光伏發(fā)電技術(shù)以其清潔、安全、資源豐富等優(yōu)勢(shì)在能源變革中逐漸發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，未來(lái)將成為我國(guó)電力能源的主要供應(yīng)形式之一。
光伏產(chǎn)業(yè)已成為我國(guó)為數(shù)不多、可以同步參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)并在產(chǎn)業(yè)化方面取得領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)之一。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈多個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)能產(chǎn)量均位居全球首位，裝機(jī)量連續(xù)七年世界第一。光伏支架是光伏系統(tǒng)中為了擺放、安裝和固定光伏組件而設(shè)計(jì)的支撐裝置。
與跟蹤系統(tǒng)相比，固定光伏支架因成本較低、穩(wěn)定性較好、運(yùn)維簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在全球光伏支撐結(jié)構(gòu)市場(chǎng)中依然占據(jù)主要地位，尤其是在我國(guó)和印度兩個(gè)光伏裝機(jī)大國(guó)，2019年我國(guó)光伏支架市場(chǎng)占比依然在80%以上。?
支架作為整個(gè)光伏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)支撐，在其運(yùn)行期間除了承受組件自身荷載、風(fēng)荷載及雪荷載之外，還要承受水分、光、溫度等環(huán)境應(yīng)力的侵蝕。光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命一般在25年以上，因此支架的質(zhì)量對(duì)于光伏系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行至關(guān)重要。
T/CPIA0013-2019《光伏支架》規(guī)定了光伏支架的相關(guān)術(shù)語(yǔ)和定義、產(chǎn)品分類(lèi)、產(chǎn)品標(biāo)記、原材料要求(鋁合金、鋼材及五金件、復(fù)合)、產(chǎn)品要求(外觀、尺寸偏差、容許長(zhǎng)細(xì)比、結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形要求,防腐蝕、復(fù)合材料支架環(huán)境耐久性及防火要求)、試驗(yàn)方法、檢驗(yàn)規(guī)則以及標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存等。
該標(biāo)準(zhǔn)適用于地面安裝光伏支架，包括固定式支架和固定式傾角可調(diào)支架。該標(biāo)準(zhǔn)中的地面安裝光伏支架是指直接在平原、山地、灘涂、湖泊等地表安裝的光伏支架，不包括建筑物上安裝使用的光伏支架，但是平面屋頂安裝采用的光伏支架可參照?qǐng)?zhí)行。
其中，固定式支架是指通常以一年中光伏組件獲得太陽(yáng)輻射量最大的傾角作為安裝傾角，傾角固定不變的光伏支架。固定式傾角可調(diào)支架是指傾角可以按不同時(shí)間段光伏組件獲得最大太陽(yáng)輻射量進(jìn)行有限次數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整的光伏支架。
此外，按照材質(zhì)劃分，該標(biāo)準(zhǔn)適用于鋼支架、鋁合金支架及復(fù)合材料支架。
無(wú)論是鋼支架、鋁合金支架還是復(fù)合材料支架，支架桿件的壁厚是保證支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基礎(chǔ)，因此規(guī)定支架桿件的壁厚不應(yīng)有負(fù)公差。
為了充分利用太陽(yáng)光能，光伏支架裝配后的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量趨近于設(shè)計(jì)值，以保證光伏組件處于最佳傾角，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定美觀。
該標(biāo)準(zhǔn)中的尺寸偏差是指支架出廠前預(yù)拼裝之后與設(shè)計(jì)值的偏差，對(duì)于固定式支架選取了安裝傾角、支架梁標(biāo)高、支架立柱面、桿件中心線四項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)；對(duì)于傾角可調(diào)式支架，額外規(guī)定了調(diào)節(jié)角度與設(shè)定值的偏差(調(diào)節(jié)精度)。
構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大，會(huì)因自重產(chǎn)生變形而引起偏心，在運(yùn)輸和安裝過(guò)程中容易彎曲，在動(dòng)力荷載作用下發(fā)生較大振動(dòng)，因此需對(duì)構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比進(jìn)行限制。受壓構(gòu)件因剛度不足造成的不利影響遠(yuǎn)比受拉構(gòu)件嚴(yán)重，因此受壓構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比容許值一般比受拉構(gòu)件小(長(zhǎng)細(xì)比容許值越小，抗變形能力越高)。該標(biāo)準(zhǔn)中鋼支架構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)GB50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》6.8.9確定；鋁合金支架構(gòu)件的容許長(zhǎng)細(xì)比根據(jù)GB50429-2007《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》4.5.4和4.5.5確定；復(fù)合材料支架構(gòu)件根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參考鋼支架和鋁合金支架構(gòu)件最小容許長(zhǎng)細(xì)比確定。
結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性(變形要求)
光伏支架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性通過(guò)靜載荷變形試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)施加在組件平面的載荷方向的不同，分為垂直水平面靜載荷變形試驗(yàn)和垂直組件面靜載荷變形試驗(yàn)兩種，以前者為主。垂直水平面靜載荷變形試驗(yàn)時(shí)，在組件平面上如圖1所示均勻施加面荷載，方向沿水平面法線向下，面荷載值為雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kN/m2，持續(xù)時(shí)間1h。
觀察并記錄位移測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)及試樣的變形情況。垂直組件面靜載荷變形試驗(yàn)時(shí)，將支架安裝在一個(gè)傾角為α的固定斜面臺(tái)上，α為支架組件的安裝傾角，在組件平面上如圖2所示均勻施加面荷載，方向沿組件平面法線向上，面荷載值為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，單位為kN/m2，持續(xù)時(shí)間1h。觀察并記錄位移測(cè)量?jī)x器的讀數(shù)及試樣的變形情況。
對(duì)于固定式支架，柱頂位移應(yīng)不大于柱高的1/60；對(duì)于固定式傾角可調(diào)式支架，柱頂位移應(yīng)不大于柱高的1/80。
受彎構(gòu)件的撓度是保證支架整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。根據(jù)GB50797-20126.8.8和GB50429-20074.4.1條的規(guī)定，鋼支架與鋁合金支架主梁的撓度容許值均為l/250，次梁的撓度容許值為l/250(安裝無(wú)邊框光伏組件)、l/200(安裝其他形式組件)。該標(biāo)準(zhǔn)中受彎構(gòu)件的撓度容許值參照上述設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)確定。
光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用壽命一般是25年，光伏支架長(zhǎng)期置于室外經(jīng)受風(fēng)吹日曬雨淋。目前，用于光伏支架的材料主要有鋼、鋁合金、復(fù)合材料三大類(lèi)。
鋼支架作為目前應(yīng)用最為廣泛的種類(lèi)，也最容易發(fā)生銹蝕，因此必須進(jìn)行防腐處理。對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等鋼支架，通常采用熱浸鍍鋅進(jìn)行防腐。
該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)鍍鋅層厚度和耐鹽霧腐蝕試驗(yàn)來(lái)保證鋼支架的防腐蝕性能。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景給出了鍍鋅層的最低厚度，同時(shí)分別針對(duì)弱腐蝕環(huán)境、中等腐蝕環(huán)境、強(qiáng)腐蝕環(huán)境，規(guī)定了銅加速乙酸鹽霧腐蝕試驗(yàn)的時(shí)間和保護(hù)評(píng)級(jí)要求(表1)。
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腐蝕等級(jí)
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中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間/h
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弱腐蝕
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96
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≥9
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中等腐蝕
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240
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≥9
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強(qiáng)腐蝕
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480
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≥9
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鋁合金型材表面防腐處理技術(shù)主要采用陽(yáng)極氧化方法進(jìn)行表面處理。該標(biāo)準(zhǔn)分別針對(duì)規(guī)范弱腐蝕、中等腐蝕、強(qiáng)腐蝕三種不同腐蝕等級(jí)的應(yīng)用環(huán)境，給出了鋁合金型材表面處理層的最低厚度以及銅加速乙酸鹽霧腐蝕試驗(yàn)的時(shí)間和保護(hù)評(píng)級(jí)要求(表2)，以保證鋁合金支架的長(zhǎng)期耐腐蝕性。
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腐蝕等級(jí)
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銅加速乙酸鹽霧試驗(yàn)時(shí)間/h
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保護(hù)評(píng)級(jí)RP
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弱腐蝕
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32
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≥9
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中等腐蝕
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56
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≥9
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72
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≥9
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復(fù)合材料支架一般采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如聚酯玻璃鋼、環(huán)氧玻璃鋼、酚醛玻璃鋼等，天然具有優(yōu)異的耐腐蝕性能。但是聚合物基復(fù)合材料易老化，因此針對(duì)復(fù)合材料支架，根據(jù)現(xiàn)有GB/T31539-2015《結(jié)構(gòu)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料拉擠型材》提出了耐水性能試驗(yàn)、耐堿性能試驗(yàn)、紫外線耐久性性能試驗(yàn)、凍融循環(huán)耐久性試驗(yàn)要求，以保證復(fù)合材料支架的長(zhǎng)期環(huán)境耐久性。
光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生電弧，存在火災(zāi)隱患，因此要求聚合物基復(fù)合材料支架具有一定的阻燃性。該標(biāo)準(zhǔn)選取燃燒性能和灼熱絲成品試驗(yàn)兩項(xiàng)指標(biāo)以保證復(fù)合材料的阻燃性。
燃燒性能應(yīng)符合GB/T2408-2008《塑料燃燒性能的測(cè)定水平法和垂直法》中8.4規(guī)定的HB級(jí)要求。
灼熱絲成品試驗(yàn)應(yīng)符合GB/T5169.11-2017《電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn)第11部分：灼熱絲/熱絲基本試驗(yàn)方法成品的灼熱絲可燃性試驗(yàn)方法(GWEPT)》的規(guī)定，試驗(yàn)溫度為750℃。根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)情況來(lái)看，同時(shí)滿足燃燒性能和灼熱絲成品試驗(yàn)兩項(xiàng)指標(biāo)的復(fù)合材料支架具有優(yōu)異的阻燃性，可以滿足光伏系統(tǒng)應(yīng)用的防火要求，可以降低火災(zāi)的快速漫延。
標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施意義及未來(lái)展望
T/CPIA0013-2019的制定以保證光伏系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行為基礎(chǔ)，以科學(xué)合理、可操作性為原則，立足國(guó)內(nèi)光伏支架設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)水平，是我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)首個(gè)關(guān)于支架產(chǎn)品的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。
該標(biāo)準(zhǔn)的制定為降低光伏支架拼裝誤差，保證支架的整體承載能力，提高支架的防腐蝕能力(或者環(huán)境耐久性)，為保證光伏支架產(chǎn)品質(zhì)量水平提供了技術(shù)依據(jù)。
2019年，針對(duì)光伏涂錫焊帶、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)膠膜、共聚烯烴(PO)膠膜等三種光伏材料產(chǎn)品開(kāi)展了對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)及用戶端推廣目錄工作，在促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施、提升產(chǎn)品質(zhì)量、品牌建立等方面取得明顯效果。
下一步，將以T/CPIA0013-2019為依據(jù)，開(kāi)展光伏支架對(duì)標(biāo)達(dá)標(biāo)目錄工作，全面促進(jìn)光伏支架產(chǎn)品質(zhì)量提升，為產(chǎn)業(yè)鏈上下游架起質(zhì)量保障的橋梁，降低產(chǎn)品選型成本，為光伏產(chǎn)業(yè)的低成本、高質(zhì)量發(fā)展提供保障。
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