今天，亞坦新能的光伏技術工程師陳世文將系統地為大家講解分析支架系統的結構性，從而幫助銷售人員在進行屋頂排布時能更加精準的選擇支架系統及整體設計。

一、支架系統的簡介

太陽能光伏支架系統，是太陽能光伏發電系統中為了擺放、安裝、固定太陽能面板設計的特殊的支架。

支架系統，從材質上分，主要有混凝土支架、鋼結構支架和鋁合金支架等三種。

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，且基礎較好的地區，但穩定性高，可以支撐尺寸巨大的電池板。

目前分布式光伏主要用于比較多的是鋼結構支架和鋁合金支架。

鋼結構支架性能穩定，制造工藝成熟，承載能力高，安裝簡便，防腐性能優良，外形美觀獨特的連接設計，安裝方便快速，安裝工具簡單通用采用結構防腐材料的鋼制及不銹鋼零部件，使用壽命在20年以上。

鋁合金支架一般用在民用建筑屋頂太陽能應用上。鋁合金的特點是具有耐腐蝕、質量輕、美觀耐用。缺點則是其承載力低，無法應用在太陽能電站項目上。

平屋頂鋁合金支架系統，價格更實惠

鋼結構支架系統，強度更好，

支架系統的設計要求

1、安全性

結構能承受在正常施工和正常使用時可能出現的各種作用和設計規定的偶然事件發生時及發生后仍能保持必須的整體穩定性。

2、適用性

在正常使用時，具有良好的工作性能。例如不產生影響正常使用的過大變形。

3、耐久性

由于組件有20年的質保期限，所以我們支架相對應需要同樣質保期限要求。結構在正常維護下，具有足夠的耐久性能，如材料風化、老化、腐蝕不超過一定的限度。

二、設計思路與流程

首先，選擇支架方案，本文講師選擇以10度自配重支架系統為例進行性能分析。

然后對支架方案進行荷載評估和荷載組合。通過對以下固定荷載、施工荷載、風荷載和雪荷載進行組合和設計，最后得到設計荷載值。

通過將設計荷載值以及模型引入到數值軟件中進行模擬和分析，最終給出優化方案和補強方案。

三、設計荷載計算

關于設計荷載計算主要依據《建筑結構荷載規范》

1、荷載形式：永久荷載、活荷載、吊車荷載、永久荷載、活荷載、溫度作用、偶然荷載 (主要考慮永久荷載、活荷載、永久荷載、活荷載)

2、組合類型：基本組合、偶然組合、標準組合、 頻遇組合、準永久組合

(主要考慮基本組合和標準組合)

3、荷載等效：等效均布荷載、等效靜力荷載

荷載等效主要將實際理論性集中力通過等效方案，使它作為均布作用荷載進行分析，主要采用等效均布荷載、等效靜力荷載。

將這些荷載綜合考慮，得到危險工況，并將所有危險工況下引入數值軟件中進行分析結構性能。

固定荷載(G)組件質量(包括邊框)GM +支架自重G2+其他GK2

光伏組件質量GM =18.5kg*9.81=181.5N

支架及其他附件結構皆為不銹鋼結構，密度為7850kg/m3

支架重量G2=0.367*9.81=3.6N，G3=0.336*9.81=3.30N

水泥配重壓塊重量Gc=0.82*0.12*0.12*2500*9.81=257.5N

活荷載(L)取集中力作用的活荷載標準值為200N。

風壓荷載(W)

順風時作用在垂直作用在PV組件上的風荷載標準值為 Wk1=345.32N/㎡

逆風時作用在垂直作用在PV組件上的風荷載標準值為Wk=-748.2N/㎡

雪荷載(S)雪荷載標準值為Wk=-200N/㎡

最終得到兩組數值，工況1 正風組合荷載：F=1321N 工況2 背風組合荷載：F=-1520N

四、有限元計算

有限元，利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬。

結構力學性能分析內容：強度、剛度、穩定性、疲勞分析與模態分析。

疲勞分析針對周期性反復荷載進行分析，對于我們光伏支架來說對于疲勞分析要求不高。所以，我們將注重分析強度、剛度、穩定性。

強度破壞情況

由于剛度不足，產生過大變形

壓桿穩定性失效

這三種情況都需要注意和分析。

對于自配重系統而言，首先要對整體穩定性進行分析，自配重系統屬于基座-地面非固接系統，其橫向與豎向約束依靠地面與水泥壓塊之間的摩擦力、重力作用，故要對其進行抗滑移穩定性分析與抗傾覆穩定性分析。

通過力學分析最終得到，并不存在滑移和傾覆危險。

其次對整體系統進行受力分析，主要分析其最大應力，最大剪應力以及最大變形量，并與采用型材的相應的許用應力進行對比，最終可以得到整體系統滿足強度和剛度要求。

最后對構件進行受力分析，主要分析其最大應力，最大剪應力以及最大變形量。同樣可以得出構件滿足設計要求。并分析了前支架超過設計限值的情況只有在極端荷載情況下前支架單獨受到組件作用才會出現，而這種情況下并不會使結構出現斷裂，支架可靠性可以保障。

通過對整體及獨立構件分別進行分析可以得到，設計支架滿足設計要求，可進行使用。