01引言
隨著科技的快速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的提高，可再生能源受到了越來(lái)越多的關(guān)注。其中，光伏發(fā)電作為一種清潔可再生能源，正得到廣泛的應(yīng)用。太陽(yáng)能電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，目前市面上應(yīng)用最多的太陽(yáng)能電池組件為單面組件，即組件僅支持向陽(yáng)面發(fā)電。隨著技術(shù)的進(jìn)步，正反兩面都能發(fā)電的雙面電池組件也得到了更多的應(yīng)用。經(jīng)測(cè)算，雙面組件能提高發(fā)電量10%~30%。而且，雙面組件能夠減少光伏系統(tǒng)中的陰影效應(yīng)，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。但傳統(tǒng)單面組件采用的“檁條+橫梁”的支架體系會(huì)對(duì)雙面組件背面造成遮擋，不利于雙面組件發(fā)電效率的提升。
因此，本文針對(duì)雙面組件的特點(diǎn)，提出了一種新型的雙面組件支架結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)采用常見(jiàn)的光伏支架，具有安裝簡(jiǎn)便、成本低的優(yōu)勢(shì)，可供分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目參考使用。
02傳統(tǒng)組件支架
對(duì)于單面光伏組件，常用的支架方式如圖1所示。
該支架體系由前后兩根立柱支撐一根橫梁，沿橫梁縱向搭設(shè)檁條，檁條之上通過(guò)壓塊將組件固定。該體系通過(guò)前后立柱的混凝土配重墩固定在屋面或者地面上。結(jié)構(gòu)橫向由斜撐形成固定體系，縱向由混凝土基礎(chǔ)和檁條形成固定體系。經(jīng)眾多實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，該結(jié)構(gòu)體系能滿(mǎn)足光伏使用的結(jié)構(gòu)安全需要。
03雙面光伏組件特性
單面光伏組件只有一面有PN結(jié)，因此只能從一面吸收太陽(yáng)能。而雙面光伏組件正反兩面都有PN結(jié)，可同時(shí)從兩面吸收太陽(yáng)能。因此，雙面光伏組件的支架檁條應(yīng)位于組件邊緣，否則支架縱向檁條會(huì)對(duì)雙面組件背面造成遮擋，大幅降低雙面組件的發(fā)電優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，還應(yīng)盡可能避免其他電氣設(shè)備( 如組串式逆變器)等對(duì)組件背面造成遮擋。
04雙面光伏支架荷載
4.1 風(fēng)荷載
光伏支架設(shè)計(jì)時(shí)，按25年重現(xiàn)期確定基本風(fēng)壓；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，按50年重現(xiàn)期確定基本風(fēng)壓，并考慮1.6的安全系數(shù)。垂直作用于光伏支架結(jié)構(gòu)或光伏組件表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，可按下式計(jì)算：
式中：
wk——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kn/m2）；
βz——高度z處的風(fēng)振系數(shù)；
us、uz——風(fēng)荷載體型系數(shù)、風(fēng)荷載高度系數(shù)；
w0——當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓（kn/m2）。
除橫向風(fēng)荷載外，還應(yīng)考慮縱向風(fēng)荷載對(duì)支架產(chǎn)生的水平力。計(jì)算風(fēng)壓時(shí)，需注意風(fēng)荷載方向性，如圖2所示。
4.2 雪荷載
作用于光伏支架水平投影面上的雪荷載，重現(xiàn)期取25年；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，按50年重現(xiàn)期確定雪荷載。安裝在建筑物屋頂上的光伏組件，應(yīng)考慮迎風(fēng)面、背風(fēng)面、遮擋物等造成的積雪不均勻分布系數(shù)。
4.3 荷載組合
光伏支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)計(jì)算和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算。前者主要計(jì)算支架構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以及連接強(qiáng)度；后者主要計(jì)算支架的變形、裂縫等。荷載效應(yīng)計(jì)算分兩種工況，分別為抗震驗(yàn)算和非抗震驗(yàn)算。
非抗震驗(yàn)算時(shí)，荷載效應(yīng)的基本組合按下式計(jì)算：
式中：
Sd——荷載組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；
γG——永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；
γW、γS——風(fēng)荷載、雪荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.5；
SGK、SWK、SSK——永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)；
ΨW、ΨS——風(fēng)荷載、雪荷載的組合值系數(shù)，當(dāng)風(fēng)荷載或雪荷載為主導(dǎo)荷載時(shí)，組合系數(shù)取1.0；
抗震驗(yàn)算時(shí)，荷載效應(yīng)的基本組合按下式計(jì)算：
式中：
Sd——地震組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；
γG、γE、γW——重力荷載的分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；水平地震作用分項(xiàng)系數(shù)，取1.3；風(fēng)荷載作用分項(xiàng)系數(shù)，取1.5；
SGE、SEhK——重力荷載代表值的效應(yīng)、水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值的效應(yīng)；
ΨW——風(fēng)荷載的組合值系數(shù)，當(dāng)風(fēng)荷載起控制作用時(shí)，取0.2，否則取0.0；
