光伏支架設(shè)計(jì)受力分析

1、光伏支架設(shè)計(jì)受力分析太陽(yáng)能電池陣列用支架強(qiáng)度計(jì)算在太陽(yáng)能電池陣列用的支架設(shè)計(jì)時(shí)，為了使其成為能承受各種荷重的支架，要 考慮用什么樣的材料，且用多少，再根據(jù)計(jì)算確定強(qiáng)度。這里，以安裝結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn) 單的太陽(yáng)能電池組件(橫置型)上下共5塊的小型支架作為例子，介紹強(qiáng)度計(jì)算方法 (見(jiàn)圖5.43)序號(hào)名稱 數(shù)量 材質(zhì) 工藝 備注1太陽(yáng)能組件5 2組件安裝用角鋼框架2SS400熱浸鍍鋅L50*50*t6 3框架1 SS400熱浸鍍鋅L50*30*3 4支撐臂2SS400熱浸鍍鋅L50*30*t6 5底角鋼4 SS400熱浸鍍鋅6框架安裝螺栓4SUS304 7支撐臂安裝螺栓2 SWRM熱浸鍍鋅M14 8基礎(chǔ)安裝螺

2、栓4 SWRM熱浸鍍 鋅M14圖5. 43小型太陽(yáng)能電池陣列用支架9地腳螺栓1. 設(shè)計(jì)條件(1)設(shè)計(jì)對(duì)象一個(gè)搞太陽(yáng)能電池組件，用位于左右的2個(gè)角鋼框(L50*50*t6)和4組M8螺栓，螺母安裝。這里的2個(gè)角鋼框，上端連接框架，下端與底角鋼連接，還有上端 山2個(gè)支撐臂(L50*50*t6)支撐，相對(duì)水平有45?角，再用6組M14螺栓，螺母固 定。(2)強(qiáng)度計(jì)算條件1?.根據(jù)表5. 6,假設(shè)為一般地方最大荷重。采用固定荷重G和因暴風(fēng)雨產(chǎn)生的風(fēng)壓荷重W的短期復(fù)合荷重。2?.沒(méi)有積雪的一般地區(qū)，最大風(fēng)速設(shè)定60m/so2. 強(qiáng)度計(jì)算計(jì)算因從支架前面吹來(lái)(順風(fēng))的風(fēng)壓及從支架后面吹來(lái)(逆風(fēng))的風(fēng)壓引起

3、的材 料的彎曲強(qiáng)度和彎曲量，支撐臂的壓曲(圧縮)以及拉伸強(qiáng)度，安裝螺栓的強(qiáng)度等, 并確認(rèn)強(qiáng)度。(1) 結(jié)構(gòu)材料角鋼框及支撐臂采用L50*50*t6,因此截面二次力矩I和截面系數(shù)Z山熱軋成 型M鋼的截面特性表(JIS G 3192)得到下面數(shù)值。因?yàn)槭堑冗呏苯切弯?，取X軸，Y軸向的任何以方向都是同樣的數(shù)值4 1=12. 6cm M3 Z=3. 55cm(2) .假想荷重1 ?固定荷重(G)組件質(zhì)量 G二5. 5KG*5二27. 5KG二269 M角鋼框自重 G二4. 43KG/m*2. 2m*2二 19. 5kg=191X KI框架自重 G二 1. 36kg/m*l. Om=l. 36kg=13

4、N K2其他架構(gòu)材料，防水接線箱，驅(qū)鳥棒等(G)=3kg二29N K3固定荷重 G二269+191+13+29二502 (X)2 ?風(fēng)壓荷重(W)。假設(shè)從陣列前面吹來(lái)的風(fēng)(順風(fēng))的風(fēng)壓荷重為W(),從式(5. 5)式(5. 8)導(dǎo)出21 W=*(C*p*V*S)*a*I*J (5.24) W02式中C風(fēng)力系數(shù)=1.06(見(jiàn)圖5. 40) W24 P空氣密度二1. 27N?S/mV風(fēng)速二60m/s 0S面積二2. 2*1. 0=2. 2 (m?)411 a 高度補(bǔ)正系數(shù)=0=0. 833 (上是角標(biāo))1055I用途系數(shù)二假設(shè)為通常的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，系數(shù)為1J環(huán)境系數(shù)二假設(shè)為像海上那樣沒(méi)有障礙

5、物的平坦地，系數(shù)為1. 1521W二*1. 06*1. 274*60*2. 2*0. 833*1*1.15=5123 (N) 2從陣列后面吹來(lái)的風(fēng)(逆風(fēng))的風(fēng)壓荷重為W (),風(fēng)力系數(shù)變更為C風(fēng)力 系數(shù)=1.43(見(jiàn)圖5.40) W12W =*1.43*1. 274*60*2. 2*0. 833*1*1. 15=6911 (N) 2該風(fēng)壓荷重W對(duì)太陽(yáng)能電池陣列作為上吹荷重(揚(yáng)力)起作用。3?總荷重。順風(fēng)時(shí)的總荷重G+W可曲下式表示：G+W二G+G+G+G+W MK1K2K3二269+191+13+29+5123二5625(N)逆風(fēng)時(shí)固定荷重G與重力方向一致，但因?yàn)閃 作為上吹荷重(揚(yáng)力)起作用

6、，因此總荷重變?yōu)镚- VG- W z = G+G+G+G- W MK1K2K3二269+191+13+29-6911 二-6409 (N) (3)懸空橫梁模型角鋼框架如圖5. 44所示，認(rèn)為是受到均布荷重的懸空橫梁(也稱懸臂梁)從A點(diǎn)至C點(diǎn)間均布荷重作用名為使角鋼框架不被破壞地找平衡，在A點(diǎn)，B點(diǎn)上產(chǎn)生對(duì)荷重的反作用力和力矩.作用于A點(diǎn)，B點(diǎn)的反作用力，可以分為兩個(gè)部分，即A-B間部分兩端的簡(jiǎn)支 梁和B-C部分的懸臂梁考慮。(4)A-B間的彎曲應(yīng)力順風(fēng)時(shí)A-B點(diǎn)上發(fā)生的彎曲力矩M,由下式表示：WL22 M=(式中是 L) (5. 27) 18170式中W單位長(zhǎng)度的質(zhì)量=(5625*)/1. 7

7、=2557(N/M) 220L跨距長(zhǎng)1. 7m2557*1. 7*1.7 則有 M=924 (N?M) 18應(yīng)力o由下式表示1M o= (5.28) 1Z因?yàn)榻卿摽蚣苁褂肔50*50*t6,所以截面系數(shù)Z二3. 55cm?角鋼框左右共有2根，o變?yōu)?/2即1924*100 o =13014 (N/CM?) 13. 55*2山于所使用材料SS400的短期彎曲允許應(yīng)力為24500 N/CM?,則有(13014/24500X1,所以是安全的。逆風(fēng)時(shí)A-B點(diǎn)發(fā)生的彎曲力矩M2為：6409*170*1. 7*1. 7M2=1032(N?M) 220*1. 7*8應(yīng)力o 2為：1052*1003. 55*

8、2 o 2= =14817(N/CM?)(14817/24500X1,所以是安全的。(o)A-B間的彎曲順風(fēng)時(shí)，角鋼框架的彎曲由下式表示：15*PT*L*L*L 5 = (5.29) 1384*E*IM170 式中 P總荷重(G+W)二5626*二4347(、)T220E材料的縱向彈性系數(shù)66二鋼 2. l*10kg/cm?=20. 6*10N/cm?4 I截面二次力矩12. 6cm; M5*4347*170*170*170 8 = =0. 536(cm) 1384*E*(12. 6*2)2對(duì)于跨距長(zhǎng)170cm,最大的位移量為0536 (N/CM),因此它的比為0. 946/300, 這與鋼結(jié)

9、構(gòu)的材料彎曲允許界限值1/300比較要小，安全性可靠。(,)在這個(gè)170cm的跨距中能安裝4塊太陽(yáng)能電池組件，每一塊組件的角鋼框架的 彎曲量為0. 536(cm)/4 (l. 3mm)變形位移量較小，可山山鋁框的密封材料作為緩沖 材料吸收。逆風(fēng)時(shí)的總荷重為:6409N*170/220二4592(N)框架彎曲量變?yōu)橄率剑?5*4952*170*170*170 8 =0. 61 cm 2384*E*(12. 6*2)對(duì)于跨距長(zhǎng)170cm的最大變位量為0. 61cm,則由1. 07/300,這兒乎與鋼結(jié)構(gòu) 的彎曲允許極限1/300相當(dāng)，安全性可幕.(?)(6)B-C間的彎曲應(yīng)力和彎曲變形在B-C點(diǎn)發(fā)

10、生的順風(fēng)時(shí)的彎曲力矩M山下式表示：3M=W*L (5.30) 350 式中，W 為總荷重(G+W)二5625N*二 1278N,則有 220M3=1278*0. 5m=639N?M應(yīng)力o由式(5.28)求出。3因?yàn)榭蚣茏笥矣?根，o變?yōu)?/2,則639*1002 o =9000 (N/CM) 33. 55*2in支揮髦輟匠壓曲荷重由下式(歐拉公式)求出：El, 2Pn, , , , K2L620.6, 10, 12. 62P, 1, , ,113885(N)式中 K2150，支撐臂有2根,每根承擔(dān)的總荷重為5625/22813 (N),則有(2813/113855) 1, 所以沒(méi)問(wèn)題。8.支撐

11、臂的拉伸強(qiáng)度逆風(fēng)的場(chǎng)合，風(fēng)壓荷重W對(duì)支撐臂起拉伸荷重的作用，變?yōu)樯洗岛芍?揚(yáng)力)， 此上吹荷重，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)由2個(gè)支撐臂和2個(gè)基礎(chǔ)角鋼承受，但這里假設(shè)由單純2 個(gè)支撐臂承受。P拉伸應(yīng)力可曲下式求得:,A,式中P-拉伸張力6409N/23205N2 A-支撐臂的截面積=5. 644cm2,二568N/ 則有 cm2所使用的材料SS400的短期允許拉伸應(yīng)力由表5. 11取24 500N/,則有(568/24 cm500)l，所以沒(méi)問(wèn)題。(9)安裝螺栓的強(qiáng)度作為角鋼框架和支撐臂的安裝螺栓（固定軸），采用M14（SWRM制）熱浸鍍鋅螺 栓。SWRM（軟鋼材）具有與SS400同樣的強(qiáng)度，允許剪切應(yīng)力從表5. 11取短期應(yīng)力 為2。13230N/cm，這個(gè)螺栓上產(chǎn)生的最大應(yīng)力是上吹（逆風(fēng)）時(shí)的剪切應(yīng)力，即lp2, （N/CM）式中 2AP,總荷重P, 6409NT 2