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(jì)。

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(jì)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(dú)特的連接設(shè)計(jì)，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(diǎn)是具有耐腐蝕、質(zhì)量輕、美觀耐用。缺點(diǎn)則是其承載力低，無法應(yīng)用在太陽能電站項(xiàng)目上。

平屋頂鋁合金支架系統(tǒng)，價格更實(shí)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)，最后得到設(shè)計(jì)荷載值。

通過將設(shè)計(jì)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(jì)荷載計(jì)算

關(guān)于設(shè)計(jì)荷載計(jì)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(shí)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(xiǎn)工況，并將所有危險(xiǎn)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(jì)算

有限元，利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)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(xiǎn)。

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(jì)要求。并分析了前支架超過設(shè)計(jì)限值的情況只有在極端荷載情況下前支架單獨(dú)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(dú)立構(gòu)件分別進(jìn)行分析可以得到，設(shè)計(jì)支架滿足設(shè)計(jì)要求，可進(jìn)行使用。