随着可再生能源需求的持续增长，光伏电站作为清洁能源的重要来源，其发展速度迅猛，对支架结构设计的要求也日益提高。支架结构不仅要保证光伏板的有效安置和光能最大化利用，还要考虑到成本、材料、环境适应性及长期运维的可行性。优化路径的探索涉及结构材料的轻量化、耐久性、成本效益分析以及对极端气候条件的适应性，同时要考虑到大型光伏地面电站的特殊性，结构设计需满足大范围覆盖与高效能转换的双重需求。
一、支架结构设计在大型光伏地面电站建设中的作用分析
支架结构的设计优化不仅提升光伏板的光能转换效率，还直接影响到电站的整体稳定性、可靠性及成本效益[1]。支架结构作为光伏电站的基础组件，承担着将光伏板安置于最佳角度接收阳光的关键任务，同时也必须考虑到抵御风力、雪负荷等自然环境因素的能力，优化的支架结构不仅要确保最大化的日照接收，还要兼顾材料成本、施工便捷性、长期维护简易性以及对环境的最小影响。在可再生能源日益成为全球能源结构中不可或缺的一部分的背景下，大型光伏地面电站的高效运行尤为重要，而支架结构设计的优化则是实现这一目标的关键，随着材料科学、计算力学和环境工程技术的发展，支架结构设计的优化途径日益多样化，对于大型光伏地面电站而言，探索支架结构设计的最佳路径，不仅具有重要的实践意义，也是可持续能源技术发展趋势下的必然要求。
二、大型光伏地面电站支架结构设计的优化路径
（一）材料选择
选材过程中轻质化、高强度、优异抗腐蚀性能成为关注重点，轻质材料有助于减少支架自重，降低地基承载要求，进而减轻整体结构对土地的压力；高强度材料确保结构在承受环境负荷（如风载、雪载）时的稳定性与安全性；在多变的气候与复杂的环境条件下，抗腐蚀性能则是保障长期户外应用的前提[2]。新型复合材料与高性能合金的应用，提升结构的力学性能，还可优化其热膨胀特性、耐磨损性能及抗紫外线能力，延长支架的使用寿命，同时材料的环境友好性方面应符合绿色可持续发展理念。科学的材料选择，通过精准的材料工程分析，有效预测和评估材料在实际应用中的性能表现，确保结构设计的科学性和合理性。考虑到光伏电站规模巨大，材料的供应链管理和成本控制方面，材料的测试与验证、长期性能跟踪评估不可或缺，同时应结合前沿科技，如纳米技术、智能材料等，探索更为先进的材料解决方案。
（二）负载强度分析
负载强度涉及精确计算并优化支架结构以承受各类环境压力，重点在于风载、雪载等自然因素对支架结构的影响，风载分析考虑区域特定的最大风速、风向及其变化规律，确保支架结构能有效抵抗风力造成的侧向压力与扭矩；雪载分析则关注积雪的重量与分布特性，避免积雪引起的结构变形或损坏[3]。地震、温度变化等因素亦需纳入考量，全面评估支架结构的抗震能力，以及温度变化对材料性能和结构稳定性的影响。运用先进的结构分析软件进行模拟成为现代支架设计的标准操作，模拟各种环境条件下的结构响应，提供详细的应力分布、变形情况等数据。结构设计的优化旨在提高抗震和抗风能力，通过调整支架的几何形状、结构布局、连接方式等，实现力学性能的最大化，在此基础上考虑支架结构的经济性。针对不同地理位置和环境条件的特定要求，实施差异化的设计策略，确保每个项目的定制化需求得到满足，结合实地试验与长期性能监测，进一步验证分析结果的准确性。
（三）可调节性
通过动态调整捕捉最大量的太阳辐射，从而最大化光照接收，提高光伏板的发电效率。支架的灵活配置对于应对不同地理位置和环境条件下的特定需求至关重要，增强结构的适应性和应用范围。易于拆装方面的设计考虑，有助于简化维护和升级过程，降低长期运营成本[4]。在优化路径探索中，可调节性的实现依赖于创新的机械设计、精确的控制系统及高效的执行机构，机械设计需确保结构的稳定性与可靠性，同时实现高效率的角度调整。感应器件的应用和数据处理能力的提升，为实时响应太阳轨迹变化提供技术支持，能够保证长期稳定运行，减少故障率，综合考虑结构的力学性能、控制精度与经济性，确保优化方案的可行性与实用性，并进一步通过模拟测试和实地验证，评估可调节性设计在不同环境条件下的性
（四）模块化设计
要求单元应具备标准化尺寸、接口和功能，确保不同模块间的无缝对接与组合，模块化设计需考虑结构整体性能与单元局部性能的协调，保证即便在分散组装的情况下，整体结构依然能够承受设计所需的各类负载。模块化设计还需考虑简化的组装工艺、标准化的连接件和快速拆装的结构设计等，其一关键环节为模块之间的连接方式优化，采用可靠且易于操作的连接技术，确保现场快速组装的同时，保障结构的稳定性和安全性[5]。模块化设计还应包含对未来技术升级和扩展的预见性规划，使得电站在未来技术进步或需求变化时，可通过替换或增加模块来适应，无需对整体结构进行大规模改动，此外模块化设计还需考虑到物流和运输的便利性。在实施过程中，模块化设计应结合具体的光伏电站地理位置、环境条件和运营要求，进行个性化的调整和优化，可通过计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）对模设计方案进行详细的性能模拟和评估。
（五）连接和固定方式的创新
改进支架与光伏板的连接方式，关注于连接部件的材料选择和结构设计，以抵抗各类环境应力，采用高强度、抗腐蚀的连接材料，如特殊合金或高性能复合材料，能显著提升连接部位的耐候性和耐久性，同时优化支架结构中的固定点设计，实现力的均匀分布，减轻单个固定点的应力集中现象。固定点的布局优化能够有效降低因不均匀负载造成的结构损伤风险，提高整体结构的稳定性，在固定方式上采用可调节的固定机制，使得在不同的安装条件下，支架结构可以灵活适应地形变化，同时便于维护和更换光伏板。创新的连接和固定方式还应考虑简化安装流程，采用预装配或快速锁定机制可大幅度缩短安装时间，降低劳动力成本，通过精密的工程计算和先进的设计软件辅助，对连接和固定方式进行优化，可以在保证结构安全的前提下，实现材料和成本的最优化。
三、结语
大型光伏地面电站支架结构设计的优化路径研究，对提升光伏电站的经济性与效能具有重要意义。，本研究提出了一系列优化措施，旨在实现更高效、更经济、更环境友好的光伏电站支架结构设计，一定程度上为光伏电站设计提供了新的思路和方法。
参考文献：
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[2]何荣华,祁俊丰,刘振宇等.高海拔季节性冻土地区光伏支架基础选型设计及施工[J].安装,2023,(S2):166-168.
[3]邓淑丹,林光磊,黄登峰等.光伏跟踪支架风荷载的确定及结构优化设计[J].福建理工大学学报,2023,21(06):558-565.
[4]陈泽兵.关于高效N型组件与柔性支架系统在山地光伏电站的应用[J].价值工程,2023,42(35):144-147.
[5]贾小刚,贺正兴,杨伟华.独立柱式光伏支架结构关键设计参数敏感性分析[J].能源与环境,2023,(03):54-56+77.
