光伏阵区基础形式对比研究

何凡

摘 要：光伏阵区是光伏发电系统的核心组成部分，其基础形式对于整个系统的效率和稳定性具有重要影响。为了得出性价比较高的光伏发电区光伏支架基础形式，从6个方面对光伏阵区常用基础形式进行评价。选取较为合适的2种基础类型，从结构耐久性、结构稳定性、环境保护等方面对不同基础类型进行评价，混凝土灌注桩和条形基础的得分分别为54分和52分，远远超过其他基础类型。对比灌注桩与螺旋钢管桩基础的施工成本可知，单个灌注桩与螺旋钢管桩基础的造价分别为307.2元和320.2元。根据光伏阵区共需要桩基础173056个对桩基施工成本进行计算，发现与螺旋钢管桩基础相比，使用灌注桩基础时工程成本降低了173 056元。

关键词：光伏阵区；基础形式；光伏支架；混凝土灌注桩；工程成本

中图分类号：TM615                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2024）05-0103-03

0引言

随着社会对可再生能源需求的日益增长和全球能源结构的转变，光伏发电已成为实现可再生能源利用的重要手段之一，在全球范围内得到了广泛应用[1]。在光伏发电系统中，光伏阵列的基础形式对于整个系统的运行效率、稳定性及使用寿命具有重要影响[2]。但不同地区的光伏电站建设面临着不同的地质条件和环境因素，因此选择合适的基础形式成为光伏电站建设的关键问题之一[3]。

通过对光伏阵区基础形式的对比研究，可以深入了解各种基础形式的优缺点、适用场景及影响因素，有助于在光伏电站建设中选择合适的基础形式，提高光伏发电系统的效率和稳定性，降低建设成本和维护成本[4]。同时还对推动光伏发电技术的发展和应用，实现能源结构的优化和可持续发展，具有重要的现实意义和理论价值。

潘帅等[5]分析灌注桩基础在戈壁滩光伏项目中的施工难点和关键技术，并提出了相应的解决措施。莫桂梅等[6]分析了山地环境中光伏支架PHC桩基础受力特点，并介绍了其关键施工技术。基于此，为了得出既能满足光伏发电区光伏支架承载力要求，又具有经济性的基础形式，本文对光伏阵区常用基础形式进行了介绍，从6个方面对不同基础类型进行评价，并计算了不同基础的工程成本，为类似工程提供指导和借鉴。

1工程概况

某光伏项目场址中心位于东经85°3341”北纬45°5513”附近，场址海拔高程在290～330 m，场址地貌属山前冲洪积平原，场地地形平坦、开阔，自然坡度约3.5%。地貌表现为荒草地，土地类型为未利用地。场址中心距离西侧G217国道约9 km，距离东侧盐湖公路约3 km，交通便利。工程总用地面积约1 007 ha，工程规划建设规模为光伏400 MW/479.41632 MWp+储能80 MW/160 MWh。一期建成，25年年均发电量约为79355.57万kWh。本工程建设1座220 kV升压站、400 MW/479.41632 MWp光伏发电场区及80 MW/160 MWh储能场区，通过1回220 kV线路送出。

光伏发电区间包含128个子方阵，每个方阵由204个电池串组成，每个并联支路由34块540Wp电池组件串联形成，每14～15个电池串经过1台直流汇流箱汇流后形成1个并联支路，每个方阵的安装容量为3745.44kWp，分为 14个并联支路经逆变升压一体机将直流电压逆变为交流35 kV汇集线路出线，逆变器和箱变采用集成一体机设计。光伏组件支架采用固定式，支架结构由主梁、次梁、前后立柱等构成，侧立面结构形式为三角形，按倾斜角度40°设计。

2光伏阵区常用基础形式

光伏阵区基础在光伏电站建设中起着至关重要的作用，其主要功能和作用包括：通过基础的支撑，可以确保地面的平整度，从而提高光伏板的布置效率和整体美观度。光伏阵区基础通过深入土层，使得整个结构的重量得以传递到更深层的土壤或岩石之中，从而起到了承重的作用，确保光伏板的稳固安装。光伏电站设备需要承受冲击风载荷和应变变形，基础可以将这些荷载有效地传递到地基深层，提高了光伏板在强风条件下的稳定性。

目前光伏阵区中常用的基础类型有条形基础、螺旋钢管桩基础、混凝土独立基础、灌注桩基础等，不同基础类型的特点如下。

2.1 条形基础

混凝土条形基础由多个同等宽度的混凝土条组成，宽度通常为20～50 cm，深度为基础底面以下30～60 cm，混凝土条间距通常为1.5～3 m，根据不同的荷载可以适当调整间距。将建筑物的承重墙、柱子等直接放在条形基础上，使其承受建筑的重力以及风荷载下的侧向力。

混凝土条形基础的稳定性较好。由于混凝土条形基础的梁柱直接支撑在基础上，能够更好地分散上部结构的剪力，有助于提高结构的稳定性。混凝土条形基础的施工工艺相对简单，易于操作，且在施工过程中不需要特殊的机械设备。相对于其他基础形式，混凝土条形基础的材料成本和施工成本较低，具有较好的经济性。然而，混凝土条形基础需要良好的地质条件作为支撑，如果地质条件不佳，可能会影响基础的稳定性。混凝土条形基础的施工需要经过多个步骤，包括基坑开挖、垫层施工、钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑等，相对于其他基础形式施工周期较长。

2.2 螺旋钢管桩基础

螺旋钢管桩基础是一种常用于土壤较软或具有一定地下水位的地区的基础工程技术，主要由螺旋钢管桩和连接件组成，通常通过挤压或旋入地下而成为支撑建筑物的稳固基础。在地基较深处螺旋钢管桩的直径逐渐增大，形成一种“扩孔”效应，可以提高桩基在土壤中的抗压和抗拔承载力。

此种基础在安装过程不需要大量的土方开挖，不会产生大量的土方运输，对环境影响小，且施工需要的工具简单，可快速安装，适用于包括软土、淤泥、砂质土等各种地质条件，可以有效改善较差地基条件。螺旋钢管桩可以通过增加桩长和直径来满足不同建筑物的承载需求，具有优良的承载性能，但此类基础用钢量较大，成本较高。

2.3 混凝土独立基础

钢筋混凝土独立基础是将建筑物的基础支撑在独立于地基的根基上的一种构造方式。这种基础通常由钢筋混凝土或砖石材料制成，形状为柱形，用于支撑上部结构，如房屋、桥梁等。此类基础承载能力强、稳定性好、施工工艺简单且成本较低，但同样存在对地质条件要求较高、施工周期长、废料处理困难等问题。

2.4 灌注桩基础

混凝土灌注桩基础是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩基础。此类基础通过桩的承载面积扩大，使得地基承载能力得到有效提升，能够更好地承担上部荷载，保证地基的稳定。通过合理布置桩基，可以分散荷载，减少地基承受荷载的压力，避免因为地基沉降而引起的建筑物下沉和倾斜。混凝土灌注桩用钢量较小，对原有环境破坏程度低，具有确保光伏支架基础稳定和高性价比的优点，因此常用在光伏建设项目中。但此类基础在施工时容易出现断桩、缩颈、混凝土离析和孔底虚土或沉渣过厚等质量问题。

3基础的选择

参考当地施工条件和地质情况，可分两个阶段对光伏阵区桩基础形式的选择分析和评价。其中第一阶段通过半定量评价5种桩基，得出两种合适的桩型。在第二个阶段从经济性的角度，定量对比分析两种桩型的适用程度，选择出更加适合项目的桩型。

在桩基选择的第一阶段里，可从以下6个方面对不同基础类型进行评价，分别为：结构耐久性（抗冻性与抗腐蚀性）、结构稳定性（抗拔、抗压、水平抗位移）、环境保护（不产生大量废弃土、不破坏植被和环境）、经济性（工程成本）、施工进度（能否机械化施工、施工速度）、支架兼容性（维护是否便利、安装是否简单）。在对比评价时共设置4个等级，从低至高分别为4分（比较差）、6分（一般）、8分（良）以及10分（优），不同基础的评价具体情况见表1所示。

经过以上6个方面的比较，可知混凝土灌注桩和条形基础的得分分别为54分和52分，远远超过其他基础类型，表明这2种基础形式更适合光伏支架。

通过第一阶段的评价分析，得出众多基础类型中灌注桩和条形基础较为合适。在第二阶段对比分析上述两种桩的经济性。对螺旋钢管桩基础所需费用进行分析计算，其成本如表2所示，主要包括桩基础加工费、材料费以及安装费用。当前新疆地区的光伏项目还未使用过螺旋钢管桩，因此参考同样高海拔地区的使用螺旋钢管桩的青海某光伏项目的价格进行计算，同时考虑到材料运输距离和施工效率的改变，在上述基础上放大1.2倍。

对钢筋混凝土灌注桩基础所需费用进行分析计算，其成本具体见表3所示，主要包括混凝土材料费、浇筑混凝土的费用、钢筋笼制作费以及机械钻孔费。参考相近县市光伏工程中灌注桩的造价进行计算，鉴于参考项目与本文所研究项目的运输、施工条件大致相同，不再乘以相应的系数。

经过对比上述两种桩的成本，能够得出单个灌注桩与螺旋钢管桩基础的造价分别为307.2元和320.2元；根据光伏阵区共需要桩基础173 056个对桩基施工成本进行计算，得出与螺旋钢管桩基础相比，工程成本在使用灌注桩基础时降低了173 056元，因此灌注桩基础性价比更高。

4结束语

为了得出既能满足光伏发电区光伏支架承载力要求，又具有经济性的基础形式，对光伏阵区常用基础形式进行了介绍，从6个方面对不同基础类型进行评价，初步得出较为合适的2种基础类型，并计算2种基础的施工成本，主要得出以下结论：①从结构耐久性、结构稳定性、环境保护等6个方面对不同基础类型进行评价，混凝土灌注桩和条形基础的得分分别为54分和52分，远远超过其他基础类型，表明这2种基础形式比较适合光伏支架。②对比灌注桩与螺旋钢管桩基础的施工成本可知，单个灌注桩与螺旋钢管桩基础的造价分别为307.2元和320.2元。根据光伏阵区共需要桩基础173 056个对桩基施工成本进行计算，得出与螺旋钢管桩基础相比，工程成本在使用灌注桩基础时降低了173 056元，因此灌注桩基础性价比更高。

参考文献

[1] 马宁.太阳能光伏发电概述及发展前景[J].智能建筑电气技术，2011，5（2）：25-28.

[2] 栾石林，李光明，廖华，等.太阳能山地光伏电站优化设计研究[J].云南师范大学学报：自然科学版，2014，34（5）：25-31.

[3] 闫健，刘健全.大型光伏电站扰动区支架基础选型的探讨[J].太阳能，2013（23）：36-39.

[4] 杨文，田富银.泰国某光伏发电示范工程支架基础选型设计探讨[J].低碳世界，2014（11X）：105-106.

[5] 潘帅，徐涛，唐小钧.戈壁光伏工程中的支架灌注桩基础施工技术[J].四川建材，2023，49（11）：68-70.

[6] 莫桂梅，李杰生，余友谊，等.PHC桩支架结构形式在山地光伏中的应用分析[J].城市建筑，2023，20（20）：177-180.