山地农光互补光伏发电安装工程施工技术研究

赵 海 军

(山西四建集团有限公司，山西 太原 030006)

1 工程概况

某山地农光互补光伏发电安装工程由光伏方阵、组串逆变器、汇流箱、升压变压器、集电线路、升压站等组成。工程位于山顶荒山荒地，设防按照风压0.31 kN/m2，雪压0.26 kN/m2，抗震烈度6度，地震加速度0.05g。光伏方阵基础采用钻孔灌注预埋桩，钻孔深度2.5 m，孔径250 mm，桩长2 650 mm，入土深度2 500 mm，地面以上外露150 mm作为预埋桩护脚。光伏组件采用优质多晶硅(345P)，外形尺寸1 960 mm×992 mm×35 mm，2×9阵列布置。光伏支架体系为成套镀锌构件，现场装配化安装，镀锌层厚度不小于65 μm，渗锌工艺满足25年正常使用要求，每一个方阵的支架立柱纵向和横向距离分别为1.9 m和2.8 m，前后排立柱高度分别为2.5 m和3.57 m，主梁倾斜角33°，前后阵列间距8.8 m，共组成4 223个方阵。

2 工程特点与难点

1)太阳能是绿色、清洁、可再生能源。光伏发电可节约标准煤资源，减少CO2排放量，具有广泛的应用前景。

2)山地农光互补形式是以保护原有梯田地貌为前提进行排布设计，对山地综合利用，实现“光伏+农业种植”叠加效应，特点是支架比较高，支架垂直度控制难度大。

3)山顶风大、粉尘大，光伏组件插接头多，成品保护直接影响到连接质量，甚至影响到运行发电量，是施工控制的重点和难点。

4)交直流线缆数量大，荒山地形复杂，降低损耗是控制施工成本的重点和难点。

5)工期紧张，作业面分散，跨度大，施工组织和质量控制难度大，需要分区、分段施工，按期并网发电具有重要意义和时效性。

3 施工工艺流程

材料进场检验→钻孔灌注预埋桩基础→光伏支架安装→光伏组件安装→逆变器、汇流箱安装→变压器安装→交直流线缆敷设→接地连接→送电调试。

4 施工关键技术研究与应用

4.1 钻孔灌注预埋桩轴线定位控制技术

钻孔灌注预埋桩基础是光伏系统安装的关键工序，其安装质量直接决定后续支架及组件安装的成形效果。预埋桩呈阵列布置，通常施工采用定位基准点、拉线控制的方法，由于每个阵列的纵横向分别拉线，时常会出现横向一条线、纵向有偏差的问题。

采用轴线定位控制技术的思路是把“线”控制改进为“面”控制，通过制作一种“三角架”，利用等腰直角三角形，两边垂直且相等的原理，将直角点置于第一排预埋桩中心点上方，一边与一侧平行，另一边顶点便是另一排预埋桩的起点，将其固定在地上，做到两排桩对齐，确保了预埋桩在同一轴线，实现每一个阵列横向和纵向均一条线布置。

“三角架”控制工具采用40 mm×20 mm方管制作形成边长1 500 mm的等腰直角三角形，斜边中点至直角焊接一根20 mm×20 mm方管；采用φ12圆钢在其各个顶点焊接长500 mm的支腿，起加固作用(如图1所示)。

4.2 钻孔灌注预埋桩垂直度控制技术

山地农光互补光伏发电形式是支架上光伏发电，支架下农业耕作和养殖，支架高度2.5 m及以上，支架比较高，垂直度控制是重点和难点。支架垂直度控制效果在很大程度上决定于基础钻孔灌注预埋桩的成形垂直度。基础钻孔灌注预埋桩施工顺序为先机械钻孔，孔径φ250 mm，孔深2.65 m，然后安装外径为φ89 mm的镀锌钢管预埋桩，由于孔的内径和桩的外径存在间隙，通常施工在浇筑混凝土过程中缺少有效定位，由于振动等原因，会出现混凝土成形后部分预埋桩垂直度达不到要求的问题，给下一道工序支架垂直安装造成了很大困难，甚至导致支架安装成形效果不好，无法调节的遗憾。此项预埋桩垂直度控制技术的思路是发明一种预埋桩安装过程中辅助垂直定位的工具，以钻孔内壁和预埋桩外壁为相互作用支撑点，用有效限位的方法保证预埋桩在浇筑混凝土过程中的垂直度。此种相互作用支撑的工具为一种具有两个套筒的“双环组件”，使用时从上往下套入预埋桩管，直至双环组件的扁钢支撑件与地面水平，放置到位后，外环与机械成孔的内壁贴紧起到支撑作用，内环与预埋桩管的外壁贴紧起到校直的作用，通过定位工具的使用，做到了外环、内环、预埋桩管三者中心合一，确保了预埋桩管垂直度。双环组件可重复循环使用。采用“双环组件”定位预埋桩垂直度控制技术，减小劳动强度，提高劳动效率，确保预埋桩在浇筑混凝土过程中的垂直度得到有效控制。

“双环组件”控制工具是采用δ2 mm钢板制作一根内径为250 mm、高度为300 mm的套筒，作为外环，采用δ2 mm钢板制作一根内径为89 mm、高度为300 mm的套筒，作为内环，在确保内外环同心的情况下，在内外环之间的上部和下部焊接φ12圆钢做纵向和横向支撑；在外环的上部外侧焊接长度为50 mm的40×4扁钢作为此工具与地面的支撑件(如图2所示)。

钻孔灌注预埋桩安装允许偏差及控制效果见表1。

表1 钻孔灌注预埋桩安装允许偏差及控制效果

4.3 光伏支架檩条接头错位设置稳定性安装技术

光伏支架前后立柱采用热镀锌焊接钢管D76×3.5；主梁采用SC52×41.3×2.5×3.2，倾斜角度33°安装；檩条采用SC62×41.3×2.2×4.5并排安装在主梁上；斜撑采用L50×2.5热镀锌型钢对立柱进行支撑。

设计图纸中并排檩条的接头呈一条线布置，容易造成光伏组件安装后支架受力点集中而产生变形，长期受压导致投运后组件出现不平整，影响发电的问题出现。

采用檩条接头错位设置稳定性技术是借鉴“错缝”结构受力原理，把檩条连接件“一条线”布置优化为交叉错位，提高支架安装的稳定性。

图纸优化须经过原设计单位同意，根据优化图纸编制材料采购计划。檩条钢构件供货厂家批量生产前，必须先生产出一组支架，进行现场试安装，确定完全符合要求后方可批量生产。严格进场验收，分类存放，安装过程中安装优化图纸合理组合，在没有采取加固及校正措施前，不得进行螺栓的终拧。

支架安装允许偏差及控制效果见表2。

表2 支架安装允许偏差及控制效果

光伏组件安装允许偏差及控制效果见表3。

表3 光伏组件安装允许偏差及控制效果

4.4 光伏组件MC4插头专用防尘帽施工技术

每个阵列由18块光伏组件组成，光伏组件之间采用MC4专用插接头串联连接，共形成4 223个阵列，插接头数量大。光伏组件在安装过程中必须对MC4插头采取有效措施密封保护，以保证接头的清洁和连接的可靠性。通常施工采用薄膜+胶带纸包封，保护效果与工人责任心有直接关系，保护效果不理想(见图3)。

结合山地环境施工现场粉尘比较大的特点，必须做到对插接头的密封保护更加规范、安全、可靠，经研究调查决定采用“专用防尘帽”进行保护，做到配套严密且可以重复利用。

“专用防尘帽”需要在光伏组件订货的技术要求中明确提出，由生产厂家成套供应。结合光伏组件数量大，分批次供货，而专用防尘帽的使用是在供货、安装、接线期间，接线之后即可回收重复利用，故可根据光伏组件的整体数量、供货批次、安装进度对防尘帽做适量的采购。

4.5 直流线缆隐藏式敷设技术

每台逆变器连接16个光伏组串，每个组串由18块光伏组件组成，光伏组串之间直流线缆串联连接，沿檩条敷设，沿支架立柱引下后直埋敷设至逆变器直流侧。

由于光伏组件直流线缆根数多，通常施工时顺着檩条明敷设，固定点不均匀，观感比较零乱，整理费工费时，劳动强度大；方阵与方阵之间和沿立柱引下部分的明敷设直流线缆，容易受到阳光直射，绝缘加速老化容易降低使用寿命。

采用直流线缆隐蔽式敷设技术的思路是改变传统施工工序，优化线路敷设方式，起到对直流线缆的保护作用。具体做法为：沿檩条明敷设部分优化为敷设在檩条槽内，如此需要调整线缆敷设和光伏组件安装的先后工序，敷设效果可以达到整洁美观；组串之间及沿立柱引下直流光伏线缆，根据线缆的根数选择相应直径的PVC管保护，做到线缆截面不大于保护管截面积的60%，穿管保护有效避免了阳光直射对线缆绝缘造成的伤害，也避免了线缆零乱布置的问题出现，同时在竖向PVC管视线高度位置粘贴黄黑相间色警示标识，明显提升施工品质(见图4)。

4.6 交流电缆编号定位施工技术

电缆敷设因敷设前策划不细致、不到位而造成敷设中没有先后顺序、没有明确定位，敷设后造成杂乱、交叉及损耗过大等问题。

采用BIM技术根据设计图纸建模，碰撞检查并优化，对每一根电缆敷设位置进行精准定位和编号(如图5所示)。电缆采购计划中对编号进行分类整理，电缆预制加工及安装全过程按照电缆编号搭接下料与装配化有序施工，实现电缆敷设无交叉，施工损耗有效可控的效果。

4.7 接地工艺安装技术

每一个方阵两端的两块光伏组件与支架檩条采用黄绿色BVR16 mm2接地连接；每一个方阵两端的支架立柱与人工接地体采用热镀锌扁钢-40×4连接。

考虑到风压造成光伏支架和光伏组件的振动，黄绿双色接地线设置连续环形补偿余量，既科学合理又美观大方，接地线两端压线鼻子并搪锡，线鼻子端部采用热缩带密封，压接点采用机螺栓，平垫片、弹簧垫片设置齐全。

支架立柱与预埋桩连接缝隙采用橡胶圈密封防雨水灌入，接地扁钢安装位置统一安装在便于人员视觉检修的一侧，采用双螺栓加平垫片弹簧垫片可靠固定，镀锌扁钢表面涂刷直道黄绿相间标识漆。

5 结语

山地农光互补光伏发电系统解决了传统光伏支架比较低，光伏板下采光和通风透气性不佳，对光伏板下的植物生长造成一定程度影响的问题，实现“光伏+特色种植”，最大限度地利用山地资源二次收益，随着新能源的发展，必将具有更加广阔的应用空间。

依托工程实践，开展山地农光互补光伏发电安装工程施工技术研究及应用，通过技术创新，提高了施工效率，提升了施工质量，获得了良好的社会效益和经济效益，具有很好的推广应用价值。