农光互补光伏发电项目施工研究

戚浩明

（中国电建集团湖北工程有限公司）

0 引言

目前，受到全球石油价格上升、气候变化等因素的影响，国际社会对新能源以及可再生能源科学、合理利用的重视程度提升。太阳能资源成为新能源中利用价值最高的资源，我国作为农业大国，将光伏发电技术应用到农业领域，有助于提高农业产品生产质量。为此，积极探索农光互补光伏发电项目，对提升我国经济效益和社会效益而言，具有重要的意义。

1 工程概况

以某农光互补发电工程项目为例。该工程中应用的电池组件为120 兆瓦、550Wp 单晶双面光伏组件，采用串式逆变器，集电线路以6 回35kV 架空线与直埋电缆接入。工程地点的平均海拔在60—130m之间，占地面积为2606.07 亩。项目地点交通较为便利，有利于施工顺利开展。光伏方阵以钻孔灌注预埋桩为主，入土的深度为2500mm，地面外露部分当作预埋桩的护角。光伏组件使用的是多晶硅，支架为镀锌钢。方阵之间的支架横纵距离为2.5m、1.8m。

2 工程难点

太阳能作为绿色、可再生型的新能源，采取光伏发电的方式在节约煤炭等传统能源方面有着积极的作用，不仅能够最大程度减少二氧化碳的排放量，还有着良好的应用前景。农光互补光伏发电通过合理安排太阳能发电板，可实现光伏和农业种植的目的。但在实际的应用过程中，该工程的施工难点主要体现在支架高度高、垂直度控制难度大等方面。与此同时，受到外界环境等因素的影响，光伏组件的插件相对较多，从而影响了实际的连接质量。无法保障后续运行发电量，成为该工程施工的重点与难点。除此之外，交流与直流线缆的数量较大，加上施工现场的地形相对负责，导致施工过程中的损耗不断增加。加上工期相对紧张，但施工作业面扩散，整体跨度难度大，在施工组织与质量控制上也具有一定的局限性。为保证施工进度通常要采取分区或分段施工的方式，才能保障工程的时效性，如期完成［1］。

3 施工技术与应用

3.1 测量放线

在具体了解施工现场总体布局、工程特点、周围环境后，再进行坐标、闭合导线核算。依据控制点的建筑轴线放置桩位，将桩位放置于中间位置，为避免桩位发生位移，在明确桩基位置后立即展开再次核验，保证桩定位偏差能够在15mm 内。

3.2 土方开挖与回填

在进行开挖过程中需要明确开挖方法以及运输路线，如果在雨季进行施工的情况下，应做好安全施工管理工作，避免雨水冲刷而造成土壤松动，影响后续施工。土方回填施工前需要采取基坑开挖的方式进行表面的清理与验收。在回填面上清除树根或杂草，确保铺面层清洁、平整，严禁出现凹凸不平问题，采取分层碾压的方式，及时排出积水。如果天气较为干燥，则需提前洒水，确保填料含水量合理。当雨量高于60mm 时，不得施工。施工过程中严禁集中分布填料材料大小颗粒，应采取混合搅拌的方式进行填筑［2］。

3.3 技术应用

3.3.1 轴线定位技术

该工程的钻孔灌注预埋桩施工作为光伏系统安装的重要步骤，安装质量与安装水平对支架与组件的安装效果具有重要影响。因此，需要合理安排预埋桩的位置，该工程采用的是阵列布置，以定位基准点和拉线控制为主。通过将线控制转为面控制借助直角三角形两侧垂直原理，使得直角点能够准确定位在预埋桩的上方。将顶点设为起点并将其固定在地面上，保证两排桩全部对齐，使得预埋桩处于同一条轴线中，达到阵列纵向在同一水平线效果。对于三脚架来说，该工程采用的1200mm 的直角三角形，在三角形的斜边采用的是30mm*30mm 的方孔管。支腿的焊接长度为450mm，在加固方面有着良好的表现。

3.3.2 垂直度控制技术

农光互补光伏发电施工主要采用的是支架光伏发电，支架的下方以耕种养殖为主，为确保上述工作能够顺利开展。该工程将支架的高度设置在了3m以上，因此，支架也相对较高。而该种方式的难点在于有效控制垂直度。对于支架来说，垂直度的效果影响了基础钻孔灌注预埋桩的具体垂直度。在进行基础钻孔灌注预埋桩的施工中，采用的是机械钻孔，该机械钻孔的孔径为200mm，孔深为2.5m。镀锌钢管预埋件的外径在85mm 左右。通常情况下，孔内径以及桩外径具有一定的空隙，造成混凝土浇筑定位的不准确［3］。

受到振动因素的影响，混凝土成形后预埋桩的垂直度往往无法达到施工标准，极易对下一工序支架的垂直安装造成不良影响，严重时支架成形效果不佳，但无法进行灵活调整。为避免上述问题的发生，该工程在预埋桩垂直度控制方面，选择了辅助垂直定位工具，采取钻孔内壁以及预埋桩外壁相互支撑的方式，保障预埋桩的垂直度，满足混凝土浇筑要求。该种工具在施工过程中以自上而下套入预埋桩管的模式，当双环组件扁钢支撑件保持与地面平行后，此时的外环以及机械成孔内壁将紧紧贴合在一起，具有校直的作用，提高预埋桩的垂直度。更重要的是，双环组件能够重复性使用，在降低成本方面有着重要意义。与此同时，双环组件的定位预埋桩垂直度控制有助于降低劳动强度，进一步提高劳动效率，合理、科学控制预埋桩的垂直度。该种控制工具是应用钢板并将其制作成内径为220mm、高度280mm 的套筒，外环的内径为85mm、高度为280mm。采用该种制作方法的优势在于内外环同心的情况下，上部与下部的支撑效果良好。外环上部的扁钢长度为45mm。钻孔预埋桩安装允许偏差以及控制效果如表1所示。

表1 钻孔预埋桩安装允许偏差以及控制效果

3.3.3 檩条接头错位技术

农光互补光伏支架的钢管为热镀锌焊接管，尺寸为D76*3.2，主梁尺寸则为SC50*40.2*2*3.5，倾斜角度为35°。檩条以并排的方式安装到主梁位置，斜撑使用的也是热镀锌型钢。在该工程的设计图中将檩条的接头设计成一条线，该种方式容易出现光伏组件的支架受力点相对集中而发生变形的现象。一旦时间变长，投运后的组件将不够平整，后续发电不稳定。因此，经过商议后决定，将原有的并排接头方式改为错位结构，极大提高了支架安装的稳定性和可靠性。由于檩条钢需要从厂家进货，而厂家生产一般采用的是批量生产方式，因此需要提前生产一组支架，并在现场安装，在符合施工要求才能批量生产。在正式进场前还要进行再次验收，分类存放。支架安装的允许偏差以及控制效果如表2所示。

表2 支架安装的允许偏差以及控制效果

3.3.4 防尘帽施工技术

不同的列阵的光伏组件数量为16 块，与此同时，光伏组件的插头为MC4，将其串联后插接头的数量也随之变大。需要注意的是，光伏组件安装时的插头要做好密封工作，使得接头连接更加可靠。该工程前期计划使用薄膜和胶带封装的方式，但经过操作后发现该种方式的保护效果并不理想。因此，经过商议后决定采用专用防尘帽，该种方式经过实验得出能够确保对接插头密封规范、可靠。采用专用防尘帽还能够实现重复性利用。在具体应用前，可依据光伏的组件数量、供货要求以及安装效果适度调节防尘帽的尺寸和规格。具体如图1所示。

图1 光伏组件MC4插头专用防尘帽施工

3.3.5 直流线缆敷设技术

该农光互补光伏发电项目中使用的逆变器都需要连接15 个光伏组串，不同的组串再由16 块光伏组件构成。光伏组串的直流线缆串采用串联方式连接，顺着檩条方向敷设。光伏组件的直流线缆的数量相对较大，因此在施工时以明敷方式为主，该种方式的局限性在于固定点的均匀性无法保证，观感也相对凌乱，在整理过程中花费时间较长，工作人员的负荷也较大。与此同时，方针之间的直流线缆明敷，极易在阳光直射的影响下，绝缘老化速度快，缩短了线缆的使用寿命。

为此，该工程最终选择了直流线缆隐蔽敷设方案，通过转变传统施工工序、优化线路敷设，达到直流线缆保护，延长线路使用寿命的目的。该种施工方案首先需要将线缆敷设在檩条的内部凹槽内，及时调整线缆的敷设以及光伏组件安装顺序，确保檩条外部整洁、干净。不同组串之间以立柱直流光伏线缆为主，依据线缆的具体数量合理选择PVC 管套，线缆的面积不得高于保护管截面积的55%，在穿管保护过程中能够最大程度防止阳光直射影响线缆寿命。与此同时，该种方式避免了因线缆凌乱导致后续光伏发电不稳定。除此之外，在PVC 管适当位置要贴上警示标识，防止PVC 管被破坏，进一步提高施工的品质（如图2所示）。

图2 光伏组件直流线缆PVC管保护

3.3.6 接地工艺安装技术

不同方阵的两端光伏组件和支架檩条使用接地连接，不同的方阵两侧支架立柱和人工接地采用热镀锌扁钢。在实际应用中受到风压影响使得光伏支架与光伏组件发生振动，接地连接将产生环形的补偿余量，接地效果良好。与此同时，在接地两端处选择热缩带进行密封，压接点则为机螺栓，并安装相应的弹簧垫片。支架立柱以及预埋桩的连接处产生的缝隙利用橡胶圈密封，接地扁钢处则做好统一安装，有助于工作人员进行日常的检查。运用双螺栓平垫片弹簧固定，镀锌扁钢表面涂刷相应的标识漆［4］。

3.3.7 交流电定位施工技术

如果电缆在敷设前缺乏合理、科学设计，最终容易造成线缆敷设位置不准确，敷设完成后整体较为杂乱，交叉严重以及损耗过大。为避免上述问题的出现，该工程采用了BIM 技术与工程施工设计图纸相结合，建立精确的模型后，实现了图纸、建模的优化。将每一根的电缆敷设位置进行了精确的编号，再对编号予以细致分类，在正式施工中再未发生电缆交叉、敷设不合理、损耗严重等问题。进一步提升了交流电定位控制水平。

3.4 光功率预测

光功率预测作为光伏发电工程的重要组成部分，能够实现对光伏电站的短期预测、超短期预测的效果。在实际的应用过程中，可将光功率预测系统应用到光伏电站实时数据的采集方面，该种方式有助于降低人工工作量。因此，在开展农光互补光伏发电工程建设时，应注重光功率预测的有效应用，提高光伏的发电量，为发电工程的可持续应用奠定良好的基础。

4 结束语

总而言之，农光互补光伏发电工程有助于改善传统光伏支架低，光伏板下方采光与通风效果不佳的问题，从而影响农作物的生长。而农光互补光伏发电可实现光伏与特色种植相结合，进一步提高资源的利用效率。近年来，新能源得到普遍的开发，光伏发电的应用前景也越来越好。因此，通过对农光互补光伏发电工程的有效研究和探索，创新技术的同时提升了施工效率，保障了施工质量。最大程度实现经济效益与社会效益，极具推广与应用价值。