冯 震 坤

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)



20 MW农光互补光伏电站支架的基础选型

冯 震 坤

(国核电力规划设计研究院，北京 100095)

结合20 MW农光互补光伏电站项目的工程概况，对几种可行的光伏支架基础形式分别作了分析比较，选择了预应力混凝土管桩基础，指出光伏发电与作物种植形成有效互补，不仅提高了土地的农业附加值,更以绿色能源发电的模式带动了当地的经济发展。

光伏电站，农光互补，光伏支架基础，钢筋混凝土管桩

1 概述

山东20 MW农光互补光伏电站项目利用农作物种植的上方空间建设绿色无污染的光伏发电站。光伏组件采用固定倾角式安装，安装倾角为33°，朝向正南布置。每座光伏阵列由4行11列共44块组件构成，采用横向布置、U形接线方式。光伏阵列前后排间距为9.0 m，每套逆变升压单元和与其配套的光伏组件和汇流设备构成1个1 MWp光伏方阵单元，每座1 MWp光伏方阵单元的安装容量为1 098.24 kW,本工程共包括19座1 MWp光伏方阵单元。站址区域的建筑场地类别为Ⅲ类，地基土类型为中软土。地形平坦，地貌类型为平原，地貌成因类型为冲积成因。站址地下水常年最高水位埋深接近地表，标准冻结深度小于0.60 m。

2 地面光伏支架基础类型对比

目前地面光伏支架基础形式主要有以下几种：钢筋混凝土独立基础、钢筋混凝土预制桩、钢筋混凝土钻孔灌注桩、螺旋钢桩。对这几种形式分述如下。

2.1 钢筋混凝土独立基础

适用于地形起伏不大的场地，对一般粘性土、粉土、砂土均适用，抗倾覆、抗滑移较好，造价适中，施工工艺简单。缺点是由于太阳能组件数量较多，有一定的土方开挖量，破坏和扰动自然地表；现浇基础需现场支模、搅拌浇筑混凝土，施工扬尘大。

2.2 钢筋混凝土桩基础

钢筋混凝土桩基础分为预制桩和钻孔灌注桩：都可以采用小型机械施工，施工速度快，工期短，减少基础开挖及回填土方量。因为地面部分太阳能支架数量较多，占地面积大，打桩机械需要频繁移动。预制桩相对于钻孔桩来说价格较低，购买运输方便，具有成套成熟的制作工艺，质量和外部观感较好。

2.3 螺旋钢桩基础

螺旋钢桩主要分为：连续叶片桩，叶片在一定桩长范围内连续分布，宽度较窄，桩体有渐变段；盘状叶片桩，桩体下部分布1道～3道叶片，叶片直径较宽桩体等直径。属于预制桩，工程质量有保障；机械化施工、快捷方便；无需养护，可直接受荷；地层、地形、气候、季节适用范围广；无需开挖、对生态破坏最低；可回收、场地恢复成本低。

缺点：安装时需要保证法兰盘水平，钢制地锚安装精度高，对松软土层需要夯实，由于螺旋桩在土壤里的腐蚀是不可避免的，而且随着空气流动，水分含量等等因素，会加快腐蚀的速度。想要大大减缓这种腐蚀最好的方法就是使用热浸镀锌技术，覆盖螺旋桩的表面，从而将螺旋桩的使用寿命延长至20年。想要保证螺旋桩20年的寿命，而镀锌工艺的质量至关重要。

3 支架基础方案比较

根据站区可利用场地面积，经初步规划，本工程规划容量约为20 MWp，分成19个1 MWp光伏方阵单元。根据上述原则，工程地质勘察报告和支架基础方案进行比较分析。

3.1 主要设计参数

主要设计参数表见表1。

表1 主要设计参数表

3.2 地形地质情况

站区占地类型为一般农田，由于本工程为农光互补项目，考虑到农作物的种植要求，光伏板下端距地高度按1.5 m考虑。

3.3 基础选型

根据本工程《岩土工程勘测报告书》，拟建场地地层主要为第四系冲积层，岩性主要为粉土、黏土，各层地基土特征描述如下，同时给出该层的承载力特征值建议值。

①粉土：黄褐色，稍密，稍湿～很湿，局部夹粉质黏土薄层，表层约有20 cm厚的耕土，含少量植物根系。该层层厚2.60 m～5.00 m，层底深度2.60 m～5.00 m，层底高程20.45 m～22.26 m，该层在场地内均有分布。光伏支架采用桩基础，桩型为预应力混凝土管桩，桩端持力层为第①粉土层。

地基土和地下水的腐蚀性。根据本工程《岩土工程勘测报告书》地基土对混凝土结构具有中腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中腐蚀性；地下水在干湿交替作用下对混凝土结构具有中腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具有中腐蚀性。

根据电气方案资料，光伏组件采用260 Wp多晶硅光伏组件，每个结构单元由44块多晶硅电池组件组成。组件支架横向布置11列光伏组件，竖向布置4行，电池板横向布置。光伏支架采用固定式支架,由斜梁、横梁、支柱组成，支架布置结合电池板大小布置，光伏板下端距地高度按1.5 m考虑。支架基础采用φ300 PHC桩基础，桩顶预埋钢板，上部光伏支架焊于桩顶钢板上。

由于本工程为农光互补项目，光伏支架间隙考虑种植农作物。为便于农作物种植及光伏电站的维护，光伏阵列前后排间距不应小于6 m，且光伏板下端距地高度按1.5 m考虑。目前，农光互补工程光伏支架基础形式主要有单排立柱方案和双排立柱方案，以下是对这两种方案的技术经济对比。

方案一：单排立柱方案。光伏支架采用固定式三角形钢支架,支架基础采用单排φ300 PHC桩基础，桩长4.5 m，桩头露出地面2.0 m，埋深2.5 m。

经核算，20 MW光伏支架用钢量为1 357 t,预制桩PHC300(70)，桩长4.5 m，共10 944根。

方案二：双排立柱方案。光伏支架采用固定式格构式双立柱钢支架,支架基础采用双排φ300 PHC桩基础，桩长2.3 m，桩头露出地面0.3 m，埋深2.0 m。

经核算，方案二20 MW光伏支架用钢量为1 900 t,预制桩PHC300(70)，桩长2.3 m，共29 184根。

经结构分析计算，两种方案在技术上都是安全、可行的。方案一、方案二技术经济比较见表2。

表2 方案一、方案二技术经济比较

综上所述，预应力混凝土管桩基础具有综合造价低、施工快、施工精度高等优点，适用于本工程的场地特征及项目特点。单排立柱方案具备投资省，占地面积小，便于农业种植的优势。通过比较工程量和综合造价，确定预应力混凝土管桩单排立柱方案为最后方案。

钢支架立面图见图1。

4 结语

20 MW农光互补光伏电站工程采用预应力混凝土管桩基础，综合费用低于现浇独立混凝土基础，操作简单、施工速度快、质量好，成本低，对周边环境破坏小。由于单柱光伏支撑构占用空间小，前后排光伏组串之间的距离较为宽敞，方便农作物种植，非常适用于发展农业。本文可为今后的农光互补项目中基础的选型提供借鉴。

[1] GB 50797—2012，光伏发电站设计规范[S].

[2] [日]太阳光发电协会.太阳能光伏发电系统的设计与施工[M].刘树民，宏 伟，译.北京：科学出版社，2006.

Foundation selection of 20 MW agricultural PV complementary support structure

Feng Zhenkun

(StateNuclearElectricPowerPlanningDesignandResearchInstitute,Beijing100095,China)

Combining with the 20 MW agricultural photovoltaic complementary power plant project, by analyzing the feasible foundation form of photovoltaic support, the prestressed concrete pipe pile is adopted, point out photovoltaic power generation and crop cultivation make an effective complementary, not only improve the added value of agricultural land, but also promote local economic development in green energy generation mode.

photovoltaic power plant, agricultural photovoltaic complementation, foundation of PV support, reinforced concrete pipe pile

1009-6825(2016)26-0089-02

2016-07-03

冯震坤(1982- )，男，工程师

TU473

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