫块二；442、固定螺栓二；443、下盖板一；45、第一下节点；451、上盖板；452、固定螺栓三；453、带耳板的下盖板二；46、第二下节点；461、带耳板的上盖板；462、固定螺栓四；463、下盖板二；5、斜撑杆；6、光伏组件；7、斜拉索；8、稳定索；9、抗风索；10、排间撑杆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8，本发明提供一种实施例：一种单柱式索撑光伏支架系统，包括有包括有多排支撑结构和稳定结构：所述支撑结构包括立柱1、上弦索2、下弦索3、三角形刚性支架4、斜撑杆5和光伏组件6，所述上弦索2和下弦索3张拉于两根立柱1之间，立柱1与上弦索2和下弦索3共在一个平面内，所述多个三角形刚性支架4安装于上弦索2和下弦索3之间，沿第一方向等间距排列，相邻三角形刚性支架4设置斜撑杆5，所述多个光伏组件6沿第一方向安装于三角形刚性支架4上。

进一步的，在安装时，首先按设计间距竖立两根立柱1，并在两根立柱1之间张拉上弦索2和下弦索3，确保立柱1与上弦索2、下弦索3共处同一平面内，接着将多个三角形刚性支架4沿第一方向等间距安装于上弦索2和下弦索3之间，并在相邻三角形刚性支架4之间设置斜撑杆5，最后将光伏组件6沿第一方向安装于三角形刚性支架4上，安装完成后，该系统通过上弦索2和下弦索3的预应力作用增强整体承载能力，三角形刚性支架4与斜撑杆5形成了稳定的桁架结构，从而有效抑制风荷载引起的变形，光伏组件6稳固地固定在刚性支架上，确保了发电效率，同时单柱式设计与索撑结构相结合，减少了立柱数量，提升了复杂地形的适应性和施工便捷性。

所述稳定结构包括斜拉索7和稳定索8，所述斜拉索7一端连接于立柱1上部，另一端锚固于地面，沿第一方向布置，在首排和末排支撑结构处沿第一方向布置和第二方向布置，所述稳定索8在相邻排间立柱1处交叉布置和水平布置。

所述稳定结构还包括抗风索9和排间撑杆10，所述多个抗风索9在首排和末排支撑结构沿第一方向等间距布置，一端连接于三角形刚性支架4上，另一段锚固于地面，所述多个排间撑杆10沿第二方向连接相邻排间三角形刚性支架4上。

所述三角形刚性支架4包括横梁41和腹杆42，所述横梁41和腹杆42焊接形成三角形稳定结构，所述腹杆42间夹角由光伏组件6的倾角和上弦索2与下弦索3的间距确定，光伏组件6通过螺栓411连接耳板412使其固定在横梁41上。

所述三角形刚性支架4还包括上节点一43、上节点二44、第一下节点45和第二下节点46，横梁41通过上节点一43或上节点二44与上弦索2锁紧固定，腹杆42通过第一下节点45或第二下节点46与下弦索3锁紧固定。

所述横梁41包括有螺栓411和耳板412，横梁41的上端两侧设置有螺纹孔，螺栓411对称螺纹连接在横梁41的上端两侧，耳板412通过螺栓411螺纹连接在横梁41上。

所述上节点一43包括横梁垫块一431、固定螺栓一432和带耳板的下盖板一433，所述横梁垫块一431置于横梁41的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块一431的下端和带耳板的下盖板一433的上端固定连接，上节点一43、横梁垫块一431和带耳板的下盖板一433共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓一432通过螺纹孔与上节点一43螺纹连接，横梁垫块一431和带耳板的下盖板一433共同设置有孔槽，上弦索2通过横梁垫块一431和带耳板的下盖板一433之间孔槽并采用固定螺栓一432锁紧固定，斜撑杆5与带耳板的下盖板一433固定连接。

所述上节点二44包括横梁垫块二441、固定螺栓二442和下盖板一443，所述横梁垫块二441置于横梁41的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块二441的下端和下盖板一443的上端固定连接，上节点二44、横梁垫块二441和下盖板一443共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓二442通过螺纹孔与上节点二44螺纹连接，横梁垫块二441和下盖板一443共同设置有孔槽，上弦索2通过横梁垫块二441和下盖板一443之间孔槽并使用固定螺栓二442锁紧固定。

所述第一下节点45包括上盖板451、固定螺栓三452和带耳板的下盖板二453，上盖板451与带耳板的下盖板二453共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，上盖板451与带耳板的下盖板二453通过四个固定螺栓三452固定连接，腹杆42交汇于上盖板451的上端并与其焊接形成一体，上盖板451与带耳板的下盖板二453共同设置有孔槽，下弦索3通过上盖板451和带耳板的下盖板二453之间孔槽并采用固定螺栓三452锁紧固定，抗风索9和排间撑杆10与带耳板的下盖板二453连接固定。

所述第二下节点46包括带耳板的上盖板461、固定螺栓四462和下盖板二463，带耳板的上盖板461与下盖板二463共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，带耳板的上盖板461与下盖板二463通过四个固定螺栓四462固定连接，腹杆42交汇于带耳板的上盖板461并与其焊接形成一体，斜撑杆5的一端与带耳板的上盖板461连接固定，带耳板的上盖板461与下盖板二463共同设置有孔槽，下弦索3通过带耳板的上盖板461和下盖板二463之间孔槽并采用固定螺栓四462锁紧固定。

进一步的，对于本发明的具体实施步骤进行说明：

在坡地或坑洼地形中，按设计间距竖立立柱1，采用单柱式设计，立柱1的间距根据地形灵活调整，无需严格等高，以适应复杂地形的高差变化。

张拉索结构，在相邻两立柱1之间张拉上弦索2和下弦索3，确保二者位于同一竖向平面，并施加初始预应力，以提高结构的承载力和抗风稳定性，同时上弦索2与下弦索3的间距根据光伏组件6的倾角确定，推荐间距为1.5–2.5m。

安装三角形刚性支架4，将多个三角形刚性支架4沿第一方向等间距(推荐间距2–4m)固定于上弦索2和下弦索3之间，支架由横梁41与腹杆42焊接成三角桁架，腹杆42的夹角根据光伏组件6的倾角(推荐25°–35°)和索间距调整，横梁41通过上节点一43或上节点二44与上弦索2锁紧，腹杆42通过第一下节点45或第二下节点46与下弦索3锁紧。

固定光伏组件6，光伏组件6通过螺栓411和耳板412安装于横梁41上，形成纵向连续阵列，从而确保组件稳固且便于调整角度。

连接斜撑杆5，在相邻的三角形刚性支架4之间安装交叉布置的斜撑杆5，其两端分别固定于带耳板的下盖板一433和带耳板的上盖板461，形成空间桁架结构以有效抑制风荷载引起的竖向和扭转变形。

布置斜拉索7与柱间稳定索8，斜拉索7的一端连接立柱1顶部，另一端锚固于地面，位于首排和末排支撑结构处沿第一方向布置和第二方向布置，柱间稳定索8在第二方向相邻立柱1之间水平交叉张拉，以增强整体结构的横向稳定性。

安装抗风索9与排间撑杆10，抗风索9在首排和末排支撑结构中沿第一方向等间距布置，一端固定于三角形支架的第一下节点45，另一端锚固于地面，排间撑杆10沿第二方向连接相邻排的第一下节点45，协同分散风荷载至多排立柱及地面锚固点，提升系统的抗侧移能力。

进一步的，对于关键节点的实施细节进行说明：

上节点一43通过横梁垫块一431焊接于横梁41底部，与带耳板的下盖板一433固定后嵌入上弦索2并用固定螺栓一432锁紧，同时斜撑杆5连接其耳板，第一下节点45通过腹杆42焊接于上盖板451，与带耳板的下盖板二453通过固定螺栓三452夹紧下弦索3。

进一步的，单柱设计配合柔性索结构允许立柱在坡地非等高布置(高差容忍度±1.5m)，预应力索与三角形刚性支架协同作用可减少风振对光伏组件6的影响(振幅降低≥60％)，抗风索9和排间撑杆10分散风荷载，所有索夹节点和三角形支架4可工厂预制，现场可快速装配，从而显著提升了施工效率。

进一步的，本发明提供一种实施例：

在平坦地形中安装时，首先按20m间距竖立两根立柱1，张拉上弦索2和下弦索3并施加15kN预应力，将10个三角形刚性支架4以2m间距安装在索上，相邻支架间用斜撑杆5交叉连接，最后安装光伏组件6，该系统形成稳定桁架结构，在8级风荷载下组件振幅小于5mm，发电效率保持在95％以上，且施工周期较传统支架缩短30％。

进一步的，本发明提供一种实施例：

在15°斜坡地形中安装时，调整立柱1高度差1.2m，保持25m间距，张拉上弦索2和下弦索3并施加12kN预应力，安装8个三角形刚性支架4以3m间距布置，斜撑杆5呈X形连接，安装后系统完美适应地形高差，在暴雨工况下排水顺畅，组件无积水，抗滑移系数达1.5，完全满足陡坡安全要求。

进一步的，本发明提供一种实施例：

在沿海强风区安装时，采用加密布置方案：立柱1间距15m，预应力加大至18kN，三角形刚性支架4间距1.5m，每间隔1个支架增设斜撑杆5；经测试可抵御12级台风，组件最大位移仅8mm，且通过索结构的弹性变形可有效吸收风振能量，组件破损率较传统支架降低80％。

Claims (10)

1.一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于，包括有多排支撑结构和稳定结构：所述支撑结构包括立柱(1)、上弦索(2)、下弦索(3)、三角形刚性支架(4)、斜撑杆(5)和光伏组件(6)，所述上弦索(2)和下弦索(3)张拉于两根立柱(1)之间，立柱(1)与上弦索(2)和下弦索(3)共在一个平面内，所述多个三角形刚性支架(4)安装于上弦索(2)和下弦索(3)之间，沿第一方向等间距排列，相邻三角形刚性支架(4)设置斜撑杆(5)，所述多个光伏组件(6)沿第一方向安装于三角形刚性支架(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述稳定结构包括斜拉索(7)和稳定索(8)，所述斜拉索(7)一端连接于立柱(1)上部，另一端锚固于地面，沿第一方向布置，在首排和末排支撑结构处沿第一方向布置和第二方向布置，所述稳定索(8)在相邻排间立柱(1)处交叉布置和水平布置。

3.根据权利要求1所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述稳定结构还包括抗风索(9)和排间撑杆(10)，所述多个抗风索(9)在首排和末排支撑结构沿第一方向等间距布置，一端连接于三角形刚性支架(4)上，另一段锚固于地面，所述多个排间撑杆(10)沿第二方向连接相邻排间三角形刚性支架(4)上。

4.根据权利要求1所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述三角形刚性支架(4)包括横梁(41)和腹杆(42)，所述横梁(41)和腹杆(42)焊接形成三角形稳定结构，所述腹杆(42)间夹角由光伏组件(6)的倾角和上弦索(2)与下弦索(3)的间距确定，光伏组件(6)通过螺栓(411)连接耳板(412)使其固定在横梁(41)上。

5.根据权利要求4所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述三角形刚性支架(4)还包括上节点一(43)、上节点二(44)、第一下节点(45)和第二下节点(46)，横梁(41)通过上节点一(43)或上节点二(44)与上弦索(2)锁紧固定，腹杆(42)通过第一下节点(45)或第二下节点(46)与下弦索(3)锁紧固定。

6.根据权利要求5所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述横梁(41)包括有螺栓(411)和耳板(412)，横梁(41)的上端两侧设置有螺纹孔，螺栓(411)对称螺纹连接在横梁(41)的上端两侧，耳板(412)通过螺栓(411)螺纹连接在横梁(41)上。

7.根据权利要求6所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述上节点一(43)包括横梁垫块一(431)、固定螺栓一(432)和带耳板的下盖板一(433)，所述横梁垫块一(431)置于横梁(41)的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块一(431)的下端和带耳板的下盖板一(433)的上端固定连接，上节点一(43)、横梁垫块一(431)和带耳板的下盖板一(433)共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓一(432)通过螺纹孔与上节点一(43)螺纹连接，横梁垫块一(431)和带耳板的下盖板一(433)共同设置有孔槽，上弦索(2)通过横梁垫块一(431)和带耳板的下盖板一(433)之间孔槽并采用固定螺栓一(432)锁紧固定，斜撑杆(5)与带耳板的下盖板一(433)固定连接。

8.根据权利要求7所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述上节点二(44)包括横梁垫块二(441)、固定螺栓二(442)和下盖板一(443)，所述横梁垫块二(441)置于横梁(41)的中部下端并与其焊接成为一体，横梁垫块二(441)的下端和下盖板一(443)的上端固定连接，上节点二(44)、横梁垫块二(441)和下盖板一(443)共同贯穿开设有两个螺纹孔，固定螺栓二(442)通过螺纹孔与上节点二(44)螺纹连接，横梁垫块二(441)和下盖板一(443)共同设置有孔槽，上弦索(2)通过横梁垫块二(441)和下盖板一(443)之间孔槽并使用固定螺栓二(442)锁紧固定。

9.根据权利要求4所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述第一下节点(45)包括上盖板(451)、固定螺栓三(452)和带耳板的下盖板二(453)，上盖板(451)与带耳板的下盖板二(453)共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，上盖板(451)与带耳板的下盖板二(453)通过四个固定螺栓三(452)固定连接，腹杆(42)交汇于上盖板(451)的上端并与其焊接形成一体，上盖板(451)与带耳板的下盖板二(453)共同设置有孔槽，下弦索(3)通过上盖板(451)和带耳板的下盖板二(453)之间孔槽并采用固定螺栓三(452)锁紧固定，抗风索(9)和排间撑杆(10)与带耳板的下盖板二(453)连接固定。

10.根据权利要求5所述的一种单柱式索撑光伏支架系统，其特征在于：所述第二下节点(46)包括带耳板的上盖板(461)、固定螺栓四(462)和下盖板二(463)，带耳板的上盖板(461)与下盖板二(463)共同对称贯穿设置有四个螺纹孔，带耳板的上盖板(461)与下盖板二(463)通过四个固定螺栓四(462)固定连接，腹杆(42)交汇于带耳板的上盖板(461)并与其焊接形成一体，斜撑杆(5)的一端与带耳板的上盖板(461)连接固定，带耳板的上盖板(461)与下盖板二(463)共同设置有孔槽，下弦索(3)通过带耳板的上盖板(461)和下盖板二(463)之间孔槽并采用固定螺栓四(462)锁紧固定。