分布式光伏电站支架结构方案比选

引言

随着“双碳”战略的推进，分布式光伏发电因其灵活布局、高效利用等优势在我国能源结构转型中占据重要地位。支架结构作为光伏系统的重要组成部分，其选型直接关系到电站的建设成本、运行效率及使用寿命。当前，光伏支架结构类型多样，如何科学评估并选择最优方案，成为项目设计与实施的关键。本文通过构建评价体系，运用 AHP- 云模型方法对多种支架结构方案进行综合比选，旨在为分布式光伏项目提供合理的结构选型依据。

1 分布式光伏支架结构方案概述

1.1 常见支架结构类型

分布式光伏系统常用的支架结构主要包括固定式支架、可调节倾角支架、跟踪式支架以及近年来逐渐推广的 TPO 轻量化基座。固定式支架结构简单、成本较低，适用于屋顶和地面电站；可调节倾角支架能根据季节优化角度，提高发电效率；跟踪式支架则通过跟踪太阳运行路径提升光照利用率，但成本与维护复杂性较高；TPO 轻量化基座结构则适用于承重较弱的屋顶，具备安装简便、免穿透等特点。

1.2 各结构的施工方法与技术要点

固定式支架的施工通常采用预埋基础或膨胀螺栓固定，工艺成熟但对结构强度要求高。可调节倾角支架需在支撑点设有旋转或滑动部件，施工时需保障调节机构精度与稳定性。跟踪式支架涉及电机驱动与控制系统，施工中需考虑布线与防护。TPO 轻量化基座施工则以模块化安装为主，依靠自重或配重块固定，不破坏屋顶结构，特别适合分布式改造项目。

1.3 不同支架结构的性能对比

从性能角度看，固定式支架稳定性高、维护成本低，但发电效率受角度限制；可调节倾角支架具备一定调节能力，适应性较强，综合性能较为平衡；跟踪式支架效率最高，尤其适用于日照资源丰富的地区，但对风载、系统故障容忍度要求高；TPO 轻量化基座在施工效率、环境适应性及屋面保护方面表现突出，但在大风地区需通过加重等方式提升稳定性。综合来看，各类支架结构适用条件各异，需按项目需求综合评估。

2 方案比选的评价指标体系构建

2.1 评价维度确立：经济效益、环境效益、工程效益

为了全面、系统地衡量分布式光伏支架结构方案的优劣，本文从经济效益、环境效益、工程效益三大维度搭建评价框架，并对各维度内涵进行细化阐释。经济效益不仅关注初期设备采购与施工费用，还考量全寿命周期中的运行维护、折旧税费及发电量收益，强调投资回收期（PP）、净现值（NPV）与内部收益率（IRR）等财务指标的综合表现。环境效益维度则立足“双碳”目标，评估支架生产与安装过程中的碳排放、原材料可再生比例、拆解回收便捷性及对生态景观的扰动程度，同时关注光伏阵列对土地利用率与城市热岛效应的影响。工程效益侧重技术实现层面，涵盖结构强度、抗风抗震性能、组件兼容性、施工工期及运维便捷性等指标，特别强调在复杂屋顶或极端气候条件下的可靠性。三维度互为补充：经济维度保障投资收益，环境维度提升可持续价值，工程维度确保实施可行与安全运营，从而使评价体系既贴合业主与金融机构的关注重点，又兼顾政策导向与长期运行需求，确保支架方案选择过程科学、透明且具备推广性。

2.2 九项关键技术指标的提取与定义

在上述三维度的基础上，本文提取九项具有代表性的关键技术指标：初投资成本、运行维护成本、施工周期、环境适应性、土地占用效率、可回收性、安装难度、安全性能和使用寿命。其中，成本类指标直接影响经济可行性，环境类指标体现可持续发展理念，技术类指标则反映支架系统在工程实施中的具体表现。这些指标均具可量化或可评判的特征，为后续模型应用和方案比选提供明确依据。

2.3 综合评价体系结构图与指标层关系说明

本研究构建的综合评价体系采用典型的三层层次结构模型，包括目标层、准则层和指标层。目标层设定为“分布式光伏支架结构方案优选”，明确整个评价体系的核心导向；准则层划分为经济效益、环境效益和工程效益三个评价维度，分别代表不同角度的关注重点；指标层则细化为初投资成本、运行维护成本、施工周期、环境适应性、土地占用效率、可回收性、安装难度、安全性能和使用寿命等九项关键技术指标。各层级之间逻辑清晰、结构紧凑，上层通过下层指标进行量化支撑，下层指标又根据上层维度进行归类整合。通过绘制评价体系结构图，不仅有助于直观理解指标间的隶属与作用关系，也为后续 AHP 权重计算与云模型融合提供了清晰的数据组织框架，提升了整体模型的科学性和可操作性。

3 AHP- 云模型的评价方法设计

3.1AHP 法概述与指标权重计算过程

AHP（层次分析法）是一种定性与定量相结合的多准则决策方法，适用于结构复杂、难以直接量化的问题。在本研究中，首先构建判断矩阵，通过专家打分法评估各指标相对于上层的相对重要性。随后计算权重向量，并进行一致性检验，确保权重的合理性与可靠性。AHP 法引入人为判断因素，在体现经验价值的同时保证了各评价指标在综合评估中的科学分布。

3.2 云模型基本原理及其在模糊评价中的优势

云模型是一种融合了模糊性与随机性的数学工具，能有效处理定性描述与定量数据之间的转换问题。通过计算期望（Ex）、熵（En）和超熵（He）等参数，云模型能将模糊语言信息转化为具备不确定性的数字特征，表达不同评价值在整体空间中的分布状态。其核心优势在于能够兼顾主观评判与客观误差，适合用于多指标、模糊性强的结构比选问题中。

3.3AHP 与云模型的融合逻辑与评价流程

本文将 AHP 法与云模型结合，构建了一种兼顾权重分配与模糊处理的综合评价方法。首先通过 AHP 法获得各指标的权重，然后在各方案中，对每项指标采用云模型生成其数字特征值。随后利用 Matlab 平台计算综合评价云图，对不同方案进行定性与定量融合的评价。该方法既保留了专家知识的判断价值，又克服了传统评分法的模糊性处理不足问题，提高了结构选型的科学性与准确度。

4 结束语

本文围绕分布式光伏电站支架结构方案的比选问题，构建了涵盖经济效益、环境效益与工程效益三大维度的综合评价指标体系，并引入 AHP- 云模型进行定量与定性的融合分析。通过实例计算与可视化云图比较，验证了 TPO 轻量化基座在特定场景下的优越性，体现了所提方法在实际工程中的应用价值。研究结果为分布式光伏项目的支架结构选型提供了科学依据，也为今后在类似多方案决策中应用多维模糊评价模型提供了理论参考。未来可进一步结合生命周期成本、智能优化算法等因素，提升比选模型的全面性与智能化水平。

参考文献：

[1] 徐冉 .Z 公司 L 分布式光伏电站 EPC 模式项目风险管理研究 [D]. 苏州：苏州大学，2023.

[2] 孙和通 . 分布式光伏电站经济性指标优化分析 [J]. 邮电设计技术，2023（6）：73-79.

[3] 章海灿，杨松，沈道军，等 . 分布式光伏电站的屋面选择与支架结构方案研究 [J]. 太阳能，2016（3）：60-63，55.

[4] 谢玉荣，詹天津，廖强明，等 . 典型屋顶分布式光伏项目开发方案研究 [J]. 节能，2022，41（11）：17-20.

[5] 史媛. 屋顶分布式光伏发电的支架结构设计探究[J]. 电气技术与经济，2022（4）：36-38.