复合材料光伏支架结构设计及应用

光伏支架作为光伏产业链的配套产品，其安全性、适用性以及耐久性成为光伏系统在发电有效期内安全服役的关键因素。目前我国普遍使用的太阳能光伏支架从材质上分，主要有混凝土支架、钢支架和铝合金支架三种。

● 混凝土支架主要应用在大型光伏电站上，因其自重大，只能安放于野外地基基础较好的地区。且混凝土耐候性较差，经冻融、盐碱等恶劣环境后容易产生开裂，甚至碎裂现象，维修成本较高。

●铝合金支架一般用在民用建筑屋顶太阳能应用上，铝合金具有耐腐蚀、质量轻、美观耐用的特点，但其自承载力低，无法应用在太阳能电站项目上。

●钢支架性能稳定，制造工艺成熟，承载力高，安装简便，广泛应用于民用、工业太阳能光伏和太阳能电站中。但自身重量高，安装不便、运输成本高、且防腐性能一般。

从应用场景来说，滩涂和近海因地势平坦，光照强度大的特点，成为新能源发展新的重要领域，发展潜力大、综合效益高、生态环境友好。

但由于滩涂和近海地区土壤盐碱化严重，土壤中Cl-、SO42-含量非常高，对金属基光伏支架系统的底部和上部结构具有强腐蚀性，传统的光伏支架系统无法满足强腐蚀性环境下光伏电站使用寿命与安全性的要求。

长远来看，随着国家政策和光伏产业的发展，未来海上光伏将成为光伏设计的重要领域。

另外，随着光伏产业的发展，在多组件组装时，载重大给安装带来了较多不便。因此，光伏支架的耐久性和轻量化是发展趋势。

为开发一种结构性能稳定、耐久性和轻量化的光伏支架，以实际建设工程为背景，制备出树脂基复合材料光伏支架。

从光伏支架承受的风荷载、雪荷载、自重荷载及地震荷载入手，通过计算，对支架结构设计中的关键构件、节点进行强度校核。

同时，通过支架系统风洞力学性能测试及支架用复合材料 3000 h 多因子老化特性研究，验证了复合材料光伏支架实际应用的可行性。

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，简称FRP）是一种由高强度纤维（如碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）经树脂固化而成的新型材料，具有更优的工程力学性能和工程使用效果。

1、耐腐蚀。

FRP良好的耐腐材料，对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。

已应用到化工防腐的各个方面，正在取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等。

2、轻质高强。

FRP相对密度在1.5～2.0之间，只有碳钢的1/4～1/5，可是拉伸强度却接近，甚至超过碳素钢，而强度可以与高级合金钢相比。

因此，在航空、火箭、宇宙飞行器、高压器以及在其他需要减轻自重的制品应用中，都具有卓越成效。

某些环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均能达到400Mpa以上。

3、电性能好。

FRP优良的绝缘材料，可以用来制造绝缘体。高频下仍能保护良好介电性。微波透过性良好，已广泛用于雷达天线罩。

4、热性能良好。

FRP热导率低，室温下为1.25～1.67kJ/(m·h·K)，只有金属的1/100～1/1000，是优良的绝热材料。

在瞬时超高温情况下，是理想的热防护和耐烧蚀材料，能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷。

5、灵活性好。

可以根据需要灵活地设计出各种结构产品，来满足使用要求，使产品有很好的整体性。

6、维护性好。

由于耐久性好，在设计年限内基本上是一种免维护的结构。这对保障光伏电站安全和降低维护成本很有意义。

图2-1 FRP拉挤型材

FRP 材料的力学性能如表 2-1 所示。表中的数据是实验研究以及第三方正式材料试验数据的综合平均值。

表 2-1 FRP 材料的力学性能指标

表3-1 玄武岩纤维复合材料光伏支架抗紫外线耐久性能

表3-2 FRP材料的耐腐蚀性指标表

原文始发于微信公众号（艾邦光伏网）：复合材料光伏支架结构设计及应用