一种大跨度预应力双曲悬索光伏支架及其安装方法与流程

本发明属于新能源光伏，具体涉及一种大跨度预应力双曲悬索光伏支架及其安装方法。

背景技术：

1、随着世界主要流域对水电资源的开发水电资源的可开发潜力也明显不足，以太阳能为代表无污染的新能源具有很大的开发潜力成为化石能源的理想替代品。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用光伏组件将太阳光能直接转化为电能是太阳能发电的主要方式，但由于太阳能能量密度低，这就使得光伏发电系统的占地面积巨大。

2、当前光伏发电场的建设主要依托钢支架在一些条件较好的山地、荒漠、平原地区开展。传统固定式钢支架属于轻型钢架结构，跨越能力有限，在遇到鱼塘时往往需要在鱼塘里打下大量预制桩基支承钢支架，不仅影响鱼塘使用功能还增加了支架成本，特别是当遇到水面较深的鱼塘等水域时传统固定式钢支架无法施行。由于光伏电站占地面积较大，随着装机规模的不断扩大，可利用土地资源日益减少。光伏发电的继续发展必然要在一些较深的水面或鱼塘、地形起伏大的山地和一些地貌破碎的丘陵取得突破，而传统光伏钢支架，并不适用于上述场址区。近年来在一些鱼塘上出现了柔性索结构支架，单层索结构最大跨度做到了25m，索桁架结构最大跨度做到了35m，但这还远远无法满足鱼塘，水库鱼塘等地区光伏支架使用的跨度要求。

3、经查询和搜索目前仅有发明专利《一种预应力多排柔性光伏固定支架》(申请号202120906318.1，申请人为南京市光翔新能源科技有限公司，发明人为何春涛等)涉及了采用柔性钢索的光伏支架。该柔性光伏钢索结构是一种适用于山区光伏建设的支架形式，以柔性钢索跨越地貌起伏的山地。但是该柔性光伏支架只使用了单排索结构，难以实现大跨度，且该结构做了跨中t型钢架支撑，使得该支架形式在难以给结构提供中间支撑的深水鱼塘等地区无法使用。

4、针对水库、深水鱼塘等地区建设光伏电站，使用传统钢支架需要大量打桩增加了工程成本，且影响鱼塘使用功能的问题，目前的单层索结构与索桁架结构的跨越能力不足，大部分鱼塘难以适用。通过检索，未见适用于深水鱼塘等无法给结构提供中间支承地区的大跨度柔性索结构光伏支架的专利和文献。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种大跨度预应力双曲悬索光伏支架及其安装方法，能够解决鱼塘、山地等复杂地形地区难以适用传统光伏组件钢支架给光伏支架结构提供中间支承，造成的水库鱼塘等地区光伏建设难题，通过预应力双曲悬索的柔性结构方式，做到大跨度跨域水库鱼塘等地区上空建设光伏发电场，不改变土地使用性质，实现土地节约型光伏发电。

2、本发明是通过下述技术方案实现的：

3、一种大跨度预应力双曲悬索光伏支架，包括：若干榀纵向支架结构及将纵向支架结构横向连接为一体的上系杆和下系杆；

4、所述纵向支架结构通过锚定桩固定在地面上，每榀纵向支架结构均包括两根承重索和一根稳定索；稳定索位于两根承重索下方，稳定索分别通过系索与两根承重索相连，从纵截面看，承重索呈下凹拱线形，承担光伏组件的自重荷载与下压风荷载，稳定索呈上凸拱线形，承担上扬风荷载，整体形成双曲悬索，且承重索的下拱线形的高大于稳定索的上拱线形的高；从横截面看，两根承重索和稳定索形成三角形，且两根承重索在系索的连接处通过撑杆相连，该两个系索和一个撑杆形成三角形紧箍；所述上系杆和下系杆分别在三角形紧箍处将相邻两榀纵向支架结构连接；

5、其中，所述锚定桩可采用锚杆承台承重地锚或桩基承台承重地锚；

6、所述锚杆承台承重地锚由锚杆承台和锚杆组成；所述锚杆承台由混凝土和配筋一体灌注而成；所述配筋采用矩形网格状结构；两个锚杆的一端内嵌于锚杆承台内，另一端插入鱼塘岸边的地下，并通过混凝土灌浆固定；其中，所述锚杆为倒置的l形钢筋，两个l形钢筋的水平部分上下叠放后内嵌于锚杆承台内；

7、所述桩基承台地锚和桩基承台抗风地锚均由基桩承台和基桩组成；基桩承台内嵌于鱼塘岸边的地面上，且基桩承台的梯形下底端与地面平齐；所述基桩承台由混凝土和配筋一体灌注而成；所述配筋采用矩形网格状结构；两个以上基桩的一端内嵌于基桩承台内，另一端插入鱼塘岸边的地下；所述基桩为圆柱状结构，由配筋和混凝土一体成型；所述配筋由螺旋状的箍筋及固定在螺旋状箍筋的外圆周面的若干纵筋组成；所述配筋分为两个以上配筋段，每个配筋段的纵筋的根数从上到下依次减少；

8、所述基桩承台内嵌有一个以上抗剪键槽；每个抗剪键槽内均安装有一个抗剪键。

9、进一步的，两个钢横梁分别通过若干承重桩支撑在鱼塘的两岸；若干榀纵向支架结构并列安装在两个钢横梁之间，且每榀纵向支架结构的两端各对应一个承重桩；

10、每榀纵向支架结构除了承重索、稳定索、系索及撑杆外，还包括：承重斜拉索和稳定斜拉索；

11、两根承重索的两端分别系于两个钢横梁上，每个钢横梁上均系有分别与两根承重索相对应的两个承重斜拉索，每个承重斜拉索的一端系在钢横梁上，另一端通过锚定桩锚定于地面上，承重斜拉索用于给两根承重索提供预应力；两根承重索上设有若干卡扣，光伏组件直接通过卡扣安装于两根承重索上；

12、所述稳定索的两端分别系于对应的两个承重桩的桩身上；两根稳定斜拉索的一端分别系于对应的承重桩桩身上，并与稳定索位于桩身同一高度位置，稳定斜拉索的另一端均通过锚定桩锚定于地面上，用于稳定承重桩桩身并给稳定索提供预应力。

13、进一步的，所述钢横梁与承重桩之间安装有一个橡胶支座，橡胶支座用于释放桩顶剪力。

14、进一步的，两根承重索与钢横梁的连接处的具体连接方式为：其中一根承重索连接于钢横梁在竖直方向的最高面，另一根承重索连接于钢横梁在竖直方向的最低面，使得两根承重索在竖直方向存在高度差h；通过调节两根承重索之间的水平距离l，可以调整两根承重索在横向方向的连线与水平面的夹角，即调整光伏组件的安装角度s，且根据不同使用地区太阳高度角，调整两根承重索之间的水平距离，可使光伏组件获得最佳安装角度s，即最佳发电角度。

15、进一步的，稳定斜拉索通过锚定桩锚定于地面上的锚定点相比于承重斜拉索通过锚定桩锚定于地面上的锚定点更靠近承重桩。

16、进一步的，每个钢横梁的两端各系有一根抗风斜拉索，即抗风斜拉索的一端系于钢横梁的端头，另一端通过锚定桩锚固于地面上，且抗风斜拉索沿光伏支架的横向设置。

17、进一步的，上系杆连接每榀纵向支架结构的撑杆处，下系杆连接每榀纵向支架结构的三角形紧箍的稳定索节点处。

18、进一步的，所述锚杆承台和基桩承台上均安装有若干地脚螺栓，地脚螺栓的一端伸出于锚杆承台或基桩承台的顶部，且地脚螺栓的该端加工有外螺纹，地脚螺栓的另一端内嵌于锚杆承台或基桩承台内，且地脚螺栓的该端弯折，使得地脚螺栓为l形结构；钢板贴合安装在锚杆承台或或基桩承台的上表面，并通过螺母锁紧固定在地脚螺栓上，实现钢板与锚杆承台或基桩承台的固连；钢板上固定有耳板，用于与稳定斜拉索、承重斜拉索或抗风斜拉索连接。

19、进一步的，所述上系杆和撑杆之间、相邻两个下系杆之间分别通过索夹连接，所述索夹由两个背靠背安装的销座组成；每个索夹的销座分别通过销轴与上系杆、撑杆或下系杆销接。

20、进一步的，当鱼塘岸边的地面高度不同时，通过调整锚杆或基桩的长度，以适应高度不同的岸边地面。

21、进一步的，所述抗剪键采用工型钢。

22、一种大跨度预应力双曲悬索光伏支架的安装方法，具体步骤如下：

23、第一步，在待跨越水域的两岸打桩，包括若干承重桩和若干锚定桩；

24、第二步，安装钢横梁和抗风斜拉索；

25、第三步，铺设若干承重索；

26、第四步，安装系索和撑杆；

27、第五步，敷设若干稳定索；

28、第六步，安装承重斜拉索和稳定斜拉索，并通过承重斜拉索和稳定斜拉索分别张拉承重索与稳定索；

29、第七步，安装上系杆和下系杆；

30、第八步，安装光伏组件；

31、第九步，分别二次张拉承重索与稳定索至指定预应力值；

32、第十步，检查各紧固件紧固情况，安装完毕。

33、有益效果：

34、(1)本发明通过采用“预应力双曲悬索”结构，通过给反向双曲的承重索与稳定索施加预应力，承重索与稳定索通过三角紧箍相连绷紧，使得结构获得各个方向的刚度；解决了水库鱼塘等地区难以给光伏支架结构提供中间支承，造成的水库鱼塘等地区光伏建设支架结构难题；且本发明相比于传统固定钢支架，大跨度柔性索网结构的光伏支架的桩基数量大大减少，能够节约钢材，适用于更多复杂地形，做到大跨度跨域水库、鱼塘、河流、峡谷等地区上空建设光伏发电场，不在鱼塘等跨域场地打桩做基础，建设期土石方开挖量大大减小，不改变土地使用性质，不影响土地使用功能，减小施工对环境的影响，实现土地节约型光伏发电。

35、(2)本发明的光伏组件直接通过卡扣固定于组件安装索上，通过给组件安装索施加预应力获得大跨度跨越能力，实现大跨度无中间支撑跨越鱼塘等地区。

36、(3)本发明的钢横梁与承重桩之间安装有一个橡胶支座，通过橡胶支座释放了钢横梁相对于承重桩的水平位移，可使承重桩的桩顶水平力主要传递到了承重斜拉索，减小了承重桩的桩身所受水平力，使得桩身剪力减小，弯距减小；避免了悬臂的承重桩的受弯破坏，可减小桩身截面，增加桩的悬臂高度，提高柔性支架的架空高度。

37、(4)本发明通过调节两根承重索之间的水平距离l，可以调整两根承重索在横向方向的连线与水平面的夹角，即调整光伏组件的安装角度s，该调整方法简单可靠。

38、(5)本发明的每个钢横梁的两端各系有一根抗风斜拉索，且抗风斜拉索沿光伏支架的横向设置，施加了预应力的抗风斜拉索，能够分担承重桩所受的横向风压导致的横向剪力，减小承重桩桩身弯矩，增强了光伏支架的横向抗风能力。

39、(6)本发明的锚杆承台和基桩承台上均安装有若干地脚螺栓，地脚螺栓的内嵌于锚杆承台或基桩承台内，且地脚螺栓的该端弯折，使得地脚螺栓为l形结构，能够提高地脚螺栓的抗拔性能。

40、(7)本发明通过调整锚杆或基桩的长度，能够适应高度不同的鱼塘岸边地面。