地面光伏系统是大型光伏项目的核心组成部分。从公用事业规模电站的数十兆瓦到商业和工业项目的数百千瓦，支撑光伏组件的安装结构是系统的“骨架”。安装结构的设计质量直接影响项目的安全性、能源效率和投资回报率。

然而，地面安装式太阳能系统会受到风、雪、地震和土壤状况等各种自然因素的影响。设计不良的安装系统可能会在极端天气下倾覆，在积雪压力下变形，或因地基不稳而下沉。

合理的设计能够确保系统的长期稳定性，避免因环境因素造成的故障或损失。

本文重点介绍影响地面安装式太阳能系统性能的三个关键设计因素：

  1. 风荷载：如何评估风的影响并设计抗风结构
  2. 荷载：如何处理积雪、自重以及其他静态和动态荷载
  3. 地形适应性：如何适应不同的地形挑战

本指南提供了一种系统的设计方法，帮助您为地面安装式太阳能项目做出明智、可靠的决策。

风荷载：评估和抗风设计

1. 什么是风荷载？

风荷载是指风对结构施加的压力或吸力。对于太阳能安装系统而言，风荷载是影响结构稳定性的最关键环境因素之一。

风荷载的大小取决于：

  • 基本风速：项目所在地的历史极端风速（通常基于 50 年或 100 年重现期）
  • 安装面面积：组件和安装系统的迎风面积
  • 风向：当风垂直吹向组件表面时，产生的压力最大。
  • 安装高度：安装高度越高，风速越大。
  • 地形地貌：开阔地带、山区和城市地区的风况各不相同

2. 风荷载如何影响地面安装式太阳能系统

反应类型表现潜在后果
倾覆风险风会产生倾覆扭矩，导致系统倾覆。系统完全故障
滑动风险水平风会使安装系统在地面上滑动。光伏组件位移，电缆应变
结构变形风力会导致柱子弯曲或梁扭曲。光伏组件微裂纹，跟踪系统卡滞
连接失败螺栓连接在风荷载波动下会松动或断裂。部分组件脱落，连锁反应损伤
共振疲劳风致振动会导致结构疲劳长期累积性损害

重点关注领域：

  • 沿海地区（台风和飓风频发）
  • 山地风廊（文丘里效应引起的风速放大）
  • 开阔平原（由于缺乏障碍物，风速很高）

3. 风荷载的关键设计考虑因素

• 风荷载计算

标准：

  • 中国：GB 50009《建筑结构设计规范》
  • 国际标准：欧洲规范 1 (EN 1991-1-4)、ASCE 7（美国）

计算步骤：

  1. 确定项目地点的基本风速（或基本风压）
  2. 调整地形、高度和粗糙度以确定风压高度变化系数
  3. 计算作用于模块和安装系统的风荷载标准值
  4. 采用极限状态设计方法进行荷载组合设计

• 优化安装角度和形状

设计策略效果适用场景
减小倾斜角度减少迎风面积，降低风荷载高风区，低倾斜设计
优化布局边缘风荷载较高，建议采用更密集的支撑。所有项目
气流设计在钢轨之间加装导流板，以降低风压集中度。大型阵列

• 附加支撑结构

措施说明适用场景
高密度立柱减小柱间距以提高整体刚度高风区，大跨度
增加斜撑在立柱和横梁之间形成稳定的三角形结构所有项目
增加地基深度提高抗倾覆力矩能力高风区
桩基础加固使用更大直径或更深的桩。松软土壤 + 高风区
重量设计在基础上增加混凝土配重非穿透式基础

专家建议：

  • 正常风区（基本风压≤0.35 kN/m²）：标准设计即可。
  • 高风区（0.35–0.5 kN/m²）：增加立柱密度，加固支撑
  • 台风区（>0.5 kN/m²）：需采用专门的抗风设计，必要时考虑进行风洞试验。

荷载：了解雪荷载和自重的影响

1. 太阳系统中的负载有哪些？

载荷是指作用在太阳能安装系统上的力，可分为以下几类：

负载类型定义来源
静载荷（恒载）长期恒定负荷组件自重、安装结构重量
动态负荷（活负荷）随时间变化的负荷风荷载、雪荷载、地震荷载
施工荷载安装和维护期间的临时负荷工人、工具、设备

2. 载荷如何影响地面安装式太阳能系统

负载类型影响
组件自重确定柱梁截面尺寸
雪载荷增加垂直荷载，影响安装强度和基础抗压能力
风荷载产生水平力和倾覆力矩，影响基础拔出力。

• 雪荷载具体细节

积雪负荷是寒冷地区太阳能系统的一个关键因素：

问题说明
积雪如果组件倾斜角度较小，可能会积雪，从而增加负载。
分布不均风可能会导致阵列边缘或局部区域积雪。
融化后再冷冻融化的雪水在低温下重新冻结，增加负荷。
滑动冲击积雪滑落可能会损坏模块或附近设备。

• 土壤承载力影响

土壤类型承载能力基础设计影响
岩石极高浅基础，可靠锚固
密实的沙/砾石高标准桩基础
粘土（硬塑料）中等必须控制沉降
软粘土/淤泥低加大地基尺寸或更换土壤
填土低至不均匀需要进行专门调查

3. 载荷的关键设计考虑因素

• 负荷计算

雪荷载计算（依据GB 50009/欧洲规范1）：

  1. 确定基本雪压（50 年重现期）
  2. 考虑屋顶坡度效应（组件倾斜角度对积雪系数的影响）
  3. 考虑风对积雪分布的影响（分布不均因素）
  4. 计算标准雪荷载值

负载组合：

  • 基本组合：1.2 × 自重 + 1.4 × 雪荷载或风荷载（较大者）
  • 极端组合：考虑同时发生的风雪荷载条件

• 基础设计

负载条件推荐的基础类型解释
低负荷，良好的基础螺旋桩安装快捷，成本低
中等负荷预制混凝土桩标准化、良好的质量控制
高荷载、软土基础钻孔灌注桩承载能力强，沉降量低
高荷载、岩石地基锚杆基础利用岩石容量

• 组件布局和倾斜角度优化

策略效果适用场景
增加倾斜角度促进积雪脱落积雪较厚地区（建议倾斜角度≥25°）
优化阵列间距避免雪从前排飘到后排大雪地区
加装防雪屏障控制积雪脱落路径底下是一些重要设施

地形：适应土地的自然特征

1. 地形如何影响地面安装式太阳能系统？

不同的地形会直接影响安装系统的设计。海拔变化、土壤条件和排水特性都会影响稳定性、基础设计和安装成本。

地形类型主要挑战设计影响
平原均匀风荷载，排水简单的基础设计
坡地稳定性、土壤侵蚀可调节安装方式，阶梯式布局
山地/丘陵地形崎岖，施工困难。定制设计，模块化布局
软土/沼泽承载力低，沉降特殊基底
岩石地面基础工作难度很大锚杆基础

2. 地形类型及其对设计的影响

• 平原

特征：

  • 地形平缓，海拔变化小
  • 简易的基础设计和施工
  • 适用于标准化和大规模系统

设计要点：

  • 重点关注风雪荷载均匀性
  • 使用标准布局方案
  • 简易排水设计

合适的解决方案：标准固定式安装座，单轴跟踪系统

• 坡地

特征：

  • 倾斜角度的地面
  • 需要考虑沿坡向的稳定性
  • 土壤侵蚀风险

设计要点：

  • 使用可调节支架以适应坡度
  • 沿等高线铺设，以最大限度减少土壤移动
  • 增加防滑措施（例如，防滑齿、防滑块）
  • 增设排水沟以防止水土流失

技术参数：

  • 坡度小于 15°：通常使用可调节支架即可。
  • 坡度 15–30°：定制设计，阶梯式布局
  • 坡度大于30°：施工成本显著增加，需要进行特殊评估

• 不规则地形（丘陵、起伏地带）

特征：

  • 显著的高程变化
  • 分散的地块，难以连续排列
  • 建筑挑战

设计要点：

  • 详细的地形测量和三维建模
  • 散点图采用模块化设计。
  • 基础设计必须考虑地质变化
  • 优化电缆布线以适应地形

应避免的常见设计错误

1.低估高风区风荷载

症状： 所有项目均采用相同的抗风设计参数，而未根据当地风速进行调整。

后果： 在高风速地区，可能导致安装系统故障或结构损坏。

正确方法： 根据项目所在地50年一遇的基本风压进行计算，并在高风速地区增加支撑。

2. 忽略土壤承载力

症状： 未进行土壤勘测，且采用标准地基设计。

后果： 地基沉降、安装系统倾斜、组件受力不均。

正确方法： 进行场地岩土工程勘察，并根据土壤承载力设计地基。

全面设计，实现最佳性能

地面安装式太阳能系统的可靠性始于对关键设计因素的全面考虑。

三大核心设计要素概述

因素核心考量设计策略
风荷载风速、风向、地形的影响增加立柱密度，增加支撑，加深地基
雪荷载/自重雪压、土壤承载力增大倾斜角度，优化基础设计，荷载组合
地形适应坡度、海拔变化、土壤条件可调节支架、定制地基、阶梯式布局

SOEASY 地面安装解决方案

作为专业的太阳能支架系统供应商，SOEASY 提供涵盖各种地形和负载条件的完整解决方案：

  • 标准产品线：固定倾斜支架、可调倾斜支架、单轴跟踪系统
  • 地形适应性：适用于平坦、倾斜、山地、松软土壤和岩石地形
  • 风雪设计：根据风雪压力定制设计
  • 基础类型：螺旋桩、预制桩、钻孔灌注桩、锚杆基础、配重基础
  • 全生命周期服务：从地形勘测、荷载计算、结构设计到安装指导。

无论您的项目位于沙漠平原、丘陵地形还是沿海大风区，SOEASY 都能为您提供最合适的地面安装式太阳能解决方案。

常见问题

地面安装式太阳能系统在风荷载设计中需要考虑的关键因素是什么？

地点的基本风速和地形类型是风荷载计算的关键因素。

积雪负荷如何影响地面安装式太阳能系统？

雪荷载会增加垂直压力，影响系统的强度和基础承载力。

地形因素对地面安装系统设计有何影响？

设计地基和安装系统时，必须考虑坡度、土壤类型和排水特性。