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概要：结合工程实例，研究了在复杂水域地形条件下的漂浮式水面光伏支架组件安装技术，具体包括方阵入水技术、柔性连接技术、水上位置调整与固定技术等，有效解决了水上安装光伏支架组件因无固定操作平台导致的安装困难问题。经实施，该技术具有工序合理、操作简便、质量可靠、安全性高等优点，可有效缩短工期，节约施工成本，经济效益显著。
漂浮式水面光伏是指在水塘、小型湖泊、水库、蓄水池等水面建立漂浮式光伏电站，该类型项目施工无固定操作平台且受浮力影响很大。水面光伏充分利用水域资源，解决了传统光伏发电占地面积大的问题，在生产清洁能源的同时，通过减少水面蒸发量，从而保护水资源，达到水利、电力、农业资源综合利用的效果[1-4]。
一 项目背景
1.1 项目简介
广西右江鱼梁库区里拉沟水面光伏项目位于广西百色市田东县右江鱼梁库区消落区里拉沟，安装容量为33 MW，采用单块光伏组件容量（峰值功率）345 W、360 W及370 W共计92 370块，采用水面漂浮式光伏支架结构。项目建成后年均发电量约为3 100万 kW·h，年均发电收入约2 600 万元，与同容量燃煤发电厂相比，相当于每年节约标准煤消耗10 167 t，每年减轻排放温室效应性气体二氧化碳25 231 t，成为广西最大的水面光伏电站。
1.2 施工特点
相较于传统地面光伏项目，水面光伏项目施工具有以下特点：工程所在地为狭长水域，水深为1.5～5.5 m不等，地形复杂；水上无法安装固定的操作平台，水面作业工效低；施工过程受雨季大风暴雨影响大，安全性较差。如何有效解决以上难题，快速有效地完成水面光伏方阵安装是本工程面临的大难题。
二 施工方案分析
传统的水面光伏安装施工技术为：在岸上组装浮筒后，用船拖至指定水域固定，然后在水上进行支架组件安装。此做法存在诸多弊端：支架组件水上运输费用高，效率低；作业人员水上材料搬运难度大，易因操作不当导致材料掉入水中，材料损耗率高；施工作业面窄，水上作业安全隐患大，质量管控难，且施工进度缓慢，施工管理成本高。
经多次试验以及不断改进，项目部研发了“漂浮式水面光伏支架组件安装施工技术”，解决了在水上安装光伏支架组件难的问题，有效节约了施工成本，缩短了工期，并取得了良好的经济效益。
三 工艺原理及关键技术
3.1 工艺原理
漂浮式水面光伏支架系统由浮筒与线槽构成底座网，并在底座网上部安装下座及支撑，光伏组件固定安装在下座及支撑上。施工时先水上安装浮筒固定锚，然后岸上安装光伏阵列支架组件，移动光伏阵列入水，最后在水上拼装光伏方阵并进行就位固定。该技术将传统水上单件散拼支架组件的方法转变为先在岸上分单元安装阵列光伏组件，再在水上组装光伏方阵的施工模式，省去了水上操作平台搭设工序，避免了因水波及作业人员操作晃动导致安装质量偏差大的问题。
3.2 关键技术
1）岸上预制技术：所有支架组件安装均在码头施工平台上进行组装，施工快速高效。
2）方阵入水技术：以小阵列为单元，每完成一阵列安装后便将北侧浮筒推入水中，然后在南侧浮筒上连接安装下一阵列，如此依次安装入水，既节省施工场地，又解决了因光伏方阵结构大以至于整体结构入水难的问题。
3）柔性连接技术：南北方向线槽之间、东西方向下座之间以及锚链与方阵之间均采取柔性连接方式，缓解水面波动和水位升降对方阵的冲击。
4）方阵水上位置调整与固定技术：拉动锚链即可调整方阵位置，利用RTK-GPS定位仪进行方阵定位调整，定位后调整锚链长度，按设计要求设置余量，保证方阵在最高水位和最低水位间安全漂浮。
四 施工工艺及操作要点
4.1 基本工艺流程
基本工艺流程为：施工前准备→锚安装施工→施工平台搭设→浮筒与线槽拼接→组件安装→方阵阵列入水→水面方阵拼接→方阵定位固定。
4.2 操作要点
4.2.1 施工前的准备
1）作业人员进场，进行必要的施工前工作。
2）检查施工机械是否性能良好，并进行维护；测量设备是否进行检定，并在有效期内。
3）熟悉安装图纸，编制施工组织设计，准备好相关技术文件，并对施工人员做好质量和安全技术交底等工作。
4）施工所用材料已进场，质量证明书齐全有效，进货验收合格。
4.2.2 锚安装施工
锚为长1.5 m、宽1.5 m、高0.66 m的混凝土块，有一对边安装锚爪，采用工厂预制方式。锚安装于水底，分布在水上光伏方阵四周，用链条与方阵支架相连接，达到固定方阵的目的，如图1所示。
图1 单个光伏方阵锚分布示意
锚安装施工基本流程为：锚倒运→吊装上船→水上定位→锚安装。水上定位是锚安装施工的关键工序，本技术采用RTK-GPS定位仪进行水上定位，可保证定位快速、精准。
如图2所示，锚呈直线且平均分布在方阵四周，因此可按直线方向上同一排锚进行安装施工。准备两艘小船，首先在一端根据锚坐标定位后固定一艘小船，再沿锚安装方向定位另一端锚坐标，并固定另一艘小船，两艘船拉线，用RTK-GPS配合安装船沿线进行锚安装作业。
图2 锚安装施工示意
锚安装时，链条一端固定在锚爪上，另一端应绑扎在竹子或浮球上，使其能够漂浮在水面上，便于方阵拼接施工。
4.2.3 施工平台搭设
水上操作局限性很大，本技术将支架组件拼装安排在码头的施工平台上完成。施工平台长4 m、宽8 m，用脚手架管搭设，脚手架管上部平铺模板平台，下部绑扎2排废油桶保持浮力。平台四角安装4根立杆，立杆可以防止平台偏移，也可以根据水位调整平台高度。
施工平台搭设时，应保证东西方向水平，南北方向可成倾角，靠水的北侧模板浸没水中，便于方阵阵列入水操作。施工平台搭设如图3所示。
4.2.4 浮筒与线槽拼接
施工时，应从北向南安装。先将2个浮筒用3根线槽连接，3根线槽分别穿过浮筒的3个预留孔，两端安装线槽连接件，使整体成为一个框架结构底座，如图4所示。从第2个框架结构底座开始，只用3根线槽和1个浮筒拼接，将线槽前端与前一个框架结构线槽连接件拼接，如图5所示。
4.2.5 组件安装
一个水上漂浮方阵可细分为南北方向若干列，每列由若干小阵列拼接而成，每个阵列可安装6块光伏组件（即3块×2行）。
图3 施工平台搭设示意
图4 北侧第1排浮筒与线槽拼接形式
图5 第2排起浮筒与线槽拼接形式
因此，组件安装最小单元为一个小阵列拼装，具体操作步骤为：
1）将3块光伏组件背面朝上并排放在浮筒上，组件前端安装下座，后端安装支座，采用螺栓紧固方式连接。
2）将组件翻转，使其正面朝上，调整下座和支座到线槽北侧指定位置并用螺栓紧固，前排组件安装完成。
3）重复前两步操作继续安装后排组件，根据施工电气接线图要求连接组件MC4接插件。
组件安装操作应注意：
1）拼接前用自制模尺先在线槽上标记下座及支座的位置，自制模尺由1根20 mm×20 mm方管及其上部点焊扁铁块制作而成，模尺长度与两浮筒间距一致（图6）。
图6 模尺制作
2）放置光伏组件前应在浮筒上铺一层垫层，防止组件刮伤，垫层为厚的包装纸皮或者泡沫板。
3）组件与下座螺栓固定时，应保证组件外框线与下座边框线重合；下座及支座固定时，应严格按照标记线固定。组件之间东西方向和南北方向水平度应符合要求。
4）螺栓紧固应牢固可靠，避免因水面波动而造成螺栓松动。
4.2.6 方阵入水
一个阵列安装完成后，将阵列北侧浮筒推入水中，南侧浮筒留置在施工平台上，继续进行下一个阵列拼装，如图7所示。
图7 方阵入水示意
4.2.7 水上方阵拼接
一个水上漂浮式支架组件方阵由若干个南北方向的阵列拼接而成。通常，组件从靠岸一侧的阵列开始依次拼接。首先，用船只将阵列拖至预定区域，在阵列前部、中部及尾部均安排作业人员，保证拖动过程浮筒、支架及组件不受损坏；阵列到达指定位置后，作业人员先将南北两侧线槽连接件固定在锚固件的链条上，防止阵列漂移；最后将东西方向每一排组件下座连接，电气作业人员进行组串接线施工。
由于阵列本身很长，且受风力和水流影响，水上拖动阵列施工时，极易发生阵列摆动，从而造成阵列碰撞。因此，本技术在方阵水面拖动操作时采用两艘带动力小船联合拖动的方法，效果十分显著。具体做法为：前部小船为主动力船，向前拖动阵列，在阵列尾部横向设置另一艘小船，负责阵列的左右方向的控制，如图8所示。
图8 光伏阵列拖动示意
4.2.8 方阵定位固定
锚固件是漂浮式水上方阵唯一固定点，锚固件分布在方阵四周并沉于水底，与方阵采用链条连接的方式。锚链设置余量，保证单个方阵在一定范围内漂浮且避免相互碰撞。因此，水上方阵拼接完成后需进行方阵的定位固定。
首先根据设计图纸确定方阵4个角的坐标，采用RTKGPS定位仪定位配合作业人员拖动链条使方阵移动，直至方阵4个角位置与图纸坐标点位置重合；然后将4个角链条拉紧，使方阵固定不动；再依次调整方阵四周所有链条长度使其达到设计要求；最后将4个角链条长度调整至设计要求，至此完成对方阵的定位固定施工。
定位固定时需注意：
1）方阵必须拼装完成，且锚固件及链条没有缺失现象。
2）进行方阵定位固定时应先测量确定水位标高，根据水位标高确定链条余量。
3）方阵四角链条应同时收紧，收紧后应进行坐标复核，防止收紧过程中方阵漂移。
4）链条余量严格按设计要求设置。
五 质量控制措施
5.1 锚安装施工质量控制要点
1）锚定位若位于岸边且地表面不平整，为保证锚上方水深达到设计要求，需向下挖坑，水深≥3 m，坑的大小以能满足锚放置为准。
2）锚定位放置水平偏差为±0.8 m，倾斜角度≤5°，水平旋转偏差≤10°。
5.2 支架组件安装质量控制要点
1）组件必须由两人一次一块进行搬运，在搬运过程中要轻拿轻放，避免受到大的振动而造成组件隐裂；施工中严禁踩踏及用其他锐器敲打、碰撞组件，以免损坏组件。
2）螺栓连接必须牢固可靠，避免因水面流动导致螺栓松脱。
3）组件南北向倾斜角度为13°，偏差＜1°。组件固定时，下座边沿、支座边沿应与组件边沿重合，避免出现组件东西向倾斜。
4）下座及支座严格按标记固定，偏差≤10 mm，标记用的模尺定期进行复核，避免偏差过大产生方阵组件错口现象，影响整体观感。
5）进行水上拖运时阵列前后受力点不少于2个，拖运应缓慢平稳，避免发生碰撞。
六 总结
广西右江鱼梁库区里拉沟水面光伏项目采用漂浮式水面光伏支架组件安装施工技术，通过岸上组装水上就位，成功解决了水上光伏项目支架组件安装难题，保证了整个光伏组件支架系统的稳定性和强度，施工简单，灵活性高，有较好的经济效益，可在类似工程中推广应用。
下一步需要探索和研究如何解决锚固件安装进度、水上定位稳定性、方阵水面临时固定以及交流电缆桥架柔性连接等方面的不足，完善漂浮式水面光伏支架组件施工技术。
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