Giới thiệu
Với sự phát triển nhanh chóng của ngành năng lượng mới trong những năm gần đây, nguồn lực đất đai để lắp đặt hệ thống điện mặt trời ngày càng khan hiếm. Để tối đa hóa việc sử dụng hiệu quả các hệ thống PV trong các tình huống ứng dụng khác nhau, Hệ thống lắp đặt PV linh hoạt đã nổi lên như một giải pháp sáng tạo.
Nguyên tắc làm việc
Nguyên tắc cốt lõi của hệ thống hỗ trợ linh hoạt PV nằm ở việc xây dựng một "hệ thống cân bằng lực căng", đạt được sự hỗ trợ ổn định thông qua lực căng dự ứng lực và cấu trúc lưới cáp không gian. Quá trình làm việc của nó có thể được tóm tắt trong ba điểm:
- Cố định nền móng: Cọc bê tông hoặc cột kết cấu thép được lắp đặt ở hai đầu khu vực thi công làm điểm cuối cố định của hệ căng. Trong một số trường hợp phức tạp, thanh neo và dây văng được thêm vào để nâng cao hiệu quả neo.
- Cấu trúc căng: Các sợi thép cường độ-cao và các vật liệu linh hoạt khác được căng và cố định giữa các điểm cuối. Ứng suất trước được áp dụng thông qua quy trình căng phân loại để tạo thành kết cấu chịu tải ổn định-, với độ lệch lực căng được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi Nhỏ hơn hoặc bằng 5%.
- Lắp đặt mô-đun: Mô-đun quang điện được cố định trên cáp-chịu tải thông qua các kẹp đặc biệt để tạo thành một mảng tích hợp. Cấu trúc lưới cáp có thể biến dạng nhẹ do những thay đổi của môi trường (chẳng hạn như sự giãn nở và co lại của nhiệt độ, tác động của gió), phân tán ứng suất trong khi vẫn duy trì tư thế ổn định của các mô-đun để tránh hư hỏng cấu trúc.
Thiết kế này phá vỡ các giới hạn về khả năng chịu tải-của các giá đỡ cứng, đạt được hiệu quả "linh hoạt với độ cứng". Nó có thể hấp thụ năng lượng tải bên ngoài thông qua biến dạng linh hoạt và duy trì sự ổn định tổng thể thông qua khóa ứng suất trước, dẫn đến khả năng chống rủi ro tốt hơn trong môi trường khắc nghiệt.
Các yếu tố kỹ thuật chính
1. Lựa chọn vật liệu lõi
Vật liệu là nền tảng của hiệu suất hỗ trợ linh hoạt, đòi hỏi sự cân bằng về độ bền, khả năng chống chịu thời tiết và đặc tính nhẹ. Cáp chịu tải-chủ yếu sử dụng các sợi thép mạ kẽm cấp 1860MPa hoặc các sợi thép epoxy điền đầy-các sợi trước giúp kiểm soát chi phí, trong khi sợi sau cung cấp khả năng chống ăn mòn tuyệt vời cho môi trường-sương muối cao và-độ ẩm cao. Kẹp mô-đun được làm bằng polyme chịu được thời tiết-hoặc thép không gỉ 316 để đảm bảo không bị lão hóa hoặc nứt trong quá trình sử dụng-lâu dài. Hệ thống neo chọn các thanh neo cốt thép có gân (đối với các kịch bản trên đất liền thông thường) hoặc các gân tổng hợp bằng sợi bazan (đối với các kịch bản{11}}ăn mòn cao ngoài khơi) dựa trên ứng dụng, cân bằng độ bền và khả năng chống ăn mòn.
2. Công nghệ kiểm soát ứng suất
Dự ứng lực là sự đảm bảo cốt lõi cho sự ổn định của hệ chống đỡ, đòi hỏi thiết kế và thi công chính xác. Một quy trình căng cáp được áp dụng để dần dần tạo lực căng theo nhiều giai đoạn, cân bằng động ứng suất của lưới cáp và tránh giãn cáp hoặc đứt cáp do tập trung ứng suất cục bộ. Trong khi đó, thiết bị chuyên nghiệp được sử dụng để giám sát độ căng của cáp trong thời gian thực-, với các điều chỉnh động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ môi trường để đảm bảo độ lệch độ căng không vượt quá ngưỡng thiết kế trong suốt vòng đời và duy trì hình dạng hình học ổn định của giá đỡ.
3. Thiết kế tối ưu hóa kết cấu và chống gió
Để giải quyết những thách thức về tải trọng gió trong các môi trường khác nhau, các trụ đỡ linh hoạt áp dụng thiết kế tổng hợp gồm "mạng cáp không gian + hệ thống cản gió". Cáp chính chịu tải chính theo hướng đông-tây, trong khi các-cáp chống gió linh hoạt-liên hàng và các giàn ngang được thêm vào theo hướng bắc-nam để tạo thành hệ thống cân bằng ứng suất ba-chiều. Đã được xác minh bằng các thử nghiệm trong hầm gió (tốc độ gió thử nghiệm thường vượt quá 46m/s), việc tối ưu hóa đặc tính giảm chấn của lưới cáp có thể chống lại bão hoặc gió giật mạnh cấp 12-17 một cách hiệu quả, tránh va chạm mô-đun và các vết nứt nhỏ. Ngoài ra, thiết kế nhịp lớn giúp giảm số lượng cọc (số lượng cọc sử dụng trên mỗi MW có thể giảm từ 329 xuống 64), giảm thiểu hư hỏng địa hình và chi phí xây dựng.
4. Công nghệ hệ thống neo
Hệ thống neo là chìa khóa để truyền lực căng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn chung của hệ thống đỡ. Trong số các sản phẩm thanh neo, thanh neo thép HPB300 có độ giãn dài thấp, lắp đặt thuận tiện, phù hợp với môi trường đất khô. Các sợi thép không liên kết mạ kẽm dùng cho cáp văng được ưa chuộng hơn cho các dự án ngoài khơi và ven biển do khả năng chống ăn mòn tuyệt vời của chúng. Công nghệ then chốt nằm ở việc xử lý kín-chống ăn mòn các neo và cáp, đảm bảo không rò rỉ hoặc ăn mòn trong môi trường có độ ẩm-và sương mù muối cao-cao, đồng thời kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Kịch bản ứng dụng
1. Vùng đồi núi phức tạp
Hỗ trợ linh hoạt có thể thích ứng với địa hình có độ dốc trên 40 độ. Thông qua bố cục theo độ dốc và sự sắp xếp linh hoạt, có thể đạt được phạm vi bao phủ toàn bộ mô-đun mà không cần san lấp mặt bằng rộng rãi. Trong Dự án huyện Huaneng Qin ở Sơn Tây, các trụ đỡ được điều chỉnh theo độ nhấp nhô của sườn đồi, cải thiện đáng kể mật độ bố trí ván trên một đơn vị diện tích. Dự án Lanzhou Honggu ở Cam Túc giảm thiểu kỹ thuật nền móng thông qua thiết kế- nhịp lớn, tối đa hóa khả năng bảo vệ các địa hình sinh thái mỏng manh.
Kịch bản tích hợp "PV+"
PV+Nông nghiệp: Với nhịp lớn 33m, thiết kế trần cao 5,5m, có thể xây dựng trên đất nông nghiệp, vườn cây ăn quả, nhà kính trồng nấm. Dự án Huadian Yichuan ở Thiểm Tây hiện thực hóa sự phối hợp giữa "PV+apple", duy trì độ truyền ánh sáng của quả táo trên 70% và đảm bảo cải thiện kép sản lượng nông nghiệp và lợi ích phát điện.
PV+Fishery: Thích hợp cho các tình huống ao cá ven biển và nội địa, thiết kế chống bão- và cách bố trí khoảng không cao không chỉ đảm bảo an toàn cho các cơ sở PV mà còn không ảnh hưởng đến hoạt động đánh bắt cá. Dự án thủy sản Wenchang 100MW PV{4}}ở Hải Nam đạt được "không thiệt hại" khi có cơn bão cấp 17 và Dự án Qingyuan ở Quảng Đông cũng làm giảm lượng nước bốc hơi trong ao cá.
PV+Trồng cây thuốc: Dự án Yimen ở Vân Nam đã dựng lên các trụ đỡ phía trên các khu vực trồng thuốc thảo dược Trung Quốc, thực hiện "phát điện trên các tấm pin và trồng cây dưới các tấm pin" và thúc đẩy-sự tích hợp sâu của năng lượng mới và nền nông nghiệp đặc trưng.
3. Các khu vực đặc biệt và nhạy cảm về mặt sinh thái
Ở những khu vực dễ bị tổn thương về mặt sinh thái như sa mạc và Cao nguyên hoàng thổ, các giá đỡ linh hoạt giúp giảm việc đào cọc và hư hại bề mặt. Môi trường vi mô-được hình thành dưới các tấm quang điện làm giảm sự bốc hơi nước và bảo vệ sự phát triển của thực vật. Trong các tình huống như khu vực dịch vụ đường cao tốc và sườn dốc, thiết kế nhịp rộng 15-35 mét-có thể thích ứng với các không gian như bãi đỗ xe, trạm sạc và trạm chuyển đổi, giúp xây dựng "khu vực dịch vụ không thải carbon".
Xu hướng ngành và tình trạng thị trường
1. Tăng trưởng thị trường bền vững Ngành công nghiệp hỗ trợ linh hoạt PV toàn cầu đang trải qua thời kỳ phát triển nhanh chóng. Dự kiến tổng giá trị sản lượng sẽ đạt tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 8,2% từ năm 2025 đến năm 2031, vượt 5,796 tỷ đô la Mỹ vào năm 2031. Là thị trường sản xuất và ứng dụng lớn, nhu cầu thị trường của Trung Quốc tiếp tục mở rộng nhờ phát triển quang điện miền núi và các chính sách "PV+", với thị phần của các doanh nghiệp hàng đầu ngày càng tăng.
2.Định hướng đổi mới công nghệ
- Tích hợp tính linh hoạt và theo dõi: Kết hợp công nghệ theo dõi thông minh với các hỗ trợ linh hoạt để đạt được khả năng theo dõi năng lượng mặt trời ±60 độ. Dự án Kubuqi ở Nội Mông đã tăng sản lượng điện hàng năm lên 12,3% so với cơ cấu cố định, thích ứng với cơ chế "giá điện thung lũng-cao điểm" để cải thiện lợi ích.
- Nâng cấp thông minh: Tối ưu hóa các chiến lược theo dõi và kiểm soát căng thẳng thông qua thuật toán AI để nâng cao khả năng thích ứng trong thời tiết khắc nghiệt và giảm chi phí vận hành và bảo trì.
- Lặp lại vật liệu: Sử dụng lớp phủ magiê-nhôm-magiê, vật liệu hỗn hợp bazan, v.v., để giảm hơn nữa việc sử dụng thép, cải thiện khả năng chống ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của các giá đỡ.
3.Sự bố trí của các nhà sản xuất lớn Hiện nay, thị trường đang hình thành mô hình cạnh tranh với sự tham gia của các doanh nghiệp Trung Quốc và nước ngoài. Các nhà sản xuất quốc tế bao gồm Schletter Group và ESDEC, trong khi các doanh nghiệp hàng đầu trong nước bao gồm Longi Green Energy Technology, Trina Solar và Arctech Solar. Trong số đó, Longi Green Energy Technology giữ vị trí dẫn đầu trong các dự án PV{3}}ngư nghiệp và miền núi với công nghệ chống bão-và các giải pháp-kịch bản đa dạng.
Phần kết luận
Với logic cốt lõi là "cấu trúc linh hoạt + cân bằng lực căng", các hỗ trợ PV linh hoạt phá vỡ các hạn chế của các hỗ trợ PV truyền thống về địa hình và không gian, hiện thực hóa nhiều giá trị về "an toàn và độ tin cậy, giảm chi phí và cải thiện hiệu quả cũng như thân thiện với môi trường". Đặc điểm của chúng là nhịp lớn, khoảng trống cao và khả năng thích ứng mạnh mẽ không chỉ mở rộng ranh giới của các ứng dụng quang điện mà còn thúc đẩy-sự tích hợp sâu của năng lượng mới với nông nghiệp, ngư nghiệp và bảo vệ sinh thái, trở thành công nghệ hỗ trợ quan trọng trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng.
Với sự lặp lại của công nghệ vật liệu và nâng cấp thông minh, các hỗ trợ linh hoạt sẽ đóng vai trò lớn hơn trong các lĩnh vực như phát triển "sa mạc, Gobi và sa mạc", quang điện ngoài khơi và cải tạo dự án hiện có, tạo động lực bền vững cho sự phát triển-chất lượng cao của ngành quang điện. Trong tương lai, các mô hình ứng dụng đa dạng tập trung vào hỗ trợ linh hoạt sẽ tiếp tục giải phóng giá trị đất, giúp đạt được sự phát triển phối hợp về năng lượng và sinh thái theo mục tiêu "cacbon kép".
Từ khóa
Hệ thống lắp đặt quang điện linh hoạt,kịch bản tích hợp ứng suất trước,"PV+",PV+Ngư nghiệp,PV+Trồng thuốc,tương lai năng lượng mặt trời linh hoạt ở Châu Âu,sự khác biệt giữa hệ thống lắp đặt theo dõi và nghiêng cố định cho năng lượng mặt trời
