引导语
一个光伏工程项目,受到很多环境因素的影响。任何一个环境因素的变化,通常都会导致一个新的跟踪器设计。所以了解这些环境因素,是解决跟踪器设计的最基本要求。
目录:
1. 确认风速情况
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风速值
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重现期
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风向系数
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风向变化
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地形系数
2. 确认地理情况
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最大最小离地高度
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地勘和POT
确认风速情况
对于跟踪系统设计而言,风速可以说是最重要的一个参数。行业外的朋友可能认为风速就是一个数值,但其实这个数值的背后,却又非常多可以推敲的东西。这里列举几个第三方审核时,他们重点关注的内容。
在设计跟踪器时碰到的第一个问题,就是如何获得风速大小。一般我们会有两种方式。
第一种:利用当地的建筑荷载规范来获得。在规范中往往都会有具体的风速数值,一般越发达的国家,其规范里面的风速值越准确。
第二种:利用当地的多年气象信息来获得。在一些地区,由于规范的不完善,往往无法得知光伏电站项目地的具体风速,因此需要对附近气象站收集到的信息进行分析,来得到实际的风速数值。

▵发达国家往往都建立了成熟的规范体系
容易找到对应地区的风速值

▵有些地区没有具体的风速
则需要对附近气象站数据进行分析
每个风速都会带有一个重现期参数,比如所谓的“25年一遇”,“100年一遇”等等。这个参数是来表征风速每年出现的概率。具体介绍可以移动到公众号文章:千年一遇?台风这是要成精了!(上篇)。一般光伏电站采用的基本重现期是25年,重现期越大,风速就越高,设计出来的跟踪器就越贵。
风本身不会一直吹同一个方向,比如杭州夏天吹东南风,冬天吹西北风。不同方向的风对于跟踪器来说,形成的效果也不同。一般来说,跟踪器是一个正东西方向放置的设备,最不利的风向往往在正东西方向附近,所以我们需要重点关注这个范围的风向系数。这个范围的风向系数越大,对跟踪器的影响就越大。


在一段时间内,风速的风向,也会随着时间的变化而变化。可能6点钟是东风,7点钟就是西风。由于市面上大部分跟踪器都采用“迎风停靠”的方式来降低设计风荷载,所以风向的变化就会对跟踪器带来一定的风险。因此需要在项目设计初期对这个参数进行研究。一般风向变化速度越快,跟踪器的风险就越高。



正常的平地上,风速往往是均匀一致的,但是如果地形出现了较大的起伏变化,这就会影响到风速的大小。我们往往需要研究地形,来判断其对风速的影响,这个影响通常会采用一类“地形系数”来表征,地形系数越大,地形对风速的影响就越大,对跟踪器的设计带来的变化也就越大。
不过地形的方向也分为南北和东西两个方向,一般来说,南北方向的风对跟踪器的影响较小,所以南北方向地形坡度的变化在15%以内都不需要考虑地形系数。而当东西方向的坡度变化较大时,就要进行详细分析,甚至风洞测试。


▵地形系数的详细分析
确认地理情况
朋友们肯定知道,跟踪系统不是悬浮在地面上的,他必然会以某种形式与地面固定,因此我们需要考虑地理环境对于跟踪器的影响。
大部分的项目,业主对于组件(或者跟踪器主轴)的最低离地高度有很明确的界定。因为这个参数需要考虑诸如:洪水水位、双面组件背后发电增益、防尘上扬到组件、防雪过厚压倒组件等等因素。
但是很多时候,业主并没有具体的最大离地高度限制。实际上这个限制会影响到跟踪器的桩基设计。因为越高的离地高度,跟踪器桩基受到的弯矩就越大,那么立柱的截面和埋深也会相应的增加。

而这个最大离地高度,是由项目地的地形和跟踪器适应坡度的能力来决定的。
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地形越差,要求的最大离地高度越高。
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适应坡度越差,要求的最大离地高度越高。

由此可见,离地高度的最小值与最大值之间的这个“可调范围”,决定了项目现场的场平工作量。一旦某一块地形超过了跟踪器的适应能力,现场就要进行场平的工作。



▵传统跟踪器和随坡就势跟踪器的土方量对比
当决定了最大离地高度后,就要开始计算桩基了。一般光伏跟踪器采用桩柱一体的设计,也就是用一根钢桩插入地面,这根钢桩即充当与主轴的连接立柱,又作为与土壤接触的桩基。
桩基计算往往算的是两块内容:
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桩基的截面尺寸
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桩基的入土埋深
它们受到两个因素的影响:
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地面以上的荷载大小
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地面以下的土壤强度
荷载计算我们这里就不赘述了,而为了获取现场的土壤强度。通常需要两份报告:
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土壤地勘报告
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拉拔测试报告,又称POT(Pull Out Test)



正常来说,地勘报告提供的土壤信息比较简单,往往就是定义了土质属于哪种类型,假如只有地勘报告,桩基工程师通过现用的经验公式也能对桩基进行初步设计。但是设计出来的桩基通常都不是很准确,要考虑很高的安全系数。
而POT的目的是为了获得土壤变形和其受力的关系,以此来矫正地勘报告中的土壤参数,这样就可以在软件中建立起更准确的土壤数学模型,来选择和计算桩基。很多朋友往往以为,POT是为了验证测试桩基是否合格,其实这个想法是不准确的。很多时候,在做POT前是无法知道最终桩基情况的,通常都是用一些典型的桩型去做测试。



实际上,真正的桩基设计验证测试,我们称为DVT(Design Verification Test),往往是在安装过程中进行的。

