高性能玄武巖纖維復合材料光伏支架

一、玄武巖纖維增強復合材料BFRP型材

（1）玄武巖纖維增強復合材料 BFRP（Basalt Fiber Reinforced Plastic ,簡稱 BFRP）是一種高性能纖維復合材料，主要由玄武巖纖維、樹脂以及添加劑等成分組成。通過拉擠成型工藝，將浸透膠液的玄武巖連續無捻粗紗、氈、帶或布等增強材料，在牽引力的作用下，通過模具加熱擠拉成型、固化，連續不斷地生產長度不限的玻璃鋼型材。

   玄武巖纖維主要起增強作用和受力主體，樹脂主要是粘結、傳遞剪力、保護纖維、對纖維提供橫向支撐的作用。添加劑主要是起改善樹脂的物理、化學性能的作用。按照結構可分為：BFRP型材；BFRP筋材；BFRP管材。

（2）BFRP材料的優勢

1.密度低

BFRP的密度僅為1800～2100kg／m3，為鋼材的23％～27％（鋼材為7850kg/m3)，這個特點使得支架運輸方便、施工便捷、安裝時不需要起重設備，可以大幅降低運輸和施工安裝成本。而本項目在荒山，坡地安裝施工，節省運輸和施工安裝成本更為明顯。

2.強度高

BFRP材料抗拉極限強度為722MMpa,為鋼材的2.15-3.07倍（I級鋼235Mpa，II級鋼335Mp)。若采用等強度截面設計，可以減小型材截面，從而減輕支架重量，進一步降低支架成本。

3.耐腐蝕性好

在PH＝3的硫酸（H2SO4）溶液浸泡60d后（模擬自然條件下耐酸老化30年），強度降低約為7.2％；在PH＝12的NaOH溶液浸泡60d后（模擬自然條件下耐酸老化30年），強度降低約為6.7％；在25℃下水里面浸泡半年后（模擬自然條件下耐潮濕老化50年），強度降低4.34％。用BFRP立柱替螺旋鋼管樁，直接與地下水相接，腐蝕性較強，采用BFRP制立柱可以大大降低地下水對基礎的腐蝕作用，從而極大提高基礎甚至整個結構的使用壽命；用BFRP制結構代替傳統的鋼結構直接暴露于大氣中，可以極大減輕大氣對結構的腐蝕作用，從而提高了結構的使用壽命。

4.抗紫外線能力強

在26℃下，紫外線強度為0.2MJ/（m2.h）下照射5周后（模擬自然條件下紫外線老化30年），強度降低8％左右。如果在GFRP的表面添加一種抗紫外線的保護層，紫外線阻隔率達到99.9％。而結構直接暴露于太陽光的照射下，BFRP材料的強抗紫外線能力也使得結構的使用年限得到大幅延長。

5.可設計性強

BFRP結構可以根據結構性能的不同要求選擇基體和纖維材料及其配方和生產工藝，以滿足對強度、剛度、耐腐蝕、耐紫外線特性、產品色彩等多方面的要求，以充分發揮BFRP比強度高的優點，經濟地使用材料。

6.易于成型

根據實際需求，制作成不同形狀、不同規格的FRP型材。

7.維護性好

由于耐久性好，在設計年限內基本上是一種免維護的結構。這對保障光伏電站安全和降低維護成本很有意義。

二、屋面分布式玄武巖復合材料光伏支架設計

  在屋面增設光伏系統前，應根據建筑物實際情況進行安全性鑒定和加固設計，確保結構的安全使用。

  輕鋼屋面光伏支架通過夾具固定在廠房屋面壓型鋼板凸起的部分上，光伏組件鋪設在支架上部，支架構件玄武巖方形型材,光伏組件與支架通過不銹鋼螺栓連接、支架與壓型鋼板件通過夾具連接；玄武巖型材支架重量比鋼結構支架重量輕，對原廠房結構的安全性影響??；加工、運輸和安裝方便，耐腐蝕和耐候性強。

  光伏支架與屋面壓型鋼板波峰部分采用夾具可靠連接，夾具根據壓型鋼板型號、波峰尺寸及角度設計，與壓型鋼板波峰牢固咬合安裝，安裝方式不影建筑的整體設計和屋面系統結構，不會破壞屋面壓型鋼板結構，多點均勻安裝，使壓型鋼板屋頂受力更加均衡，依屋面現有坡度平鋪的安裝方式。

  施工過程中不應破壞原結構屋面。光伏板的鋪設應考慮女兒墻等影響，且應避開原建筑的伸縮縫位置。支架安裝過程中不應強行敲打，不應暴力擴孔；對熱鍍鋅及鋁合金構件等，現場不宜打孔。為防止緊固件腐蝕，全部緊固件包括螺栓、螺母、墊片等必須采用不銹鋼材質。

三、玄武巖纖維BFRP型材應用及對比

（1）應用領域：

  目前BFRP型材主要用于大棚、太陽能支架兩個方面。針對所處地區（內陸、 沿海地區、灘涂地區等），采用不同的形式。

  大棚支架和不同形式的太陽能支架（獨柱式、雙柱式、斜腿式）,光伏太陽能和大棚支架均已在實際工程中得到了應用。

（2）不同材質太陽能光伏支架的性能

  目前我國普遍使用的太陽能光伏支架從材質上分，主要有混凝土支架、鋼支架和鋁合金支架三種。

  混凝土支架主要應用在大型光伏電站上，因其自重大，只能安放于野外地基基礎較好的地區。且混凝土耐候性較差，經凍融、鹽堿等惡劣環境后容易產生開裂，甚至碎裂現象，維修成本較高。

  鋁合金支架一般用在民用建筑屋頂太陽能應用上，鋁合金具有耐腐蝕、質量輕、美觀耐用的特點，但其自承載力低，無法應用在太陽能電站項目上。

  鋼支架性能穩定，制造工藝成熟，承載力高，安裝簡便，廣泛應用于民用、工業太陽能光伏和太陽能電站中，但自身重量高，安裝不便、運輸成本高、且防腐性能一般。

  玄武巖纖維復合材料太陽能光伏支架，主要由玄武巖纖維體和樹脂制成，其性能參數及優勢如下：

  使用玄武巖纖維復合材料制成的光伏支架變形Z大值3.12mm，鋼材光伏支架變形Z大值為3.37mm，玄武巖纖維復合材料光伏支架纖維方向應力Z大值11.8 MPa，鋼材光伏支架等效應力Z大值58.7MPa，采用玄武纖維巖復合材料光伏支架可達到并超過鋼材光伏支架的剛度，且由于玄武巖纖維復合材料的強度值較高，具有更高的強度裕度。

  對截面形狀為40mmx40mmx4mm的玄武巖纖維復合材料光伏支架型材進行力學性能和抗紫外線耐久性能測試。測試結果表明玄武巖纖維復合材料光伏支架型材的強度遠高于普通鋼材，在紫外線3000h照射下，強度和模量具有較高的保留率，說明該產品具有極好的抗紫外線耐久性能，滿足光伏支架的使用要求。

   同等條件下1套玄武巖纖維復合材料光伏支架的重量為鋼材光伏支架的重量的58.97％，可以極大的減輕重量，降低運輸和安裝成本，玄武巖纖維復合材料的強度約為普通鋼材的4倍，并且具有較高的彈性模量，可以滿足光伏支架的強度和剛度的要求，在紫外線3000h照射下，玄武巖纖維復合材料光伏支架的強度和模量具有很高的保留率，可以滿足戶外耐久性要求，并且降低支架后期維護成本。 

四、經濟性對比分析

  BFRP制光伏支架產品在性能上具有質量輕（為同截面鋁合金2/3, 熱鍍鋅鋼1/4）,強度高（為熱鍍鋅鋼2-3倍）、耐腐蝕、25年免維護等優勢；在價格方面，與鋁合金和鍍鋅鋼結構相比，低3-5萬/每兆瓦，可替代鋁合金和熱鍍鋅鋼在光伏電站結構上的應用。