无钢结构架空式光伏组件支撑系统及电力传输系统的制作方法

本发明涉及光伏发电及输配电技术领域，具体涉及一种无钢结构架空式光伏组件支撑系统及电力传输系统，其特点是采用组合式钢索通过卡具或定位锁紧器彼此相互连接，使其承载能力满足使用要求，达到彻底替代现有支撑方式中的固定支架、钢结构、桁架结构的作用，该系统在起到支撑作用的同时其承重索还肩负电流传输的责任，本系统能够适用于跨度大周边环境复杂及地面空间有限的情况。

背景技术：

目前在光伏发电领域中，无论是在集中式电站还是分布式电站中，无论现在哪种安装形式所有的光伏组件的支架结构，均采用固定支架或钢结构、桁架结构搭建支撑主体，作为主要支撑方式安装于地面和建筑物上，采用上述安装在使用中主要存在以下问题：

（1）现有同规格的光伏支架占地面积大，且场地要求平整，平均每1MW占地面积约35-40亩，这对于日益紧张的土地资源来讲其占用的资源巨大；

（2）土建施工量大，采用现有安装方式，在实施中仅制作水泥基础底座这一项工作就耗费了大量的人力、物力和财力的投入，具体来讲，其中每1MW平均需打基础桩最多约1000-1200个；

（3）在实施中所用的各种钢材的用量巨大；每兆瓦最大用钢量超过了160吨

（4）人工安装费用巨大，通常1MW需要至少50个人工安装，其制作加工安装周期为3个月左右，安装周期3个月。

（5）原有的支撑结构功能单一，采用固定支架或钢结构、桁架结构搭建支撑主体只起到对光伏组件的支撑作用，无法在支撑的同时实现电流的传输，而新的支撑系统在实现对光伏组件支撑的同时，还利用承重索将光伏组件产生的电能输送出去。

为了节省占地面积和对现有的空间进行合理的使用，目前在污水处理厂的污水池、停车场等复杂区域内安装光伏发电系统，就需要躲避大量障碍物，因此整个支撑系统的结构，就要求尽可能的全部采用架空式安装并且要躲避大量地面障碍物同时地面空间有限，因此采用无固定支架、无钢结构、无桁架的架空支撑结构方式最为理想。

为了达到此目的现有的做法根本无法实现，目前所有的太阳能光伏发电主体支撑架构均是采用固定支架、钢结构或桁架结构进行加工安装的，此方式在建设中存在钢材用量极大，每兆瓦的钢材用量已经超过了160吨；建设工序复杂，同时需要开挖上千立方土建，做近千个立柱地基，建设周期长，投资成本巨大等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，具体涉及一种无钢结构架空式光伏组件支撑系统及电力传输系统，其特点是采用组合式钢索通过卡具或定位锁紧器彼此相互连接，使其承载能力满足使用要求，达到彻底替代现有支撑方式中的固定支架、钢结构、桁架结构的作用，同时利用承重索将光伏组件产生的电能输送出去；具有空间利用效率高、钢材用量极少、安装方便、人力物力投入少、易于施工等诸多优点，为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

本系统提供一种无钢结构架空式光伏组件支撑系统，它包括至少三根分布于不同位置处的立柱，任意两根立柱间设有主拉索；承重索的两端与任意两根主拉索连接，光伏组件设置于承重索上。

优选的，承重索相互交叉或相互平行设置。

优选的，光伏组件与主拉索倾斜放置时任意两根立柱间的主拉索为至少两根。光伏组件与主拉索水平放置时任意两根立柱间的主拉索为至少一根。

优选的，任意至少两根主拉索通过卡具或定位锁紧器相连接。

优选的，同一承重索的端部与任意一根主拉索连接；

或同一承重索的端部与任意一根主拉索连接后其连接处额外再通过至少一根钢索或其自身的延长部分与该主拉索以外的任意一根主拉索连接。

优选的，支撑同一光伏组件的所述承重索为至少两根，且承重索处于同一水平面或处于同一倾斜的斜面。

优选的，还包括若干根稳定索，稳定索与承重索交叉设置，稳定索与承重索在相交处连接。

优选的，同一稳定索的端部与对应的主拉索连接。

优选的，所述承重索、稳定索、钢索的端部分别通过定位锁紧器或卡具与对应的主拉索连接。

进一步的，本发明还设计了一种无钢结构架空式光伏组件电力传输系统使用如上所述的无钢结构架空式光伏组件支撑系统，所述承重索作为金属导线，光伏组件与承重索电性连接，且光伏组件所产生的电能通过承重索传输。

本发明的有益效果在于：

采用本系统的结构后，在实施中最主要的具有以下优点：

1.现对于现有技术，本系统的钢材用量大大降低，因现有的支撑方式中的固定支架、钢结构、桁架结构被彻底的取代，所以采用该技术后每兆瓦的相应钢材用量几乎为零，建设成本大大降低，远远低于现有的每兆瓦160吨钢材用量。

2.由于采用组合式钢索铺设的方式，本系统在建设时易于建设施工，施工安装费用骤降；同时，施工时由现有的50人降低到5-10人即可，工期由现有的的3月降到15天左右，可大大缩短整个施工工期，从而可降低建设的投入成本。

3.本系统相对于现有技术在同样区域内，仅需建设四个立柱即可，因此，土建工作量大大减少完全可以忽略不计。

4.由于本系统采用的是架空安装形式，因此采用本发明技术可不在受现场的地形地貌限制，土地利用率大大提高，每兆瓦占地面积缩减60%。

5.本系统在实施中，与现有技术相比节省了施工前期的场地平整、土建施工、钢结构、桁架制作加工现场焊接等步骤。

6.原有的支撑主体，采用固定支架或钢结构、桁架结构主体功能单一；只起到对光伏组件的支撑作用，无法同时实现电流的传输功能，而新的支撑结构在实现对光伏组件支撑的同时，还利用承重索将光伏组件产生的电能输送出去。

附图说明

图1为本系统俯视状态下的结构示意图；

图2为本系统立体状态下的主要结构示意图；

图3为图2中A部放大结构示意图；

图4为图2中B部放大结构示意图；

图5为本系统中的立柱、主拉索、承重索及稳定索的设置关系之一示意图；

图6为本系统中的立柱、主拉索、承重索及稳定索的设置关系之二示意图；

图7为本系统中的立柱、主拉索、承重索及稳定索的设置关系之三示意图；

图8为本系统中的主拉索及卡具的设置关系之一局部示意图；

图9为本系统中的主拉索及卡具的设置关系之二局部示意图；

图10为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具连接关系示意图之一；

图11为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具连接关系示意图之二；

图12为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具连接关系示意图之三；

图13为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具连接关系示意图之四；

图14为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具连接关系示意图之五；

图15为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具、承重索的连接关系示意图之一；

图16为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具、承重索的连接关系示意图之二；

图17为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具、承重索的连接关系示意图之三；

图18为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具、承重索的连接关系示意图之四；

图19为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与卡具、承重索的连接关系示意图之五；

图20为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之一；

图21为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之二；

图22为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之三；

图23为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之四；

图24为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之五；

图25为本系统中其中一种结构下的主拉索设置关系截面状态及与钢索、承重索的连接关系示意图之六；

图26为本系统中的定位锁紧器结构示意图；

图27为本系统中的支撑架结构示意图；

图中：

100.立柱；101.主拉索;102.卡具;103.承重索；

201.光伏组件;202.支撑架;203.板;204.圆锥形孔;205.卡体；

301.定位锁紧器;302.块体;303.通孔;304.锁紧销;

501.钢索;

601.稳定索。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例1：一种无钢结构架空式光伏组件支撑系统，参见图1至图27。

为便于理解和说明，本实施例1首先以较为常用、且易于理解的常规布设方式为例进行说明，首先参见图1至图4，本系统它包括分布于四个角处的四个立柱100，相邻两根立柱间连接有主拉索101，主拉索101呈“口”形或矩形，相邻两个立柱件的主拉索为一组。

如图2、3、12、17所示，同一组中的主拉索101为四根并呈矩形排列设置，四根主拉索101通过卡具102连接后构成刚性整体，如图10至14所示，卡具可以是直线的板状、棒状，或呈三角形、四边形，亦或呈多变形、椭圆形等结构均可。

进一步的，如图2至4所示，本设计中，支撑同一光伏组件201的所述承重索103为至少两根，且承重索103处于同一水平面或处于同一倾斜的斜面，当支撑同一光伏组件201的多根承重索103为平面设置时将光伏组件设置成水平状，而支撑同一光伏组件201的多根承重索103为斜面设置时将光伏组件设置成倾斜的状态。

进一步的，如图1至2，还包括若干根平行间隔设置的稳定索601，稳定索601与承重索103交叉设置，且稳定索601与承重索在相交处连接，且每根承重索均有一根稳定601与其相交连接。

进一步的，如图20至25，本设计中的承重索103的端部可以与上述多根主拉索101中的任意一根主拉索连接；同时，承重索103的端部与任意一根主拉索连接后其连接处还可以连接有至少一根的钢索501，钢索501与该主拉索101以外的任意一根主拉索连接，或者是，同一承重索的端部与任意一根主拉索连接后其自身的延长部分与该主拉索以外的任意一根主拉索连接，通过此设计可以增加主拉索的拉力，使其多根主拉索构成一个刚性整体并使其具备很强抗拉的冗余性。

进一步的，参见图2、3、26、27，本设计中的承重索、稳定索、钢索的端部分别通过定位锁紧器301与对应的主拉索连接，或者是承重索、稳定索、钢索的端部直接与上述的卡具连接，具体的，上述的定位锁紧器301包括一块体302，块体302上设有两个呈“十”字交叉设置的通孔303，两个通孔303上下独立设置，各通孔303内分别设有至少一个圆锥形的锁紧销304，承重索103/稳定索/钢索穿过其中一个通孔303内的锁紧销，并与该锁紧销固定后穿过该通孔；主拉索穿过另一个通孔内的锁紧销并与该锁紧销固定后穿过该第二通孔，在受力F方向上，两个通孔内径呈圆锥状，且受力F方向前方的通孔孔径小于另一孔径。主拉索的端部连接于立柱顶端上的支撑架202上，此时的支撑架上亦设有一板203，板上同样设有一圆锥形孔，圆锥形孔内设有一卡体205，卡体呈与卡体匹配的圆锥形，主拉索的端部穿过圆锥形孔后与卡体固定，同时卡体嵌入式安装于圆锥形孔204内，如此可以将主拉索与支撑架固定。

当然，为了保持立柱的稳定性，本系统它还包括斜拉索，斜拉索的一端固定于地面，另一端连接于立柱的顶端，而所述立柱包括钢构件式立柱、混凝土立柱。

综上所述，本系统通过主拉索、承重索、稳定索等钢索的结合可以构成一个交叉呈网格状的支撑系统，通过本系统可以对光伏组件进行支撑，同时还利用承重索将光伏组件产生的电能传输出去，而本系统与现有的光伏组件支撑系统最大的区别在于，本系统在实施中除了立柱以外不需要使用钢结构作为横梁等支撑结构，可大大节约钢材的使用量，再者，本系统之间的主拉索和承重索及稳定索的柔性或刚性之间的连接能够完全代替现有技术中钢结构的承载能力，同时采用卡具可将所有的钢索做刚性连接，使其受力满足承载力的要求，达到支撑的作用。

本系统的使用具有以下优点：

1.现对于现有技术，本系统的钢材用量大大降低，因现有的支撑方式中的固定支架、钢结构、桁架结构被彻底的取代，所以采用该技术后每兆瓦的相应钢材用量几乎为零，建设成本大大降低，远远低于现有的每兆瓦160吨钢材用量。

2.由于采用组合式钢索铺设的方式，本系统在建设时易于建设施工，施工安装费用骤降；同时，施工时由现有的50人降低到5-10人即可，工期由现有的的3月降到15天左右，可大大缩短整个施工工期，从而可降低建设的投入成本。

3.本系统相对于现有技术在同样区域内，仅需建设四个立柱即可，因此，土建工作量大大减少完全可以忽略不计。

4.由于本系统采用的是架空安装形式，因此采用本发明技术可不在受现场的地形地貌限制，土地利用率大大提高，每兆瓦占地面积缩减60%。

5.本系统在实施中，与现有技术相比节省了施工前期的场地平整、土建施工、钢结构、桁架制作加工现场焊接等步骤。

6.原有的支撑主体，采用固定支架或钢结构、桁架结构主体功能单一；只起到对光伏组件的支撑作用，无法同时实现电流的传输功能，而新的支撑结构在实现对光伏组件支撑的同时，还利用承重索将光伏组件产生的电能输送出去。

实施例2，与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于；除了上述的常规设计外，本设计中的立柱不限于上述的四根，可以是至少两根，并可以采取任意方式的布设，此时可参见图5至图7，同理，此状态下的任意两根立柱间可以设置主拉索101，相互交叉或相互平行设置的承重索103的两端可以与任意两根主拉索连接。

同样的，上述的两根立柱之间的主拉索同样可以是多根，如图10至14所示，主拉索之间同样可采用卡具连接为钢性整体，若干个卡具按照一定的比例间隔将上述主拉索在平行于主拉索截面方向做刚性冗余固定连接最终构成框架式多边形结构。

实施例3，本实施例设计一种无钢结构架空式光伏组件电力传输系统，本电力传输系统使用如实施例1所述的无钢结构架空式光伏组件支撑系统，系统中所述的承重索作为金属导线，光伏组件与承重索电性连接，且光伏组件所产生的电能通过承重索进行传输。

虽然，本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。