光伏支架結構設計是光伏發電場設計的重要組成部分，而其設計原則目前國內缺乏相應的規范依據。以現行其他規范為指導，參考國外其他規范的要求，建立了光伏支架結構計算的理論方法，并開發了相關的優化設計程序。通過數值模擬驗證，該程序準確度較好且偏于安全。采用上述優化設計程序，對光伏組件的排布方式進行了經濟性分析，并推薦了最優方案。
1.荷載取值
1.1風荷載
為使光伏組件能接受最大的光照輻射，它通常被設計為與水平面成一定傾角，不可避免地承受風荷載作用。同因為光伏組件及其支架系統還具有受風面積大、自重輕等特點，使風荷載成為了光伏系統承受的主要荷載。無論是順風時對支架結構強度和變形的要求，還是逆風時對基礎抗傾覆的要求，都是光伏支架設計時起控制作用的條件。因此，合理的風荷載取值是光伏支架設計的重要內容。
由于光伏發電站的設計使用壽命通常為25年，因此可取重現期為25年的風荷載值作為基本風壓進行計算。考慮到國內缺乏指導光伏支架設計的規范，為保證支架結構的安全性，參考國外類似規范以指導設計。文中采用25年一遇的風荷載基本組合對光伏支架進行結構設計，同時采用42m/s瞬時風速對應的極大風荷載組合進行校核。
1.2荷載組合
光伏支架承受的主要活荷載包括風荷載、雪荷載和施工檢修荷載。考慮到光伏支架為緊貼地面且重量較輕的柔性結構，地震荷載的影響較小，因此通常采用不考慮地震作用效應組合。
2.理論計算
典型的光伏支架，由次梁（U型導軌）、主梁、立柱和支撐組成。其中次梁和主梁為受彎構件，立柱和支撐則一般為受壓構件。主梁的受力狀態也可通過靜力學方法計算得到。與普通鋼結構的受彎構件類似，主梁和次梁的撓度也不宜超過一定的容許值。類比普通鋼結構中重要性相近的受彎構件，主梁和次梁的撓度容許值可分別取為L/250和L/200。前后立柱和支撐主要承受軸向拉力或壓力。考慮到光伏支架的荷載本身較小，而鋼結構的軸向承載能力普遍較高。因此這些構件的選用通常不由強度要求控制。
3.數值模擬
3.1模型概況
為驗證上述程序的正確性，采用通用鋼結構計算軟件SAP2000建立了三維的光伏支架數值模型，模型中次梁和主梁均采用C型鋼，截面尺寸分別為C40×60×10×2.5和C60×40×20×2.5。由于兩截面的背部均開孔，因此構件截面扣除了孔洞的影響，由于實際情況中，光伏板安裝在檁條上。光伏板上的風荷載和雪荷載的傳力路徑應為：板-檁條-主梁。為保證模型的傳力路徑一致，模型中沒有建立光伏板的模型。而視光伏板為單向板，將相應的荷載分配到檁條上。
3.2模擬結果
通過計算得到了光伏支架在各種荷載組合下的受力狀態。通過對理論計算值與數值模擬值的比較可知：兩者的偏差較小，均在5%以內。且理論計算值均大于數值模擬值。因此，理論計算結果具有較好的準確度且偏于安全，可用于指導光伏支架的工程設計。
4.經濟性分析
地面光伏發電站常見的光伏組件排列方式有兩種，即豎向雙層光伏組件排列和橫向四層光伏組件排列。以尺寸為1956mm×992mm，容量為275Wp的光伏組件為例，在相同的長度范圍內，兩者能安裝的組件塊數相近。前者需要的構件根數較多、但構件截面面積較小，后者的構件根數較少且不需要柱間支撐，但同時截面面積較大。以2.8m跨度為例，由于兩者前后立柱的鋼材規格一致，故表中僅比較了主、次梁及支撐的材料用量相同條件下豎向雙層排列方式主、次梁及支撐的用鋼量比橫向四層排列方式的用鋼量少7.8%。因此在不考慮其他影響因素的條件下，前者較后者具有更好的經濟性，可作為地面光伏發電場的推薦排布方式。
5.應用前景
當前國際能源形勢相對嚴峻，各國都在極力尋找可以代替常規化石能源的新能源。此外核能發電的安全性讓人質疑，風能水能受地域和季節影響較大，然而太陽能作為取之不盡，用之不絕的清潔能源備受關注和加以利用。隨著全球大型地面、屋頂太陽能光伏系統的廣泛推廣與應用，太陽能光伏發電在電力供應中成為必不可少的發電源泉之一，同時為了保證光伏組件系統的可靠、安全、穩定的運行，必須要求太陽能組件的各個部件具有良好的抗風、抗雪壓、耐腐蝕等性能。本文設計的太陽能光伏支架安裝不僅滿足抗風、抗雪壓、耐腐蝕等性能，而且完全可以適合于地面矩陣太陽能、屋頂太陽能系統。此太陽能光伏支架在未來的光伏發電應用中具有良好的應用前景。
本文根據常規太陽能光伏支架的缺點，結合太陽能發電特點，設計了一款新型的太陽能光伏支架。光伏組件支的獨特設計結構使該組件具有可以根據不同地域而角度可調，從而能夠充分利用當地的太陽能資源，達到最大的太陽能組件的發電效率。同時對該光伏組件的連接方式、材質選型以及支架載荷受力分析加以詳細的分析與實踐，使其具有良好的抗震、抗風、抗雪壓、耐腐蝕等物理性能，使光伏組件應用于更加廣泛的地域。
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