一种新型空间索网光伏支撑体系

1.本发明属于光伏基建技术领域，涉及一种新型空间索网光伏支撑体系。


背景技术：

2.为了响应国家节能减排的号召，光伏发电技术是当前能源发展的聚焦点之一。随着光伏发电项目的大规模建设，场地状况变得愈加复杂，包括：荒漠，戈壁，滩涂，鱼塘，污水厂，山地和屋顶等。为了适应不同且复杂的地形条件，柔性光伏支架被提出并得到了广泛的应用。相比固定式刚性光伏支架，采用柔性光伏支架具有明显的优点，包括：（1）自重小，用钢量少，基础数量小，造价低；（2）具有大跨度架空特点，适应多种地貌特征，增加环境空间的利用率；（3）预装性强，施工周期短。随着一些条件好的地形（如：荒漠、平原等）被开发完毕，同时，在国家推广渔光互补、农光互补以及复杂山地光伏的背景下，柔性光伏支架将具有广阔的应用前景。
3.在当前部分光伏电站项目的设计中，柔性光伏支架一般采用单层悬索结构和预应力索桁架结构形式。其中，单层悬索结构是一种可变体系，在风荷载和非对称荷载作用下容易产生较大的机构性位移，这对于光伏组件是不利的；而且，在风吸方向上的刚度小；除此之外，为了减小跨中挠度，常在跨中设置支撑柱。预应力索桁架方案是解决单层索结构刚度小和形状不稳定性问题的一个有效途径，其以压杆或拉索系于承重索和稳定索之间，并采用施加预应力的方式提高体系刚度，使双层索结构共同抵抗外荷载。需要说明的是，预应力索桁架结构大多以一榀为最小单元，每一榀张拉在端部横梁上。其次，每个单元抵抗平面外变形的能力较弱（即：平面外刚度低），且各榀独自抵抗外荷载，整体性差。因此，该结构形式可实现的跨度有限，若要实现较大的跨度，需再加中部支撑柱。对于不宜在跨中设置支撑柱的场景（如：大型污水池），该体系将不适用。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新型空间索网光伏支撑体系，能够为光伏组件在不同荷载作用下提供可靠且稳定的支撑，适用于多种复杂地形和大跨度场地。
5.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型空间索网光伏支撑体系，主要包括平行交替布置的脊索和谷索，以及连接所述脊索和谷索的斜索；所述脊索和谷索的两端分别固定在摇摆支架顶部；所述摇摆支架的底部铰接于地面预埋件上；在垂直于脊索走向的平面内布置支索，所述支索上固定光伏组件支架。
6.进一步地，所述的摇摆支架顶部通过预应力的竖向拉索固定于地面预埋件上。
7.进一步地，所述摇摆支架所在平面与水平面的夹角为30～60度。
8.进一步地，所述的摇摆支架为人字形摇摆支架，夹角为20～40度。
9.进一步地，所述的人字形摇摆支架包括与所述脊索连接的人字形摇摆高柱，及与所述谷索相连的人字形摇摆矮柱。
10.进一步地，所述的斜索分别连接固定在所述脊索和谷连上的v形索夹，在相邻的脊
索和谷索之间形成连续的m形斜索网。
11.进一步地，所述的支索连接脊索上的一字形索夹，平行排列于相邻的脊索之间。
12.进一步地，所述光伏组件支架与脊索平面的倾角为10～39度。
13.相比现有的柔性光伏支架，本发明提供的新型空间索网光伏支撑体系，具有以下有益效果：（1）能够实现大跨度且中部无立柱，适用于多种复杂地形；（2）体系整体性好，三向刚度得到保证，为光伏组件提供可靠且稳定的支撑；（3）人字形摇摆柱受力形式简单，而且达到了端部无横梁的目的。
附图说明
14.图1 为本发明实施例中的新型空间索网光伏支撑体系的整体示意图；图2 为人字形摇摆支架和竖向拉索的构造示意图；图3 为脊索、谷索和斜索的连接节点构造示意图；图4为v形索夹的结构示意图；图5 为脊索和支索的连接节点构造示意图；图6 为支索、角钢支架和光伏组件的安装示意图；图中：1.脊索；2.谷索；3.斜索；4.人字形摇摆高柱；5.人字形摇摆矮柱；6.高柱竖向拉索；7.矮柱竖向拉索；8 支索；9.角钢支架；10.光伏组件；11.地面；12.独立基础；13.条形基础；14.竖向拉索锚固端；15.柱顶节点；16 铆钉铰接节点；17 脊索v形索夹；18.谷索v形索夹；19.一字形索夹；20.u形索夹。
具体实施方式
15.为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
16.实施例 本发明以架设在跨度为72m、长度为68m、高度为6m的空间内的新型空间索网光伏支撑体系为例进行说明。
17.如图1所示，本发明提供的新型空间索网光伏支撑体系，主要由脊索1、谷索2、斜索3、人字形摇摆高柱4、人字形摇摆矮柱5、高柱竖向拉索6、矮柱竖向拉索7、支索8、角钢支架9组成。
18.其中，交替、平形布置的脊索1和谷索2分别形成脊索平面和谷索平面，相邻的脊索1和谷索2之间通过斜索3相连，形成脊、谷交替连续的空间索网。脊索走向的两端分别设置人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5。脊索1的两端与人字形摇摆高柱4的顶部连接，谷索2的两端与人字形摇摆矮柱5的顶部连接。
19.人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5的高度分别为6m和3m，二者柱顶的间距为3.4m，人字形夹角均为30度，如图2中β角所示。人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5所在平面与水平面夹角均为45度，如图2中α角所示。
20.如图2所示，人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5的柱脚采用铆钉铰接的方式锚
固在底面11上的条形基础13上，通过铆钉铰接节点16来释放弯矩，使其仅承受轴压作用。人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5的柱顶分别通过预应力的高柱竖向拉索6和矮柱竖向拉索7的竖向拉索锚固端14与地面11上的独立基础12固定。独立基础12和条形基础13均为地面11的预埋件。人字形摇摆高柱4和人字形摇摆矮柱5的柱顶节点15采用焊接工艺将带孔钢板固定，便于脊索1、谷索2、高柱竖向拉索6和矮柱竖向拉索7的连接。
21.脊索1采用脊索v形索夹17、谷索2采用谷索v形索夹18分别与斜索3相连，三者共同作用，形成整体受力体系。如图3所示，脊索v形索夹17间隔固定在脊索1上，谷索v形索夹18间隔固定在谷索2上，且相邻脊索（或谷索）v形索夹的间距为8m。脊索v形索夹17和谷索v形索夹18在空间上交替布置。每一个谷索v形索夹18位于相邻的两个脊索v形索夹17之间，优选为中间位置。
22.在沿脊索和谷索走向的方向上，每一个脊索v形索夹17与相邻的两个谷索v形索夹18配合，同时，每一个谷索v形索夹18又与相邻的两个脊索v形索夹17配合。
23.在垂直脊索和谷索走向的方向上，同样是每一个脊索v形索夹17与相邻的两个谷索v形索夹18配合，每一个谷索v形索夹18又与相邻的两个脊索v形索夹17配合。
24.如图4所示，脊索v形索夹17和谷索v形索夹18的结构相同，由两块中部带有u型槽、两侧带有四个孔的v形钢板组成。采用四个螺栓将上、下两块具有u型槽的v形钢板固定在脊索1和谷索2上，两侧的四个孔分别与四条斜索的索头连接。两种v形索夹的夹角均为120度。在相邻的脊索和谷索之间形成连续的m形斜索网。
25.此外，在脊索1形成的脊索平面内，布置垂直于脊索1的平行支索8，建立光伏组件10的安装平台，如图1所示，图1中仅展示了一小部分支索构成的光伏组件安装平台。实际应用中，整个脊索平面都布置支索，光伏组件可布满整个脊索平面。
26.如图5所示，支索8通过一字形索夹19平行布置在相邻的脊索1之间，其中，相邻支索之间的间距为0.45m，一字形索夹19是采用两个螺栓将上下两块具有u形槽的钢板固定在脊索1上，两端开孔与支索8的索头相连。两根支索为一组，共同支撑角钢支架9和光伏组件10，每组之间的间距根据光伏组件尺寸、倾角和遮挡情况进行调节，本实施例中，组间距为0.2m。
27.图6所示，光伏组件10采用卡扣安装在角钢支架9上，角钢支架9再通过四个u形索夹20固定在两根支索8上。其中，光伏组件10尺寸为880mm
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510mm，角钢支架9由等边角钢焊接而成，其尺寸为880mm
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480mm
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175mm，倾斜角为20度。u形索夹20由带螺纹的u形圆钢和两个螺帽组成。
28.本发明的新型空间索网光伏支撑体系，采用人字形摇摆高、矮柱的设计使得端部无需架设大截面横梁，且中部无立柱，适用于多种复杂地形，可根据场地尺寸和地形条件，设计空间索网光伏支撑体系的跨度，长度和高度。其中，跨度为沿脊索方向，长度为垂直脊索方向。交替布置的通长脊索和谷索通过v形索节点与斜索相连，形成大跨度且中间无支撑的空间索网体系。其中脊索是承重索，谷索是稳定索，二者与斜索共同作用，使得体系的三个方向（特别是竖向）均具有较大刚度，为光伏组件提供可靠且稳定的支撑。空间索网架设在倾斜的人字形摇摆高、矮柱上，并于高、矮柱的柱顶张拉预应力竖向拉索形成稳定且整体性好的空间受力体系。其中，人字形摇摆柱柱脚采用铰接约束机制来释放弯矩，使其仅承受轴压作用。这种构造受力形式简单，方便设计，而且达到了端部无横梁的目的。