1.光伏電站的特點和光伏支架設(shè)計難度
1.1光伏電站特點。在實際中不難發(fā)現(xiàn)，光伏電站建設(shè)除需要巨額資金、人力物力外，還需要綜合考慮各方面因素，比較常見的是：地形因素、太陽能豐富程度等。眾所周知，光伏電站建設(shè)地區(qū)大多是石漠化嚴重的山地，加上其地表凹凸不平，使其在安裝光伏組件過程中受各種因素影響。在上述分析中也提及到光伏電站所需巨額資金。但還是從另一方面來說，其土地成本相對較低，主要是因為其處于人煙稀少地區(qū)，這也是其受外界因素小的原因所在。以生活中比較常見的山地光伏電站為例，其出發(fā)點和落腳點無非就是緩解能源緊張問題，但是其受地勢形態(tài)影響，如若將位于沙漠地區(qū)的光伏電站比較后不難發(fā)現(xiàn)，山地光伏電站布局規(guī)劃欠合理，加上自然協(xié)調(diào)性相對較差，直接導(dǎo)致山地光伏電站建設(shè)成本上升，自然而然光伏支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、施工等相關(guān)工作無法正常進行。
2.光伏支架的優(yōu)化設(shè)計研究。
2.1選用合適的支架材料。根據(jù)德國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在一個大型太陽能發(fā)電站項目中，建安成本占光伏項目總投資的21%左右，而太陽能光伏支架的投資僅占總成本的3%左右。因此，相對于太陽能電站高額的投資，支架成本的波動并不是敏感因素，選擇高端支架的成本僅提高不足1%，然而如果選用的支架不合適，后期養(yǎng)護成本會大大增加，整體考慮并不合算。任何類型的太陽能光伏組件裝配部件，最重要的特征之一是耐候性。需保證25年內(nèi)結(jié)構(gòu)必須牢固可靠，能承受如環(huán)境侵蝕，風(fēng)、雪荷載和其它外部效應(yīng)。安全可靠的安裝，以最小的安裝成本達到最大的使用效果、幾乎免維護、可靠的維修、可回收，這些都是做選擇方案時所需要考慮的重要因素。目前一些支架企業(yè)應(yīng)用了高耐磨材料以抵抗風(fēng)力雪荷載和其它腐蝕作用，綜合利用了鋁合金陽極氧化，超厚熱鍍鋅，不銹鋼，抗UV老化等技術(shù)工藝來保證陽能支架和太陽能跟蹤的使用壽命。
2.2底座有限元分析。底座是連接光伏支架方形立柱和圓管地樁的零件，目前我方項目普遍采用的底座單個重量大約為2.6Kg。支架結(jié)構(gòu)中，底座是重要的受力部位，且安裝支架時需要大量使用。如何在保證安全可靠的前提下將其重量適當減小，以達到降低成本的目的，值得研究。經(jīng)初步分析，擬將底座的高度由150mm減小為120mm，厚度由8mm減小為6mm，寬度也適當減小?，F(xiàn)將新設(shè)計的底座在ANSYS中進行有限元分析，以確定其結(jié)構(gòu)是否安全。根據(jù)地樁拉拔力的經(jīng)驗值，取20KN作為底座受到的豎直向上的力，并將其換算成面荷載施加在底座的螺栓孔位置。 得出了底座的強度結(jié)果。為使計算方便，采用底座的1/2模型進行分析，加載時施加了對稱約束。 由計算結(jié)果可知，底座的最大應(yīng)力103MPa，小于Q235鋼的許用應(yīng)力235/1.2=196MPa，最大變形為0.1mm，符合規(guī)范要求，因此，重新設(shè)計的底座結(jié)構(gòu)是安全的。
2.3支架橫梁有限元分析。為使力學(xué)計算方便，在SAP2000中對支架結(jié)構(gòu)進行整體有限元分析時，常將支架橫梁建模成簡單的C型鋼形式，這樣計算結(jié)果就與真實結(jié)果有所出入。為準確計算出橫梁在不同工況下的應(yīng)力，在SAP2000中對整體結(jié)構(gòu)進行計算后，再在ANSYS中對實際的冷彎內(nèi)卷C型鋼進行有限元分析，通過分析結(jié)果，可判定橫梁結(jié)構(gòu)是否安全。 取一根4720mm橫梁進行有限元分析。光伏支架在某地使用時，受到了自重、風(fēng)荷載、雪荷載、溫度荷載、地震等作用，將這些荷載進行組合，將最不利組合時的荷載換算成面荷載，施加在橫梁上。得出了兩種橫梁在相同外荷載作用下的強度、剛度結(jié)果，冷彎內(nèi)卷C型鋼強度結(jié)果。由計算結(jié)果可知，在荷載、約束等外部條件相同的情況下，冷彎內(nèi)卷C型鋼的承載能力更好。簡化的C型鋼最大應(yīng)力為179MPa，最大應(yīng)變?yōu)?.83mm；冷彎內(nèi)卷C型鋼的最大應(yīng)力為153Mpa，最大應(yīng)變?yōu)?.2mm。強度都小于Q235鋼的許用應(yīng)力235/1.2=196MPa，剛度也滿足規(guī)范要求。
光伏支架在整個光伏電站的投資建設(shè)中占了很大一部分，因此對它進行優(yōu)設(shè)計很有必要的，以此保證光伏支架結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，為光伏發(fā)電建設(shè)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。
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