1.光伏電站的特點(diǎn)和光伏支架設(shè)計(jì)難度
1.1光伏電站特點(diǎn)。在實(shí)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(jiàn)的是：地形因素、太陽(yáng)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(yán)重的山地，加上其地表凹凸不平，使其在安裝光伏組件過(guò)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(lái)說(shuō)，其土地成本相對(duì)較低，主要是因?yàn)槠涮幱谌藷熛∩俚貐^(qū)，這也是其受外界因素小的原因所在。以生活中比較常見(jiàn)的山地光伏電站為例，其出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)無(wú)非就是緩解能源緊張問(wèn)題，但是其受地勢(shì)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(duì)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(wú)法正常進(jìn)行。
2.光伏支架的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
2.1選用合適的支架材料。根據(jù)德國(guó)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在一個(gè)大型太陽(yáng)能發(fā)電站項(xiàng)目中，建安成本占光伏項(xiàng)目總投資的21%左右，而太陽(yáng)能光伏支架的投資僅占總成本的3%左右。因此，相對(duì)于太陽(yáng)能電站高額的投資，支架成本的波動(dòng)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(hù)成本會(huì)大大增加，整體考慮并不合算。任何類型的太陽(yáng)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(dá)到最大的使用效果、幾乎免維護(hù)、可靠的維修、可回收，這些都是做選擇方案時(shí)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(yáng)極氧化，超厚熱鍍鋅，不銹鋼，抗UV老化等技術(shù)工藝來(lái)保證陽(yáng)能支架和太陽(yáng)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(xiàng)目普遍采用的底座單個(gè)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(shí)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(dāng)減小，以達(dá)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(dāng)減小。現(xiàn)將新設(shè)計(jì)的底座在ANSYS中進(jìn)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(yàn)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(qiáng)度結(jié)果。為使計(jì)算方便，采用底座的1/2模型進(jìn)行分析，加載時(shí)施加了對(duì)稱約束。 由計(jì)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(jì)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(jì)算方便，在SAP2000中對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體有限元分析時(shí)，常將支架橫梁建模成簡(jiǎn)單的C型鋼形式，這樣計(jì)算結(jié)果就與真實(shí)結(jié)果有所出入。為準(zhǔn)確計(jì)算出橫梁在不同工況下的應(yīng)力，在SAP2000中對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算后，再在ANSYS中對(duì)實(shí)際的冷彎內(nèi)卷C型鋼進(jìn)行有限元分析，通過(guò)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(jìn)行有限元分析。光伏支架在某地使用時(shí)，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(jìn)行組合，將最不利組合時(shí)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(qiáng)度、剛度結(jié)果，冷彎內(nèi)卷C型鋼強(qiáng)度結(jié)果。由計(jì)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(jiǎn)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(qiáng)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(gè)光伏電站的投資建設(shè)中占了很大一部分，因此對(duì)它進(jìn)行優(yōu)設(shè)計(jì)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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