光伏电站安装面对沙尘暴的应对分析

光伏电站安装面对沙尘暴的应对分析

薛巨擘  吕逸旻  任大勇

中国电建集团贵州工程有限公司 贵州省贵阳市  550000

摘要：我国西北地区光资源丰富，适合发展建设光伏发电电站。但是在西北地区，特别是南疆塔里木盆地区域每年春季沙尘暴频发，对光伏电站施工造成很大影响。如何应对光伏电站建设过程中突发沙尘暴成为亟需解决的问题。本文将通过对光伏支架耦合系统在沙尘暴中的受力情况进行分析，结合现场施工的实际情况和需求，提出解决方案。

关键词：光伏发电；沙尘暴；施工；应对措施。

0引言

在新疆天山以南地区具备丰富的光资源，且地广人稀，荒漠地区多，适合发展光伏发电。每年春季都是沙尘暴高发期，不仅对施工人员的安全造成隐患，还对正在安装过程中的光伏支架及组件产生较大的安全隐患。研究如何对安装过程中的光伏支架及组件进行临时固定，保障尚未完成安装工作的光伏支架及组件的安全性，避免安装人员在沙尘暴来临时进行安装作业。同时对光伏支架及组件在沙尘暴中的受力情况进行分析，优化对光伏支架及基础的设计，加强光伏支架耦合系统的稳定性和安全性，避免光伏组件在沙尘暴中出现掀翻的情况。

1工程概况

广东能源莎车县200万kW光储一体化项目一阶段100万kW拟建场址位于新疆维吾尔自治区喀什地区莎车县境内。拟建光伏场区地势平坦开阔，场内分布有多条大小不一的冲沟，整体坡度小于3°。无其它不良地质作用，且交通便捷，通讯畅通。太阳能资源丰富，具有较好的开发利用价值，适合建设光伏发电系统。本项目建设装机容量为交流设计规模为100万kW，直流侧容量为130.53404万kWp，同时配置储能装机25万kW/100万kWh，光伏区拟规划用地约1886公顷，约28290.13亩。

全疆各地气温相差很大，影响太阳能利用的主要因素是环境温度和风沙尘暴。春季多尘暴的南疆地区，冬季总是阳光普照，晴空万里，极少风雪天气，虽然云雨量少，但多风沙和尘暴，太阳辐射减弱，散射分量增大。利用太阳能的最有利季节是夏秋季，不利季节南疆为春季。

因此，在光伏支架及组件安装过程中应对沙尘暴的措施成为项目建设中的重点、难点问题。一方面通过设计简便易安装的临时加固装置增强安装过程中的突发沙尘暴应对能力，另一方面从整个光伏支架耦合系统的受力分析，对光伏支架及基础部分进行优化，增强整个系统的抗风能力。

2实施方案

方案一：在光伏支架安装过程中，通常的安装工序是先进行桩基施工，在安装支架及组件，在光伏组件安装完成后，对整组光伏组件进行高度和角度调整，调整符合要求后才进行光伏支架立柱与桩基预埋套管之间的定位螺栓安装。因定位螺栓需要进行现场钻孔，导致无法提前安装对光伏支架进行固定。在沙尘暴到来时未完成定位螺栓安装的光伏组件因为未与桩基预埋套管进行连接固定，只能依靠自身重量抵抗沙尘暴，存在较大的安全隐患，当风向来自光伏组件的侧面或者背面，甚至是上升气流的旋风时，光伏组件整体存在被掀翻的风险。通过结合现场实际情况，设计一种临时固定装置，利用现有的预埋套管和光伏支架斜拉杆结构将光伏支架与桩基进行简单快捷的固定连接，对未完成定位螺栓安装的光伏组件进行临时固定，增强整个光伏支架系统的抗拔性能。

临时固定装置图例说明：1、地面；2、灌注桩；3、预埋套管；4、锁定螺栓孔；5、圆柱形锁扣；6、光伏支架立柱；7、斜拉杆抱箍；8、挂耳；9、圆弧型连接件。

方案二：在光伏支架及桩基设计时结合现场情况，对支架系统的受力情况进行分析，优化光伏支架及桩基的设计，提高整个光伏系统在沙尘暴中的可靠性。

新疆莎车县50年一遇基本风压：0.55kN/m2；25年一遇基本风压：0.47kN/m2。风荷载作用在支架上的点荷载: 按50年一遇计算基础：

檩条：q11=1.2*1.09*1.12*0.55*2.278*1.134/2=1.041KN；

Q12=-1.2*1.09*1.42*0.55*2.278*1.134/2=-1.319KN；

按25年一遇计算结构：

檩条：q11=1.09*1.12*0.47*2.278*1.134/2*1.2=0.892 KN；

q12=-1.09*1.42*0.47*2.278*1.134/2*1.2=-1.219KN。

因光伏支架的使用寿命一般设计为25年，风载荷选取25年一遇进行计算。光伏组件结构自重：电池组件尺寸：2278*1134*35（长×宽×厚）重量：每块32.6kg，每个钢支架上铺设2*26块电池板。电池板安装倾角为36度，按恒荷载考虑；DL: 0.326/2=0.163 KN /点，取值：0.163 KN/点。通过软件对支架系统受力进行计算分析，得出支架材料最佳选型数据。

模型输入参数：

檩条参数计算：

斜梁参数计算：

单桩抗拔承载力计算：根据《桩基规范》5.4.6第2款1) 呈非整体破坏：基桩抗拔极限承载力标准值Tuk=60.45kN；基桩/土自重Gp=1.06kN；基桩抗拔承载力标准值Tuk/2+Gp=30.76kN。根据现场试桩报告，1.4m竖向抗拔承载力极限值最新值为42.5kN，满足施工要求，得出桩基的桩长数据。

3结束语

通过采取上述措施，有效的保证了光伏电站建设过程中未出现光伏组件被沙尘暴掀翻的情况，并且通过使用新型的临时固定装置，在光伏支架及组件安装过程中有效的将光伏支架与预埋套管进行了连接固定，在突发沙尘暴的情况下能随时将施工人员撤离现场，避免了沙尘暴对施工人员的伤害。

经过现场工程实际验证，通过上述措施能充分抵抗沙尘暴对光伏支架系统的影响，为光伏电站建设项目安全、高质量的完成提供助力，有效解决了沙尘暴对光伏组件安装过程中的破坏，降低项目损失，提升工程效益。

参考文献

[1]李宝聚，齐宏伟，傅吉悦，高重晖，郭雷.极端气象天气对新能源运行影响分析[J].吉林电力,2022,50,（01）

[2]刘敏华.环境条件对光伏支架基础形式的影响及应对策略[J].中国工程咨询,2018（06）