打开文本图片集

摘要：光伏阳光棚不仅可以发电为居民带来收益，还是休憩、聚会、纳凉的绝佳场所，因此越来越多的光伏阳光棚安装在居民家中，市场占有率也是越来越高。但是受到材料规格和安装方式的限制，目前的光伏阳关棚普遍结构比较单一，已经无法满足广大人民日益增长的审美需求和使用需求，且成本较高也是影响其大面积推广使用的一个重要因素。针对现有技术中的不足，本文要解决的技术问题在于研究一种方便安装且提升整体安全性的光伏阳光棚技术。

关键词：光伏技术 阳光棚 光伏组件

前言

现有的光伏阳光棚主要的材料大部分都采用截面规格较大的矩形管或者方管，这样会导致各构件重量较大，而且在安装时大部分采用焊接的方式进行安装，所以安装时由于各构件自身重量较大，加上焊接工艺的不易操作性，导致施工难度较大，从而影响施工效率和施工安全。同时由于横梁采用矩形管或者方管会导致与其相连接组件的连接方式受到极大限制，现阶段采用的是组件压板固定方式，即通过压板加U型螺栓将组件固定在横梁上。此固定方式施工较为繁琐而且极易造成干涉，同时U型螺栓由于本身结构特性，在长时间风振情况下极易出现疲劳断裂现象，影响光伏电站的整体安全性。

1行业现状

在国家能源局出台的《关于建立可再生能源开发利用目标引导制度的指导意见》下，对各个地区的可再生能源发电量提出标准，要在全国发电量中占比9%及以上，并积极构建可再生能源交易机制。这一政策的出台使区域可再生能源企业发电量得到保障，极大地提高了地区可再生能源的利用率1。如今，光伏发电已经渗透到生产生活的方方面面，为经济高质量发展源源不断地注入“绿色”新动能。在过去10多年的迅猛发展中，中国光伏产业的全产业链已完全实现自主知识产权，是中国在未来实现能源革命的重要源动力之一。在“双碳”目标的引领和指导下，中国的光伏产业在技术研发、生产制造、产业规模，以及降低绿色溢价等方面均取得了举世瞩目的成绩。

面对逐年上升的全球温室气体排放量及全球倡导节能减排的大环境，作为当今世界第二大经济体、清洁能源行业的引领者，中国在发展可再生能源技术、实现节能减排，以及控制气候变化等方面均体现出应有的担当与责任2。2020年9月，国家主席习近平在第75届联合国大会上发表重要讲话，郑重承诺中国的二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。“十四五”时期是实现“双碳”目标的关键期和窗口期，要构建绿色、低碳、安全、高效的能源体系，实施可再生能源替代行动，并实现能源体系的节能、减排、环保。当前，光伏发电和风力发电是所有可再生能源发电形式中应用最广泛的两种发电形式，且二者具备互补关系3。

在实现“双碳”目标的新形势下，中国太阳能利用技术和应用场景迎来了新的发展时期。太阳能作为一种可再生能源，主要利用形式除了光伏发电、太阳能热发电、太阳能中低温热利用外，还有光化学、光感应和光生物转化等其他多种利用形式4。分布式光伏发电的开发建设主要是利用农村、牧区、工业园区，以及城市商业区和公共建筑的闲置屋顶，对于人口密集、工商业发达且用电需求高的地区而言，分布式光伏发电是一种不错的绿色能源利用方式，与传统能源相比，能实现节能减排的效果。

2技术方案

本文研究的光伏阳光棚，包括立柱、沿横向并排设置的至少两根纵梁、沿纵向并排设置的至少两根横梁、光伏组件，立柱的上端与纵梁连接，至少两根横梁设于至少两根纵梁上方，光伏组件铺设于横梁上，横梁为几字梁且口部朝上，横梁的口部两侧折边采用第一螺栓与光伏组件的边框固定，横梁连接有与纵梁抱合固定的螺栓抱紧组件。

螺栓抱紧组件包括设于横梁内侧的第一加固件、设于纵梁下侧的第二加固件以及并排设于纵梁横向两侧的两个第二螺栓，第二螺栓的上端连接第一加固件、下端连接第二加固件。第一加固件和第二加固件均为U型型材，纵梁为方管型材，立柱为方管型材。设有连接至少两根立柱的横向支撑，立柱与纵梁焊接，横向支撑与立柱焊接。纵梁沿斜向延伸；立柱、纵梁和横梁均为锌铝镁材质；立柱、纵梁和横梁均为一体挤压成型结构。

3技术优势

（1）横梁采用几字梁结构，强度不变的情况下重量更轻，并且还方便了与各构件进行连接，更易于安装；其中，光伏组件通过第一螺栓直接与横梁的口部两侧折边连接，两侧折边保证了对光伏组件具有较大的支撑面积，再加上第一螺栓的紧固，提升了结构强度和光伏组件整体安全性；横梁和纵梁采用螺栓抱紧组件将纵梁牢固抱紧，不仅方便安装，而且以此保证整体结构强度。

（2）纵梁横向两侧的两个第二螺栓，上端与横梁内侧设置的第一加固件连接，下端与纵梁下侧设置的第二加固件连接，从而将纵梁牢固抱紧，不仅方便安装，而且保证了横梁与纵梁之间的结构强度。并且可以提高几型钢横梁的强度和稳定性，从而减小横梁材料规格，进一步降低成本。由于纵梁、横梁和光伏组件之间采用螺栓连接方式，此种连接方式相比于传统的焊接方式，施工更便捷，连接强度更大，而且有利于后期光伏组件安装调整。

（3）第一加固件和第二加固件均为U型型材，一方面可以保证与横梁和纵梁的接触面积，另一方面也方便与第二螺栓连接。纵梁和立柱均为方管型材，方管型材具有重量轻且强度高的优点。纵梁沿斜向延伸，使光伏组件沿一个斜面设置，以朝向南方迎着阳光设置，并且也方便排水。还设有连接至少两根立柱的横向支撑，使多个立柱连接成一个整体，以增强整体结构强度。

（4）横梁、纵梁与光伏组件采用螺栓连接，另外，立柱与纵梁焊接，横向支撑与立柱焊接，该光伏阳光棚整体上采用螺栓连接和焊接配合使用，优化了施工流程，提高了施工效率。立柱、纵梁和横梁均可以采用成熟的挤压成型工艺进行大批量生产，这样可以使其成本更低。立柱、纵梁和横梁均为锌铝镁材质，成本较低，并且防腐性能优异，强度大，使用寿命长。

4实施方式

参照图1所示，一种光伏阳光棚，包括立柱4、沿横向并排设置的至少两根纵梁1、沿纵向并排设置的至少两根横梁2、光伏组件3。其中，立柱4的上端与纵梁1连接，至少两根横梁2设于至少两根纵梁1上方，光伏组件3铺设于横梁2上。

如图2所示，横梁2采用几字梁且口部朝上，横梁的口部两侧折边采用第一螺栓21与光伏组件的边框31固定。相比于用现在的光伏压块或者光伏背压板安装组件，此种方式安装简单、可靠性强，充分利用光伏组件边框自身的高强度特性，大幅提升了光伏电站的整体安全性。另外，横梁2连接有将纵梁1抱合固定的螺栓抱紧组件。螺栓抱紧组件包括设于横梁2内侧的第一加固件11、设于纵梁1下侧的第二加固件12以及并排设于纵梁1横向两侧的两个第二螺栓13。第二螺栓13的上端连接第一加固件11、下端连接第二加固件12。光伏组件3通过第一螺栓21直接与横梁的口部两侧折边连接；横梁和纵梁采用螺栓抱紧组件将纵梁牢固抱紧。纵梁横向两侧均设置第二螺栓13，并且横梁内侧设置第一加固件11、纵梁下侧设置第二加固件12与第二螺栓13连接，可以将纵梁牢固抱紧，保证了横梁与纵梁之间的结构强度。

如图3所示，第一加固件11和第二加固件12均为U型型材。纵梁1为方管型材。立柱4为方管型材。立柱的底部可以设置支撑底板，增大与地面的接触面积，并且支撑板底板可以连接螺栓进行固定。还可以设置连接至少两根立柱的横向支撑5。具体可以是纵向两侧的部分立柱由横向支撑5连接起来，也可以是所有立柱均由横向支撑5连接起来。立柱4与纵梁1焊接，横向支撑5与立柱4焊接。这样，该光伏阳光棚整体上采用螺栓连接和焊接配合使用，主体结构采用焊接形成，光伏组件安装部分采用螺栓安装，优化了施工流程，提高了施工效率。另外，为了方便排水，纵梁沿斜向延伸，使光伏组件沿一个斜面设置，以朝向南方迎着阳光设置，并且也方便排水。

结语

现阶段大多数光伏阳光棚构件材料成本较高，也是影响光伏阳光棚大面积推广的一个重要因素。本文研究中，立柱、纵梁和横梁均为锌铝镁材质。不仅材料成本较低，并且防腐性能优异，强度大，使用寿命长。通过降低成本和延长使用寿命，对于光伏阳光棚的大面积推广使用具有重要意义，因此，本文研究的一种方便安装且提升整体安全性的光伏阳光棚易受到广泛推广。

参考文献：

[1]齐磊，赵巍，孙孝峰，李昕，翟燕飞.基于双重稳定约束的屋顶光伏逆变器分布式阻尼重构方案[J/OL].高电压技术：1-19[2023-06-14].DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.20221566.

[2]张维佳.光伏为经济高质量发展注入“绿色”动能[N].中国电子报，2023-06-09（001）.

[3]叶伟.光伏行业正站上“时代C位”[N].中国高新技术产业导报，2023-06-05（012）.DOI：10.28264/n.cnki.ngjcd.2023.000410.

[4]李明东，李婧雯.“双碳”目标下中国分布式光伏发电的发展现状和展望[J].太阳能，2023（05）：5-10.DOI：10.19911/j.1003-0417.tyn20220314.01.