一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，用于組成光伏組件陣列下的結構單元，所述結構單元包括至少兩根相對布置的橫梁，該橫梁設置在支撐體上，橫梁沿長度方向間隔地固定連接有至少兩根拉索，該拉索被施加預設應力，各拉索之間相互平行，同一排光伏組件固定在一組拉索（2根）上；每1根橫梁和與該橫梁連接的1個支撐體共同組成1榀剛架。本實用新型充分發揮了拉索結構的柔性和剛架結構的剛性，創新性地將彈性力學與結構力學相結合，安裝過程無需新增可調構件，簡單靈活。相比現有的鋼框架結構光伏支架無論從經濟性，安全性，適用性，還是施工難度的角度都具有明顯優勢，對加速推進光伏發電行業的發展具有積極效果。
【專利說明】
一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種太陽能光伏組件陣列的安裝結構，尤其涉及一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架。
【背景技術】
[0002]—個光伏組件陣列是指由一個完整的結構體系所支撐的所有上部光伏組件，每個光伏組件陣列下的所有受力和支撐構件的整體稱為一個結構單元。所有光伏發電項目都是由I個或多個結構單元和其上部的光伏組件陣列共同組成的。
[0003]國內外現有的光伏組件陣列安裝支架都是剛性的鋼框架結構，S卩:導軌橫梁(檁條)架設在若干榀剛架上，剛架由立柱、斜梁、支撐桿等組成;光伏組件通過壓塊固定在導軌橫梁上。鋼框架結構的組成構件較多，跨度較小(一般不超過5m)，每個結構單元所能支撐的光伏組件陣列的組件數量很有限(一般不多于50塊)，導致用鋼量很大，支架部分占總投資的比重較高，經濟性差。
[0004]現有的光伏電站主要分布在建筑物屋頂、農田、山地、廢棄地面等環境載體中，如何充分利用載體資源是光伏電站建設的關鍵。在一個結構單元中，通過增大結構單元的跨度、增加單個光伏組件陣列的組件數量、增加結構單元的離地高度等方法可以更好地利用載體資源。但是由于現有光伏組件安裝支架構件都采用型鋼、鋁合金、或將鋼板加工成型，均為剛性構件(允許形變量小)，當增大結構單元的跨度、增加單個光伏組件陣列的組件數量、增加結構單元的離地高度時就需要采用更大的截面才能達到結構的剛度要求，保證在風、雪等外界效力的作用下整體結構的安全性。大截面型鋼用鋼量大，施工難度高，施工工期長，且安全性很難得到保障。
[0005]而現有鋼框架的支架形式的安裝對環境載體的要求高，只能用于建筑物屋頂、平坦地面和坡度很小的山地等區域，在農業大棚、坡度復雜的荒地、荒山、魚塘、灘涂、河道、廢棄礦山、垃圾填埋場、自來水廠、污水處理廠等載體上，鋼框架的局限性巨大，不僅支架基礎數量多占地面積大，材料量大，而且很難同時保證鋼結構的強度、撓度和穩定性均滿足正常使用的要求。故在地形復雜的山地和農田，一般都需要進行場地平整才能用于安裝光伏支架，場地平整費用高，耗時長。
[0006]另一方面，現有支架構件間的連接方式均以螺栓連接為主，型材開孔量多，對型材的防腐等要求高，螺栓連接節點受施工的影響大，為結構的薄弱環節。

【發明內容】

[0007]本實用新型的目的是克服已有技術的不足，提供一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，克服現有鋼框架結構光伏支架的不足。
[0008]實現本實用新型目的的技術方案如下所述:
[0009]—種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，用于組成光伏組件陣列下的結構單元，所述結構單元包括至少兩根相對布置的橫梁，橫梁沿長度方向間隔地固定連接有至少兩根拉索，各拉索被施加預設應力，各拉索之間相互平行，同一排光伏組件固定在一組拉索(2根)上;該橫梁下部設有支撐體，每I根橫梁和與該橫梁連接的I個支撐體共同組成I豐品剛架。
[0010]所述拉索上施加的預應力的大小以及該拉索的型號規格根據該拉索兩端的跨度，根據結構單元的跨度(也即拉索的長度)及其對于光伏支架的設計輸入來確定。
[0011]所述支撐體包括至少一根前立柱和一根后立柱以及斜拉索，該前立柱和后立柱的上端部與所述橫梁連接，該斜拉索一端與橫梁連接，連接前先施加預應力，該斜拉索另一端與大地或其他結構體連接。
[0012]所述支撐體還包括柱間支撐或者水平系桿等。
[0013]所述前立柱與后立柱的上端部與所述的橫梁之間的連接節點為平面內剛接，連接方式以螺栓連接為主。
[0014]在同一榀剛架內，該前立柱和后立柱之間的間距以及柱頂標高的高差確定該橫梁的水平傾角，該橫梁的傾角帶動固定在其上的拉索組在豎直平面內發生相對位移，從而實現光伏組件陣列平面的水平最佳傾角，使光伏組件發揮最大的光電轉換能力。
[0015]相鄰的拉索之間設置小拉條。
[0016]所述的拉索采用可張拉施加預應力的柔性材料制成。
[0017]所述的拉索由多層鋼絲捻成股，以繩芯為中心，由多股捻繞成螺旋粧的繩索。
[0018]所述的拉索通過錨固件固定在所述的橫梁上。
[0019]比較好的是，所述的錨固件與橫梁之間設有一彈性件。
[0020]本實用新型提供的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，橫梁、預應力拉索組和光伏組件陣列共同組成預應立梁索結構，橫梁和支撐體共同組成剛架結構，用于組成光伏組件陣列下的結構單元，該結構單元巧妙地結合了拉索結構的柔性和剛架結構的剛性，相比現有光伏支架結構，其具有如下有益效果:
[0021]1.結構單元的梁索結構部分組成構件簡單，上部光伏組件陣列平面上的荷載(風、雪、自重等)通過緊固連接件轉換為拉索上的拉力，拉索只承受拉力，彈性強度大，抗拉強度高，允許的彈性形變量大，與普通鋼框架相比可以實現更大的跨度;拉索通過施加預應力，可以將跨中的撓度控制在較小的范圍內，而無需像普通剛性結構那樣通過增大截面面積來提高強度和減小撓度，大大減少了材料用量，降低了成本，提高了經濟效益。
[0022]2.多組拉索固定在同一橫梁上，只需通過改變橫梁的水平傾角即可實現光伏組件陣列的最佳傾角，提升發電效率;而橫梁的傾角由前后立柱的間距和柱頂標高的高差即可實現。整個過程無需新增角度調節構件，簡單方便靈活。
[0023]3.預應力拉索不僅可以控制跨中撓度，同時通過預應力張拉，可以大大減輕拉索任意方向的“振蕩”；預應力拉索較小的彈性形變，即可緩沖化解較大的外力作用(風、雪、地震等)。
[0024]4.由于梁索結構可以實現更大的跨度，使得剛架榀數減少，剛架部分占地面積減小，大面積的光伏組件則是通過預應力梁索結構的支撐懸停在空中，下部空間大，適宜進行其他作業，比如車棚、農業大棚、種植農業、養殖業和漁牧業等;梁索結構亦可直接跨在垃圾填埋場、自來水廠、污水處理廠等載體的上空，充分利用空間資源。通過改變剛架中立柱的間距和高度，可以實現在復雜的山坡地上鋪設更大的陣列，可以跨過山包山坳等地形，避免了地形對組件布置的影響。在建筑物屋頂上，應用預應力拉索+剛架光伏支架可以避開屋頂上原有的設備，亦可在受限于廠房承載能力不足而不能直接滿鋪光伏組件的彩鋼瓦屋面上實現滿鋪。
【附圖說明】

[0025]圖1是本實用新型實施例光伏支架結構單元的平面俯視圖。
[0026]圖2是圖1的立面側視圖。
[0027]圖3是圖1中A-A向剖視圖。
[0028]其中:1-前立柱，2-后立柱，3-橫梁，4-錨固件，5-拉索，6_斜拉索，7_緊固件，8_光伏組件。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖及實施例對本實用新型的【具體實施方式】進一步加以描述:
[0030]請參見圖1至圖3所示，本實用新型實施例提供的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，用于組成光伏組件陣列下的結構單元，該結構單元包括至少兩根相對布置的橫梁3，橫梁3之間相互平行。至少I組(2根)拉索5通過錨固件4平行地間隔固定在兩根相對布置的橫梁3沿長度方向的頂面上上，橫梁3的跨度、跨數均根據具體工程輸入而定。由于拉索5的彈性強度大，允許的彈性形變量較大，所以橫梁3跨度較一般的鋼框架結構可以大很多。各拉索5—端通過錨固件4錨固鎖止在橫梁3—端，另一端穿過橫梁3后應用一定的張拉方法和工程手段施加所需預應力，達到要求后再通過錨固件4錨固鎖止在橫梁3另一端。各拉索5之間相互平行。至少一排光伏組件8組成一個陣列，每一排光伏組件8通過緊固件7固定在一組(2條)拉索5上，相鄰的前后排光伏組件8之間保持一定的間距，避免在強外力作用下拉索5產生“振蕩”時光伏組件8相互碰撞而破壞。為了減小拉索5在強外力作用下的“振蕩”對組件的影響，亦可在相鄰的拉索5之間設置多根小拉條，本實施例不對該小拉條作任何限定，根據具體工程確定采用相應的小拉條。拉索5可由多層鋼絲捻成股，再以繩芯為中心，由多股捻繞成螺旋粧的繩索。本實施例不對拉索5的形式作任何限定，任何可張拉施加預應力的柔性材料均可。拉索5上施加的預應力的大小以及該拉索5的型號規格根據該拉索5兩端的跨度，也就是根據拉索的長度及其對于光伏支架的設計輸入來確定。
[0031]上部光伏組件8界面所承受的各種荷載(風、雪、自重等)均轉換為拉索5上的拉力，拉索5只承受拉力，彈性強度大，抗拉強度高;拉索5通過施加預應力，將跨中的撓度控制在較小的范圍內，而無需像普通剛性結構那樣通過增大截面面積來提高強度和撓度，大大減少了材料用量，降低了成本，提高了經濟效益。橫梁3為型鋼構件，其截面形式本實施例不作任何限定，橫梁3的長度和跨度決定了光伏組件陣列的大小，和一般的鋼框架結構單元相比，本實施例結構單元上可以支撐更大的光伏組件陣列(即更多的組件數量)。在錨固件4與橫梁3之間增設一彈性件，利用彈性件的自身彈性可以進一步減小拉索5受到的“振蕩”。本實施例對錨固件4( 一般為錨固螺栓)和彈性件(彈性墊片等)的形式不作任何限定。
[0032]橫梁3下部設有支撐體，支撐體的數量和橫梁3的數量相同，不少于2個。每I根橫梁3和與該橫梁3連接的I個支撐體共同組成I榀剛架。本實施例中每個支撐體包括I根前立柱1、I根后立柱2、I根斜拉索6以及2個錨固件4。該前立柱I和后立柱2的上端部與橫梁3連接，在橫梁3相對拉索5對側的平面外設有至少一道斜拉索6，該斜拉索6—端與橫梁3通過錨固件4連接，錨固前先應用一定的張拉方法和工程手段施加所需預應力，該斜拉索6另一端與大地或其他結構體連接。
[0033]支撐體組成構件不僅限于此，不同的環境載體和不同的陣列大小需采用不同的剛架形式，故支撐體還可能包括多根立柱、柱間支撐和水平系桿等。前立柱I和后立柱2的上部與橫梁3之間的連接節點均為平面內剛接，連接方式以螺栓連接為主。在同一榀剛架內，根據前立柱I和后立柱2的間距和柱頂標高的高差來確定橫梁3的水平傾角，橫梁3的傾角帶動固定在其上的拉索組在豎直平面內發生相對位移，從而實現光伏組件陣列平面的水平最佳傾角，使光伏組件8發揮最大的光電轉換能力。根據結構安裝的環境載體的情況和組件陣列的大小來確定柱間間距和離地高度，并結合拉索5對橫梁3的作用力和其他設計輸入來確定剛架的形式及其組成構件的型號與規格等。前立柱1、后立柱2、橫梁3的截面和形式本實施例均不作限定。
[0034]多組拉索5固定在同一橫梁3上，只需通過改變橫梁3的水平傾角即可實現光伏組件陣列的最佳傾角，提升發電效率;而橫梁3的傾角由前后立柱的間距和柱頂標高的高差即可實現。整個過程無需新增角度調節構件，簡單方便靈活。
[0035]在實際應用中，立柱和橫梁組成的剛架形式可根據具體工程情況進行變化，當立柱間距較大，柱頂離地高度較大時，需要增加中間柱和柱間支撐來保證剛架平面內的穩定，在多榀立柱間增加剛性系桿來保證剛架平面外的穩定;立柱和橫梁的形式也可采用型鋼、實腹式、格構式、桁架等不同種類;斜拉索6可以為多組，以抵抗部分拉索5對橫梁3的拉力。橫梁3長度越大，則可以固定越多的拉索5，從而布置多排光伏組件。
[0036]由于梁索結構可以實現更大的跨度，使得剛架榀數減少，剛架部分占地面積減小，大面積的光伏組件則是通過預應力梁索結構的支撐懸停在空中，下部空間大，適宜進行其他作業，比如車棚、農業大棚、種植農業、養殖業和漁牧業等;梁索結構亦可直接跨在垃圾填埋場、自來水廠、污水處理廠等載體的上空，充分利用空間資源。通過改變剛架中立柱的間距和高度，可以實現在復雜的山坡地上鋪設更大的陣列，可以跨過山包山坳等地形，避免了地形對組件布置的影響。在建筑物屋頂上，應用預應力拉索+剛架光伏支架可以避開屋頂上原有的設備，亦可在受限于廠房承載能力不足而不能直接滿鋪光伏組件的彩鋼瓦屋面上實現滿鋪。
[0037]該結構充分發揮了拉索結構的柔性和剛架結構的剛性，創新性地將彈性力學與結構力學相結合，無論是從經濟性，安全性，適用性，還是施工難度的角度來看，“預應力拉索+剛架光伏支架”比現有的鋼框架結構光伏支架都要有優勢，大力推廣“預應力拉索+剛架光伏支架”，將勢必加速推進光伏發電行業的發展。
【主權項】
1.一種預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:用于組成光伏組件陣列下的結構單元，所述結構單元包括至少兩根相對布置的橫梁(3)，橫梁(3)沿長度方向間隔地固定連接有至少兩根拉索(5)，各拉索(5)被施加預設應力，各拉索(5)之間相互平行，同一排光伏組件(8)固定在一組拉索(5)上;該橫梁(3)下部設有支撐體，每I根橫梁(3)和與該橫梁(3)連接的I個支撐體共同組成I榀剛架。2.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述拉索(5)上施加的預應力的大小以及該拉索(5)的型號規格根據所述結構單元的跨度，及其對于光伏支架的設計輸入來確定。3.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述支撐體包括至少一根前立柱(I)和一根后立柱(2)以及斜拉索(6)，該前立柱(I)和后立柱(2)的上端部與所述橫梁(3)連接，該斜拉索(6)—端與橫梁(3)連接，連接前先施加預應力，該斜拉索(6)另一端與大地連接。4.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述支撐體還包括柱間支撐或者水平系桿。5.根據權利要求3所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述前立柱(I)與后立柱(2)的上端部與所述的橫梁(3)之間的連接節點為平面內剛接。6.根據權利要求3所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:在同一榀剛架內，該前立柱(I)和后立柱(2)之間的間距以及柱頂標高的高差確定該橫梁(3)的水平傾角。7.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:相鄰的拉索(5)之間設置小拉條。8.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述的拉索采用可張拉施加預應力的柔性材料制成。9.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述的拉索由多層鋼絲捻成股，以繩芯為中心，由多股捻繞成螺旋粧的繩索。10.根據權利要求1所述的預應力拉索結構和剛架結構相結合的光伏支架，其特征在于:所述的拉索(5)通過錨固件(4)固定在所述的橫梁(3)上，該錨固件(4)與橫梁(3)之間設有彈性件。
【文檔編號】H02S20/30GK205725582SQ201620429949
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】王曄, 程梁民, 徐俊
【申請人】杭州國電能源環境設計研究院有限公司