Полное руководство по системам крепления солнечных батарей: от типов и выбора до новых тенденций развития отрасли
На волне трансформации глобальной энергетической структуры в сторону чистоты и низкого уровня выбросов углерода генерация солнечной энергии стала ключевой новой энергетической отраслью, развиваемой в различных странах благодаря своим преимуществам возобновляемых ресурсов и нулевым выбросам загрязняющих веществ. Являясь основной опорной конструкцией системы производства солнечной энергии, система крепления солнечных батарей напрямую определяет стабильность установки, эффективность выработки электроэнергии и срок службы фотоэлектрических модулей. В этой статье будет глубоко проанализирован основной компонент системы солнечных панелей - система крепления солнечной конструкции, основное внимание будет уделено характеристикам и применению ключевых компонентов, таких как наземные крепления для солнечных батарей и монтажные кронштейны для солнечных батарей, подробно объяснены преимущества комплекта системы солнечных панелей, представлены научные рекомендации по выбору и установке и, наконец, рассмотрены будущие направления развития отрасли.
I. Солнечная система крепления: «несущий каркас» системы солнечных панелей.
Эффективная работа системы солнечных панелей неотделима от стабильной опорной конструкции. Система крепления солнечной конструкции представляет собой основной узел, соединяющий фотоэлектрические модули и фундамент установки. Его основная функция — зафиксировать солнечные панели в заданном положении (земля, крыша, поверхность воды и т. д.), обеспечить, чтобы модули получали солнечный свет под оптимальным углом, и противостоять воздействию природных сил, таких как ветер, дождь, снег и землетрясения.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2024 году мировая установленная фотоэлектрическая мощность превысила 1,5 тераватт, при этом рыночный масштаб системы крепления солнечных конструкций достиг 32 миллиардов долларов США, что составляет 15-20% от общей стоимости системы производства солнечной энергии. Качественная система крепления позволяет не только повысить эффективность выработки электроэнергии фотоэлектрических модулей на 2-5%, но и продлить срок службы системы до более чем 25 лет; наоборот, некачественные крепления могут вызвать деформацию и смещение модулей и даже привести к несчастным случаям, приводящим к огромным экономическим потерям.
К основным компонентам системы крепления солнечной конструкции относятся монтажные кронштейны для солнечных батарей, направляющие, соединители, компоненты фундамента и т. д. Среди них монтажный кронштейн для солнечной батареи, являющийся ключевым компонентом для непосредственного крепления фотоэлектрических модулей, его материал и конструктивная конструкция напрямую влияют на общую производительность монтажной системы. В настоящее время основные системы крепления можно разделить на три категории в зависимости от сценария установки: крепления на земле, на крыше и на поверхности воды. Среди них наземное крепление для солнечных батарей имеет широкий спектр применения и гибкую установку, что составляет более 60% применений на крупных фотоэлектрических электростанциях.
II. Анализ основных продуктов: от типов креплений до системных комплектов
(I) Наземное крепление солнечной батареи: предпочтительное решение для крупных электростанций
Солнечные наземные крепления — это системы крепления, устанавливаемые непосредственно на фундамент, подходящие для открытых территорий, сельскохозяйственных угодий, бесплодных гор и других сценариев, особенно для крупномасштабных централизованных фотоэлектрических электростанций. Его основные преимущества заключаются в регулируемых углах установки и гибком расположении модулей, которые могут оптимизировать угол наклона в соответствии с местной широтой для максимального использования солнечных ресурсов.
По конструктивной форме наземные крепления для солнечных батарей в основном делятся на два типа: крепления с фиксированным наклоном и следящие крепления. Крепления с фиксированным наклоном имеют простую конструкцию и низкую стоимость, а модули устанавливаются под заданным фиксированным углом, что подходит для проектов с ограниченным бюджетом и равнинной местностью; В следящих креплениях используется система с приводом от двигателя, которая заставляет модули вращаться в реальном времени в соответствии с углом азимута Солнца, а их эффективность выработки электроэнергии на 15–20 % выше, чем у фиксированных креплений. Однако они имеют более высокую стоимость и сложное обслуживание и в основном используются в проектах с обильными солнечными ресурсами и высокими требованиями к эффективности производства электроэнергии.
Что касается выбора материала, монтажные кронштейны солнечных батарей для наземных креплений в основном изготавливаются из алюминиевого сплава, горячеоцинкованной углеродистой стали и нержавеющей стали. Крепления из алюминиевого сплава легкие, устойчивы к коррозии и обладают хорошими характеристиками обработки, что делает их пригодными для влажных и дождливых регионов; Опоры из углеродистой стали, оцинкованной горячим способом, обладают высокой прочностью и высокой несущей способностью, имеют умеренную стоимость и в настоящее время являются наиболее широко используемыми материалами; Крепления из нержавеющей стали обладают превосходной коррозионной стойкостью, но имеют высокую стоимость и в основном используются в прибрежных районах с высоким содержанием соленых брызг или в проектах в особых условиях.
На примере централизованной фотоэлектрической электростанции мощностью 50 МВт в этом проекте используются наземные солнечные крепления с фиксированным наклоном, изготовленные из горячеоцинкованной углеродистой стали. Угол наклона креплений устанавливают 30° в зависимости от местной широты и закрепляют их через бетонные ленточные фундаменты. Это не только противостоит воздействию тайфунов локального уровня 12, но и обеспечивает годовую выработку электроэнергии в 68 миллионов кВтч, что на 3 миллиона кВтч больше, чем традиционная монтажная система.
(II) Монтажный кронштейн для солнечной батареи: «Соединительная сердцевина» монтажной системы
Монтажные кронштейны для солнечных батарей — это компоненты системы крепления солнечных батарей, которые непосредственно фиксируют фотоэлектрические модули. По функциям их можно разделить на боковые зажимы, средние зажимы, регулируемые кронштейны и т. д. Боковые зажимы используются для фиксации краевых положений модулей, средние зажимы используются для соединения двух соседних модулей, а регулируемые кронштейны используются для точной настройки угла установки и горизонтального положения модулей, чтобы обеспечить аккуратное расположение модулей и равномерное восприятие нагрузки.
Высококачественные монтажные кронштейны для солнечных батарей должны отвечать трем требованиям: во-первых, соответствовать стандартам прочности, чтобы выдерживать вес модулей, ветровые и снеговые нагрузки, а также сейсмические силы; во-вторых, сильная совместимость для адаптации к фотоэлектрическим модулям разных размеров и толщины; в-третьих, коррозионная стойкость и долговечность, а процесс обработки поверхности должен соответствовать требованиям длительного использования на открытом воздухе. В настоящее время основные методы обработки поверхности включают горячее цинкование, анодирование и порошковое покрытие. Среди них срок коррозионной стойкости кронштейнов из горячеоцинкованной углеродистой стали может достигать более 20 лет, а поверхность кронштейнов из анодированного алюминиевого сплава имеет более высокую твердость и ее нелегко поцарапать.
На практике выбор монтажных кронштейнов для солнечных батарей должен соответствовать характеристикам модуля и сценариям установки. Например, при установке фотоэлектрических модулей большого размера (182 мм, 210 мм) необходимо выбирать более толстые средние зажимы с большей несущей способностью; при установке на крыше следует использовать легкие боковые зажимы из алюминиевого сплава, чтобы уменьшить нагрузку на крышу.
(III) Комплект системы солнечных панелей: удобный выбор для небольших проектов
Комплект системы солнечных панелей представляет собой полный набор систем, который объединяет солнечные панели, системы крепления солнечных конструкций, инверторы, кабели и другие компоненты, специально разработанные для распределенных фотоэлектрических проектов, таких как домашние хозяйства и небольшие дома. Его самым большим преимуществом является «единая закупка и надежная установка», которая избавляет пользователей от необходимости самостоятельно подбирать компоненты и значительно снижает сложность выбора и установки.
Стандартный комплект системы солнечных панелей обычно включает в себя: 2–20 фотоэлектрических модулей (мощностью 200–400 Вт на модуль), соответствующие монтажные кронштейны для солнечных батарей (крышного или наземного типа), 1 инвертор, кабели и разъемы, инструменты для установки и т. д. В зависимости от различных сценариев установки его можно разделить на две категории: комплекты для крыши и комплекты для заземления. В кровельных комплектах используются облегченные крепления, которые фиксируются на несущей конструкции крыши с помощью дюбелей, не повреждая гидроизоляционный слой кровли; В комплекты для заземления входят простые наземные крепления для солнечных батарей, подходящие для участков небольшой площади, таких как семейные дворы и балконы.
Если взять в качестве примера проект бытовой фотоэлектрической системы и выбрать комплект солнечной панели мощностью 5 кВт, который включает в себя 12 фотоэлектрических модулей мощностью 410 Вт, крепления на крыше из алюминиевого сплава, инвертор мощностью 5 кВт и полный набор аксессуаров, цикл установки занимает всего 2-3 дня, что экономит 50% затрат времени по сравнению с установкой компонентов, приобретенных отдельно. В то же время комплекты, предоставленные производителями брендов, прошли тестирование на совместимость, что привело к более высокой совместимости системы и повышению эффективности выработки электроэнергии на 3–5% по сравнению с самоподходящими системами.
(IV) Система крепления солнечной конструкции: комплексное решение для адаптации к полному сценарию
Система крепления солнечной конструкции представляет собой комплексное решение, охватывающее проектирование, производство и установку крепления. В соответствии с различными сценариями установки форма конструкции может быть соответствующим образом оптимизирована. В дополнение к основным наземным и кровельным системам он также включает в себя специальные типы, такие как системы монтажа на водной поверхности, агроэлектрические системы монтажа и монтажные системы BIPV (встроенные в здание фотоэлектрические системы).
Система крепления к водной поверхности устанавливается в водных акваториях, таких как озера и водохранилища, а солнечные панели и крепления поддерживаются плавучими телами, которые не занимают земельные ресурсы и могут уменьшить испарение воды, что делает ее подходящей для районов с ограниченными земельными ресурсами; агривольтаическая система крепления имеет конструкцию с высоким креплением, и под креплениями можно сажать сельскохозяйственные культуры, реализуя трехмерную сельскохозяйственную модель «выработка электроэнергии вверху и земледелие внизу» и улучшая комплексный коэффициент использования земли; Система крепления BIPV интегрирована с фасадом здания и конструкцией крыши, выступая одновременно в качестве строительного материала и системы выработки электроэнергии, сочетая эстетику и практичность.
Например, «агривольтаическая» фотоэлектрическая электростанция использует систему крепления солнечной конструкции высотой 3 метра. Под горами высаживают овощи и китайские лекарственные материалы, обеспечивая годовую выработку электроэнергии в 120 миллионов кВтч, одновременно стимулируя рост доходов окружающих фермеров, реализуя беспроигрышную ситуацию с экономическими и социальными выгодами.
III. Научный выбор и установка: ключ к улучшению производительности системы
(I) Руководство по выбору систем крепления солнечных конструкций
Выбирайте в соответствии с масштабом проекта: для крупных централизованных электростанций предпочтительны наземные крепления для солнечных батарей (отслеживающие или с фиксированным наклоном) в сочетании с креплениями из горячеоцинкованной углеродистой стали для баланса стоимости и производительности; для распределенных бытовых проектов рекомендуется использовать комплекты систем солнечных батарей, чтобы упростить процесс установки; для небольших строительных проектов в зависимости от условий крыши можно выбрать крепления на крыше или небольшие крепления на земле.
Выбирайте в зависимости от условий установки: в прибрежных районах следует выбирать крепления из нержавеющей стали или анодированного алюминиевого сплава, оснащенные монтажными кронштейнами для солнечных батарей с высокой ветроустойчивостью; в заснеженных районах следует выбирать высокопрочные крепления, способные выдержать снеговую нагрузку; при монтаже крыши следует учитывать несущую способность крыши и отдавать предпочтение легким креплениям из алюминиевого сплава.
Выбирайте в зависимости от условий освещения: в районах с обильными солнечными ресурсами можно выбрать наземные крепления для отслеживания солнечной энергии, чтобы максимизировать преимущества выработки электроэнергии; в местах с общим освещением для снижения затрат достаточно креплений с фиксированным наклоном.
(II) Точки установки и меры предосторожности
Строительство фундамента: Для фундамента солнечных наземных опор следует выбирать бетонные фундаменты, спиральные свайные фундаменты или сборные свайные фундаменты в соответствии с геологическими условиями, чтобы гарантировать прочность фундамента и избежать осадки; Перед установкой креплений на крышу следует проверить несущую способность крыши, а гидроизоляционный слой хорошо защитить от протечек воды.
Сборка крепления: соберите монтажные кронштейны и направляющие для солнечной батареи в соответствии с чертежами, чтобы убедиться, что разъемы затянуты плотно, а погрешность контролируется в пределах ± 2 мм; При установке модулей следует использовать специальные зажимы, а усилие должно быть умеренным, чтобы не раздавить стекло модуля и не деформировать алюминиевую раму.
Регулировка угла: для креплений с фиксированным наклоном угол наклона должен быть точно отрегулирован в соответствии с местной широтой (обычно широта ±5°); для отслеживающих креплений система с электроприводом должна быть отлажена для обеспечения точности отслеживания; после установки следует проверить плоскостность модулей, чтобы избежать влияния на эффективность выработки электроэнергии из-за неравномерного наклона.
Послетехническое обслуживание: регулярно проверяйте затяжку монтажных кронштейнов солнечной батареи и своевременно заменяйте ржавые или поврежденные детали; для гусеничных опор регулярно смазывайте двигатель и очищайте направляющие от мусора, чтобы обеспечить плавную работу.
IV. Тенденции развития индустрии солнечных систем крепления
(I) Технологическая модернизация: параллельное развитие интеллекта и легкости
С развитием фотоэлектрических модулей в сторону больших размеров и высокой мощности система крепления становится более интеллектуальной и легкой. С одной стороны, интеллектуальные системы крепления объединяют датчики и модули Интернета вещей, которые могут отслеживать такие данные, как скорость ветра, интенсивность освещения и температура модуля, в режиме реального времени, а также автоматически регулировать угол крепления для оптимизации эффективности выработки электроэнергии; с другой стороны, применение новых материалов, таких как композиты из углеродного волокна и высокопрочные алюминиевые сплавы, снижает вес крепления более чем на 30%, сохраняя при этом высокие прочностные характеристики.
Например, предприятие выпустило интеллектуальное наземное крепление для солнечной энергии, которое использует алгоритмы искусственного интеллекта для прогнозирования траектории солнца и заранее регулирует угол модуля, повышая эффективность выработки электроэнергии еще на 5% по сравнению с традиционными отслеживающими креплениями; кронштейны для крепления солнечных батарей из углеродного волокна имеют вес всего лишь 1/4 от веса углеродистой стали, но несущая способность увеличивается на 20%.
(II) Зеленое развитие: материалы для защиты окружающей среды и переработка
Следуя цели «двойного углерода», отрасль предъявляет все более высокие требования к защите окружающей среды монтажных систем. С одной стороны, доля применения экологически чистых материалов, таких как переработанные алюминиевые сплавы и перерабатываемая углеродистая сталь, постоянно увеличивается; с другой стороны, модульная конструкция стала тенденцией, а систему крепления можно разбирать и перерабатывать, чтобы сократить потери ресурсов. Кроме того, в производственном процессе пропагандируются экологически чистые процессы для снижения энергопотребления и выбросов загрязняющих веществ, например, замена традиционных процессов цинкования технологией пассивации без хрома для уменьшения загрязнения тяжелыми металлами.
(III) Интегрированная интеграция: интеграция с накопителями энергии и интеллектуальными сетями.
В будущем система крепления солнечной конструкции перестанет быть единой опорной конструкцией, а станет комплексной энергетической платформой, глубоко интегрированной с системами хранения энергии и интеллектуальными сетями. Например, аккумуляторные батареи встроены в фундамент крепления для хранения электрической энергии; через модуль беспроводной связи на креплении данные о выработке электроэнергии передаются в диспетчерский центр интеллектуальной сети в режиме реального времени для снижения пиковых нагрузок, заполнения впадин и подачи электроэнергии по требованию.
(IV) Модель рынка: взрывной спрос на развивающихся рынках
Поскольку глобальная фотоэлектрическая промышленность перемещается на развивающиеся рынки, спрос на системы крепления солнечных конструкций в Юго-Восточной Азии, Африке, Южной Америке и других регионах быстро растет. В большинстве этих регионов тропический и субтропический климат, где предъявляются повышенные требования к коррозионной стойкости и стойкости к ветровым нагрузкам креплений. В то же время они предпочитают наземные крепления для солнечных батарей с фиксированным наклоном и комплекты систем солнечных панелей с более низкой стоимостью. Отечественные предприятия, опираясь на преимущества полной производственной цепочки, ускоряют свое размещение на развивающихся рынках и способствуют международному развитию систем крепления.
V. Заключение
Производительность системы крепления солнечной конструкции, являющейся основной опорой системы солнечных панелей, напрямую связана с преимуществами и безопасностью проектов по производству солнечной энергии. Наземные крепления для солнечных батарей стали основным выбором для крупных электростанций благодаря их гибкой адаптируемости; кронштейны для крепления солнечных батарей, как ключевые компоненты, определяют устойчивость креплений; Комплекты систем солнечных панелей обеспечивают удобные решения для небольших проектов. В практическом применении научный выбор и стандартизированная установка являются ключом к обеспечению эффективности монтажной системы, а внимание к отраслевым тенденциям в области интеллекта, экологизации и интеграции поможет понять основное направление промышленного развития.
В будущем, благодаря постоянным инновациям в технологиях и повышению рыночного спроса, системы крепления солнечных батарей будут развиваться в направлении более высокой эффективности, большей защиты окружающей среды и большего интеллекта, обеспечивая надежную поддержку устойчивого развития глобальной солнечной промышленности. Будь то крупные энергетические предприятия или обычные бытовые пользователи, выбор высококачественной системы крепления солнечных батарей является разумным выбором для реализации использования чистой энергии и снижения затрат на электроэнергию.
