专利名称：桩柱一体式地面光伏支架的制作方法
技术领域：
桩柱一体式地面光伏支架技术领域[0001 ] 本实用新型涉及一种太阳能地面光伏支架。
背景技术：
太阳能光伏支架作为太阳能光伏主件的支撑结构，一般大面积连续布置，是太阳 能光伏发电系统的重要组成部分，太阳能光伏支架应有足够的强度和刚度确保有足够的承 载能力，在保证承载能力同时，太阳能光伏支架需要尽可能结构简单、安装便捷。下面我们 将简要介绍几种典型的太阳能光伏支架结构及其性能指标，并以此提出本实用新型的内容。目前已有的地面光伏支架技术中，最常见的为混凝土基础光伏支架，此种光伏支 架采用混凝土基础与上部金属结构支架组合设计，在基础面将上部金属结构支架固定联 接，但由于混凝土基础与上部金属结构支架施工工艺不同，导致基础施工势必存在大量的 土方开挖，对原地表植被造成破坏并对施工场地周围造成沙尘污染，混凝土基础施工属湿 作业，施工后期还有大量土方外运，导致了施工周期长，劳动力成本高。另外，还有一种新型双桩光伏支架，此种光伏支架采用双桩设计，以取代混凝土基 础光伏支架中的独立混凝土基础，桩柱采用分离设计并通过螺栓在桩顶面连接固定，但由 于目前成桩工艺的缺陷，实际操作中桩顶面标高及平面坐标点位置不可能与设计图重合， 从而需要通过调整支架主体来保证横梁上部轨道顶面在同一个平面上及轨道中心的重合， 但此种光伏支架由于需设置复杂调整机构，且操作不便，理论上必须设置4个调节点，导致 调整点过多调整不可行，转而主要控制成桩施工工艺，但由于地质情况相对复杂，土质的不 均勻性及土层中的碎石孤石，对成桩有非常大的影响，且成桩自身存在离散性偏差，最终导 致此种新型双桩光伏支架无法大面积实施。新型双桩光伏支架虽然克服了混凝土基础光伏 支架的混凝土基础施工作业的相关弊端，但无法克服自身调整困难的先天缺陷，在安装的 便利性上反而不如混凝土基础光伏支架。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种桩柱一体式地面光伏支架。为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是该桩柱一体式地面光伏支架 包括至少两根间隔分布的横梁，各横梁之间相互平行；所述横梁在其顶面上沿长度方向间 隔地固定联接有至少两根轨道，横梁在其与各轨道的连接区域上沿横梁的长度方向设有一 个以上轨道调节孔，横梁在所述轨道调节孔处与相应的所述轨道固定联接，各轨道之间相 互平行；至少两根横梁在其背面上连接有支撑体，所述支撑体包括立柱和撑杆，所述立柱与 水平面垂直，立柱的上部与横梁之间为上下可调式铰接；立柱上设有预置孔区域，所述预置 孔区域在立柱与横梁的连接处的下方，所述预置孔区域设置有至少两个预置孔，各预置孔 沿立柱的长度方向间隔分布；所述撑杆的一端在立柱的预置孔处与立柱铰接在一起，撑杆 的另一端与横梁铰接在一起。[0007]进一步地，本实用新型所述立柱的预置孔区域在其与撑杆相对的一侧设有凹槽， 撑杆的端部置于所述凹槽内。进一步地，本实用新型所述立柱的上部与横梁之间设有第一连接装置，所述第一 连接装置包括第一节点板和第一连接件，所述第一节点板与横梁固定联接，所述第一节点 板设有开口 ；所述第一连接件设有长条形槽孔，所述第一连接件的下端与立柱的上部固定 联接，所述第一连接件的上端通过贯穿开口和长条形槽孔的螺栓与第一节点板铰接在一 起。进一步地，本实用新型所述立柱的上部设有两个以上第一调节孔，所述第一调节 孔沿立柱的长度方向间隔分布，立柱在所述第一调节孔处与横梁铰接。进一步地，本实用新型在所述轨道与横梁的连接处设有第二连接装置；所述第二 连接装置的一端与轨道固定联接，所述第二连接装置的另一端开有长条形第二调节孔，该 长条形第二调节孔的长度方向与横梁的长度方向垂直；横梁上的所述轨道调节孔为长条 形，所述轨道调节孔的长度方向与长条形第二调节孔的长度方向垂直；第二连接装置通过 贯穿第二调节孔和所述轨道调节孔的螺栓与横梁固定联接。进一步地，本实用新型在所述立柱的预置孔区域中，预置孔的设置还满足式(1) 所示的关系L = COSfl)2 + L\ + Lx sina-L1(1)式(1)中，L表示立柱上预置孔区域的最上端一个预置孔的几何中心与最下端一 个预置孔的几何中心之间的距离，L1表示撑杆与横梁的连接点至立柱与横梁的连接点之间 的距离，L2表示立柱最上端一个预置孔的几何中心至立柱与横梁的连接点之间的距离，L3 表示撑杆与立柱的连接点至撑杆与横梁的连接点之间的距离，α为横梁的长度方向与水平 面之间的夹角，a = 0 80°。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型桩柱一体式地面光伏支架由于采用立柱、横梁和撑杆相互支撑的上部 结构和独立刚性承载钢桩的下部结构，可承受光伏组件自重及风、雪荷载作用下的多种荷 载组合，直接采用液压打桩机将桩压至设定深度，所以无需预制混凝土基础，避免了大量的 土方开挖对原地表植被的破坏及施工场地周围的沙尘污染，无湿作业及后期的土方外运， 大大缩短施工周期，节约劳动力成本，较混凝土基础光伏支架节省建设投资30% 50%， 节省建设周期50%以上；由于本实用新型采用桩柱一体设计，桩柱之间无任何连接，较桩 柱分离式支架省略了连接节点，所以缩短连接时间；由于本实用新型立柱的上部与横梁之 间为上下可调式铰接、立柱上设有预置孔、第二连接装置上设有调节孔，因此可方便调整由 于成桩工艺引起的误差，实现控制轨道顶部的共面及轨道中心的重合；本实用新型立柱的预置孔区域对预置孔的设置在满足关系式Z = V(Z1C0Sa)2+右+Z1 sina-Z2时，可实现在不同纬度地区使横梁与水平面之间的夹角在0 80°范围内可调，最大限度提高光伏组件 的工作效率，所以较双桩光伏支架实现主体结构可调并大大简化了调整工艺；横梁与立柱 在第一连接装置处采用开口式连接，大大缩短了连接时间，可较双桩光伏支架可在节省安 装连接工程量40% 60%，节省安装时间40% 60%的情况下实现支架可方便调节。本 实用新型这种安装便捷、调整灵活的桩柱一体式地面光伏支架及其结构设计在大型光伏地面电站中有广阔的应用前景。
图1是本实用新型桩柱一体式地面可调光伏支架系统的结构示意图；图2是本实用新型桩柱一体式地面可调光伏支架的使用状态图；图3是图1中横梁与立柱的连接处的连接示意图；图4是图3的A-A剖视图；图5是图1中横梁与轨道的连接处的连接示意图；图6是图1中立柱与撑杆的连接处的连接示意图；图7是图6的B-B剖视图。其中1、立柱；2、横梁；3、横撑；4、轨道；5、光伏组件；6、第一连接装置；7、第二连 接装置；8、立柱预置孔；9、第一节点板；10、第一连接件；11、长条形槽孔；12、开口 ；13、第 二调节孔；14、轨道调节孔；15、凹槽。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。如图1、图2所示，在本实施方式中，桩柱一体式地面可调光伏支架包括三根间隔 分布的横梁2，各横梁2之间相互平行。横梁2在其顶面上沿长度方向间隔地固定联接有 四根轨道4。每根横梁2上设有若干个轨道调节孔14，这些轨道调节孔14具体位于横梁2 与各轨道4的连接区域上；在横梁2与每根轨道4的连接区域上，沿横梁2的长度方向设 有两个轨道调节孔14 ；横梁2在轨道调节孔14处与相应的轨道4固定联接，各轨道4之间 相互平行；三根横梁2在其背面上连接有支撑体，支撑体包括立柱1和撑杆3。其中，立柱 1与水平面垂直，直接采用液压打桩机将其压至设定深度，采用桩柱一体式所以无需预制混 凝土基础，避免了大量的土方开挖对原地表植被的破坏及施工场地周围的沙尘污染，无湿 作业及后期的土方外运，大大缩短施工周期，节约劳动力成本，较混凝土基础光伏支架节省 建设投资30% 50%，节省建设周期50%以上，桩柱之间无任何连接，较桩柱分离式支架 省略了连接节点，立柱1设有预置孔区域，所述预置孔区域在立柱1与横梁2的连接处的下 方，在立柱1的预置孔区域设置有至少两个预置孔8，各预置孔8沿立柱1的长度方向间隔 分布；立柱1的一端和撑杆2的一端分别与横梁2铰接，撑杆3的另一端在立柱1的预置孔 8处与立柱1铰接在一起。如图3、图4所示，可在立柱1与横梁2之间设有第一连接装置6，第一连接装置6 包括第一节点板9和第一连接件10，第一节点板9设有开口 12。第一节点板9与横梁2固 定联接；第一连接件10设有长条形槽孔11，第一连接件10的下端与立柱1固定联接；第一 连接件10的上端通过贯穿开口 12和长条形槽孔11的螺栓与第一节点板9铰接在一起，通 过沿长条形槽孔11的长度方向调整螺栓的高度即可实现立柱1的竖直上下可调，从而消除 立柱1成桩后柱顶标高引起的误差。由于第一节点板9设有开口 12，直接将贯穿长条形槽 孔11的螺栓卡入第一节点板9的开口 12，即可实现横梁2与立柱1的现场快速铰接连接， 从而节省连接时间。作为上下可调式铰接的另一种实施方式，立柱1的上部设有两个以上 第一调节孔(未在图中示出)，第一调节孔沿立柱1的长度方向分布，通过选择与横梁2铰接的第一调节孔即可实现立柱1的竖直上下可调。如图5所示，轨道4与横梁2之间可设有第二连接装置7，第二连接装置7的一端 与轨道4固定联接，第二连接装置7的另一端开有长条形第二调节孔13，该长条形第二调节 孔13的长度方向与横梁2的长度方向垂直，使第二连接装置7可沿垂直于横梁2的方向调 整。横梁2上设置的轨道调节孔14为长条形，且轨道调节孔14的长度方向与长条形第二 调节孔13的长度方向垂直；使第二连接装置7亦可沿横梁2的长度方向调整；第二连接装 置7通过贯穿第二调节孔13和轨道调节孔14的螺栓与横梁2固定联接。通过调节第二连 接装置7与横梁2的相对位置，实现轨道4顶部的共面及轨道4几何中心的重合。如图6所示，立柱1的预置孔区域设置有至少两个预置孔8，各预置孔8沿立柱1 的长度方向间隔分布；立柱1的一端和撑杆3的一端分别与横梁2铰接，撑杆3的另一端在 立柱1的预置孔8处与立柱1铰接在一起，且预置孔区域中预置孔的设置长度满足式1所 示的关系L = J(L1 cos a)2 +L23+L1 sin a-L2(1)式(1)中，L表示立柱上预置孔区域的最上端一个预置孔的几何中心与最下端一 个预置孔的几何中心之间的距离，L1表示撑杆与横梁的连接点至立柱与横梁的连接点之间 的距离，L2表示立柱最上端一个预置孔的几何中心至立柱与横梁的连接点之间的距离，L3 表示撑杆与立柱的连接点至撑杆与横梁的连接点之间的距离，α为横梁的长度方向与水平 面之间的夹角(即安装角度)，α = 0 80°。本实用新型可针对不同纬度地区对预置孔进行不同的设置。根据地理学知识，北 半球太阳电池组件方位角朝南，安装角度α与纬度有关，赤道附近纬度N为0°，太阳辐照 角度全年几乎为90°，所以安装角度α为0°，全年无需调整支架安装角度α。还有如我国 陕西靖边榆林地区位于N 36° 57' N 39° 35'之间，太阳辐照角度在64. 5° (夏天) 39.5° (冬天)之间，所以安装角度α在25.5° (夏天) 50.5° (冬天)之间，全年平 均38°，为此可在立柱1上设置3个预置孔，从上至下分别对应夏天、全年平均和冬天的太 阳辐照角度，安装角度α分别在25. 5°、38°和50. 5°之间实现可调。当然也可以根据太 阳的运动轨迹设置更多的预置孔，进行支架安装角度α —季度一调整或一月一调整，从而 根据所在地区纬度及季节的不同，实现横梁2与水平面之间的夹角在0 80°范围内可调， 最大限度提高光伏组件5的工作效率。如图7所示，立柱1的预置孔区域可在其与撑杆3相对的一侧设有凹槽15，撑杆3 的端部可快速地置于凹槽15内并通过贯穿立柱1预置孔8的螺栓与撑杆3铰接在一起。根据平面几何学知识，三根杆件两两相交组成的三角形结构，缩短或增加其中一 根杆件的长度，长度变化边的对角大小也会随之改变，保持三角形长度变化杆件与水平面 垂直，根据所在地区纬度及季节太阳辐照角度的不同，可预先计算出此对角不同的数值，并 推算出此角度下杆件长度的变化值，并在该杆件相应位置标记开孔，本实用新型就是通过 预先在立柱1上设置不同的标记孔即图中所示的预置孔8，通过选择立柱1上不同的预置孔 8，调整立柱1与撑杆3铰接连接点的位置，改变立柱1与横梁2、撑杆3组成的三角形的杆 件长度，改变立柱1对角大小，实现安装角度α的快速调整。本实用新型由于采用了桩柱一体式单柱可调节点的设计方法提高了支架安装的 便利性，大大缩短了安装周期，节省了安装成本。这种安装便捷、调整灵活的桩柱一体式地面光伏支架及其结构设计在大型光伏地面电站中有广阔的应用前景。
权利要求1.一种桩柱一体式地面光伏支架，其特征是包括至少两根间隔分布的横梁O)，各横 梁( 之间相互平行；所述横梁( 在其顶面上沿长度方向间隔地固定联接有至少两根轨 道，横梁( 在其与各轨道的连接区域上沿横梁O)的长度方向设有一个以上轨 道调节孔，横梁( 在所述轨道调节孔处与相应的所述轨道(4)固定联接，各轨道(4)之间 相互平行；至少两根横梁( 在其背面上连接有支撑体，所述支撑体包括立柱(1)和撑杆 (3)，所述立柱(1)与水平面垂直，立柱(1)的上部与横梁( 之间为上下可调式铰接；立柱 (1)上设有预置孔区域，所述预置孔区域在立柱(1)与横梁O)的连接处的下方，所述预置 孔区域设置有至少两个预置孔(8)，各预置孔(8)沿立柱(1)的长度方向间隔分布；所述撑 杆⑶的一端在立柱⑴的预置孔⑶处与立柱⑴铰接在一起，撑杆⑶的另一端与横 梁( 铰接在一起。
2.根据权利要求1所述的桩柱一体式地面光伏支架，其特征是所述立柱(1)的预置 孔区域在其与撑杆C3)相对的一侧设有凹槽(15)，撑杆(3)的端部置于所述凹槽(1 内。
3.根据权利要求1或2所述的桩柱一体式地面光伏支架，其特征是所述立柱(1)的 上部与横梁( 之间设有第一连接装置(6)，所述第一连接装置(6)包括第一节点板(9)和 第一连接件(10)，所述第一节点板(9)与横梁O)固定联接，所述第一节点板(9)设有开 口(1 ；所述第一连接件(10)设有长条形槽孔(11)，所述第一连接件(10)的下端与立柱 (1)的上部固定联接，所述第一连接件(10)的上端通过贯穿开口(1 和长条形槽孔(11) 的螺栓与第一节点板(9)铰接在一起。
4.根据权利要求1或2所述的桩柱一体式地面光伏支架，其特征是所述立柱的上部 设有两个以上第一调节孔，所述第一调节孔沿立柱(1)的长度方向间隔分布，立柱(1)在所 述第一调节孔处与横梁( 铰接。
5.根据权利要求1或2所述的桩柱一体式地面光伏支架，其特征是在所述轨道(4)与 横梁O)的连接处设有第二连接装置(7)；所述第二连接装置(7)的一端与轨道(4)固定 联接，所述第二连接装置(7)的另一端开有长条形第二调节孔(13)，该长条形第二调节孔 (13)的长度方向与横梁O)的长度方向垂直；横梁( 上的所述轨道调节孔(14)为长条 形，所述轨道调节孔(14)的长度方向与长条形第二调节孔(1 的长度方向垂直；第二连接 装置(7)通过贯穿第二调节孔(1 和所述轨道调节孔(14)的螺栓与横梁O)固定联接。
6.根据权利要求1或2所述的桩柱一体式地面光伏支架，其特征是在所述立柱(1)的 预置孔区域中，预置孔的设置还满足下式所示的关系L = ^/(Z1 cos a)2 + L23 +L1 sin a-L2上式中，L表示立柱上预置孔区域的最上端一个预置孔的几何中心与最下端一个预置 孔的几何中心之间的距离，L1表示撑杆与横梁的连接点至立柱与横梁的连接点之间的距 离，L2表示立柱最上端一个预置孔的几何中心至立柱与横梁的连接点之间的距离，L3表示 撑杆与立柱的连接点至撑杆与横梁的连接点之间的距离，α为横梁的长度方向与水平面之 间的夹角，α = 0 80°。
专利摘要本实用新型公开一种桩柱一体式地面光伏支架，包括至少两根间隔分布的横梁，各横梁之间相互平行；横梁在其顶面上沿长度方向间隔地固定联接有至少两根轨道，横梁在其与各轨道的连接区域上沿横梁的长度方向设有一个以上轨道调节孔，横梁在轨道调节孔处与相应的所述轨道固定联接，各轨道之间相互平行；至少两根横梁在其背面上连接有支撑体，支撑体包括立柱和撑杆，立柱与水平面垂直，立柱的上部与横梁之间为上下可调式铰接；立柱上设有预置孔区域，预置孔区域在立柱与横梁的连接处的下方，预置孔区域设置有至少两个预置孔，各预置孔沿立柱的长度方向间隔分布；撑杆的一端在立柱的预置孔处与立柱铰接在一起，撑杆的另一端与横梁铰接在一起。
文档编号H02N6/00GK201839233SQ20102029224
公开日2011年5月18日 申请日期2010年8月13日 优先权日2010年8月13日
发明者叶水泉, 牟峻臣, 王晔 申请人:杭州国电能源环境设计研究有限公司