今天，亞坦新能的光伏技術(shù)工程師陳世文將系統(tǒng)地為大家講解分析支架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性，從而幫助銷售人員在進(jìn)行屋頂排布時能更加精準(zhǔn)的選擇支架系統(tǒng)及整體設(shè)計。

一、支架系統(tǒng)的簡介

太陽能光伏支架系統(tǒng)，是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中為了擺放、安裝、固定太陽能面板設(shè)計的特殊的支架。

支架系統(tǒng)，從材質(zhì)上分，主要有混凝土支架、鋼結(jié)構(gòu)支架和鋁合金支架等三種。

混凝土支架，主要應(yīng)用在大型光伏電站上，因其自重大，只能安放于野外，且基礎(chǔ)較好的地區(qū)，但穩(wěn)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(jié)構(gòu)支架和鋁合金支架。

鋼結(jié)構(gòu)支架性能穩(wěn)定，制造工藝成熟，承載能力高，安裝簡便，防腐性能優(yōu)良，外形美觀獨特的連接設(shè)計，安裝方便快速，安裝工具簡單通用采用結(jié)構(gòu)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(yīng)用上。鋁合金的特點是具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、美觀耐用。缺點則是其承載力低，無法應(yīng)用在太陽能電站項目上。

平屋頂鋁合金支架系統(tǒng)，價格更實惠

鋼結(jié)構(gòu)支架系統(tǒng)，強(qiáng)度更好，

支架系統(tǒng)的設(shè)計要求

1、安全性

結(jié)構(gòu)能承受在正常施工和正常使用時可能出現(xiàn)的各種作用和設(shè)計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后仍能保持必須的整體穩(wěn)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(chǎn)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(zhì)保期限，所以我們支架相對應(yīng)需要同樣質(zhì)保期限要求。結(jié)構(gòu)在正常維護(hù)下，具有足夠的耐久性能，如材料風(fēng)化、老化、腐蝕不超過一定的限度。

二、設(shè)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(tǒng)為例進(jìn)行性能分析。

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

通過將設(shè)計荷載值以及模型引入到數(shù)值軟件中進(jìn)行模擬和分析，最終給出優(yōu)化方案和補(bǔ)強(qiáng)方案。

三、設(shè)計荷載計算

關(guān)于設(shè)計荷載計算主要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)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(biāo)準(zhǔn)組合、 頻遇組合、準(zhǔn)永久組合

(主要考慮基本組合和標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(shù)值軟件中進(jìn)行分析結(jié)構(gòu)性能。

固定荷載(G)組件質(zhì)量(包括邊框)GM +支架自重G2+其他GK2

光伏組件質(zhì)量GM =18.5kg*9.81=181.5N

支架及其他附件結(jié)構(gòu)皆為不銹鋼結(jié)構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)值為200N。

風(fēng)壓荷載(W)

順風(fēng)時作用在垂直作用在PV組件上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 Wk1=345.32N/㎡

逆風(fēng)時作用在垂直作用在PV組件上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Wk=-748.2N/㎡

雪荷載(S)雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值為Wk=-200N/㎡

最終得到兩組數(shù)值，工況1 正風(fēng)組合荷載：F=1321N 工況2 背風(fēng)組合荷載：F=-1520N

四、有限元計算

有限元，利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。

結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析內(nèi)容：強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、疲勞分析與模態(tài)分析。

疲勞分析針對周期性反復(fù)荷載進(jìn)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(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

強(qiáng)度破壞情況

由于剛度不足，產(chǎn)生過大變形

壓桿穩(wěn)定性失效

這三種情況都需要注意和分析。

對于自配重系統(tǒng)而言，首先要對整體穩(wěn)定性進(jìn)行分析，自配重系統(tǒng)屬于基座-地面非固接系統(tǒng)，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(jìn)行抗滑移穩(wěn)定性分析與抗傾覆穩(wěn)定性分析。

通過力學(xué)分析最終得到，并不存在滑移和傾覆危險。

其次對整體系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，主要分析其最大應(yīng)力，最大剪應(yīng)力以及最大變形量，并與采用型材的相應(yīng)的許用應(yīng)力進(jìn)行對比，最終可以得到整體系統(tǒng)滿足強(qiáng)度和剛度要求。

最后對構(gòu)件進(jìn)行受力分析，主要分析其最大應(yīng)力，最大剪應(yīng)力以及最大變形量。同樣可以得出構(gòu)件滿足設(shè)計要求。并分析了前支架超過設(shè)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(xiàn)，而這種情況下并不會使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂，支架可靠性可以保障。

通過對整體及獨立構(gòu)件分別進(jìn)行分析可以得到，設(shè)計支架滿足設(shè)計要求，可進(jìn)行使用。