光伏跟踪支架中的风速和地理

来源:小树洞谈光伏支架

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

  • 风速值

  • 重现期

  • 风向系数

  • 风向变化

  • 地形系数

2. 确认地理情况

  • 最大最小离地高度

  • 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。

风速值

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。

 

光伏跟踪支架中的风速和地理

▵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

 

光伏跟踪支架中的风速和地理

▵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

 

重现期

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

 

风向系数

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

光伏跟踪支架中的风速和地理
▵对跟踪器设计最不利的风向
往往在正东\正西40度范围内
 
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵风向系数代表风在不同方向出现的“概率”
它和风速的重现期无关

 

风向变化

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

 

光伏跟踪支架中的风速和地理
▵从Ucr图可以看出
跟踪器迎风停靠更加稳定
但是迎风停靠会导致其无法及时进入保护角度
 
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▵风向会随着季节的变化而变化
 
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵风向也会在同一天发生很大的变化
有时候风向的变化比跟踪器的旋转速度更快
迎风停靠的角度越大,跟踪器旋转需要时间就越长
风险也就越高

 

地形系数

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。

 

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▵利用Google进行初步地形系数分析
一般都分析东西方向的地形起伏
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▵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

 

最大\最小离地高度

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。

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▵离地高度越高,则立柱弯矩更大
立柱截面更大且埋深更长

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。

  • 地形越差,要求的最大离地高度越高。

  • 适应坡度越差,要求的最大离地高度越高。

 

光伏跟踪支架中的风速和地理
▵最大离地高度,影响填土量
最小离地高度,影响挖土量
因此,可调范围越大,场平土方量越小

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。

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▵土方量分析
 
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▵填方(fill)和挖方(Cut)的费用
(来源:Soltec)
自从NX推出XTR跟踪器之后,许多跟踪器厂家也纷纷开发了自己的“随坡就势”款系统。可以在原来的设计基础上,大大减少施工土方量。但是这种功能目前还无法集成进PV Case中,具体的土方量分析需要采用某些妥协方法来计算,而随坡就势也带来了很多系统性能问题,有得有失,就不在这里讨论了。
光伏跟踪支架中的风速和地理

传统跟踪器和就势跟踪器的土方量对比

地勘报告和POT

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:

  • 桩基的截面尺寸

  • 桩基的入土埋深

它们受到两个因素的影响:

  • 地面以上的荷载大小

  • 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:

  • 土壤地勘报告

  • 拉拔测试报告,又称POT(Pull Out Test)

     

光伏跟踪支架中的风速和地理
▵地勘报告中通常包含许多重要的数据
可以用来分析土壤腐蚀、冻胀/膨胀等性能
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵POT测试
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵POT的测试数据
对于桩基计算非常重要

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。

 

光伏跟踪支架中的风速和地理
▵跟踪器桩基设计的一般流程
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵POT的测试数据
可以用来校正地勘报告的p-y曲线
 
光伏跟踪支架中的风速和地理
▵跟踪器的桩基计算大多使用LPile软件

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。

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