光伏系統(tǒng)支架的設(shè)計方案

新能源科學與工程學院光伏系統(tǒng)設(shè)計與施工

課程設(shè)計學院： 新能源科學與工程學院專業(yè)班級：學生姓名：名字就不告訴你們了學號：指導教師： 實施時間：2013.11.18—2013.11.22項目課程成績:一、 課程設(shè)計目的：課程設(shè)計是《光伏系統(tǒng)設(shè)計與施工》課程的一個總結(jié)性教學環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用本門課程及有關(guān)選修課程的基本知識去解決某一設(shè)計任務的一次訓練。在整個教學計劃中，它也起著培養(yǎng)學生獨立工作能力的重要作用。課程設(shè)計不同于平時的作業(yè)，在設(shè)計中需要學生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進行過程和設(shè)備計算，并要對自己的選擇做出設(shè)計和核算，經(jīng)過反復的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計。所以，課程設(shè)計是培養(yǎng)學生獨立工作能力的有益實踐。通過課程設(shè)計，學生應該注重以下幾個能力的訓練和培養(yǎng)：查閱資料，選用公式和搜集數(shù)據(jù)（包括從已發(fā)表的文獻中和從生產(chǎn)現(xiàn)場中搜集）的能力；樹立既考慮技術(shù)上的先進性又考慮經(jīng)濟上的合理性正確設(shè)計思想，在這種設(shè)計思想的指導下去分析和解決實際問題的能力；用簡潔的文字或清晰的圖表來表達自己設(shè)計思想的能力；綜合運用了以前所學的各門課程的知識（高數(shù)、CAD制圖、機械制圖、計算機等等）使相關(guān)學科的知識有機地聯(lián)系起來；運用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與施工中的知識解決工程中的實際問題。二、 課程設(shè)計日程安排：實施時間實習內(nèi)容安排地點2013年11月18日講解任務、設(shè)計原理及要求主附西多媒體52013年11月19日學生選定實驗室電池組件對其長度及質(zhì)量進行測量，講解參觀學習實驗室屋頂及學習地面電站支架，對關(guān)鍵部位的連接進行深入觀測。主A210教室2013年11月20日針對新余地區(qū)的光伏并網(wǎng)電站，對給定的電池組件進行荷載計算，包括風壓荷載計算，下載相關(guān)支架圖片手繪制圖紙主A210教室2013年11月21日出具圖紙（用CAD制圖），打印報告，請指導教師批閱并給出評語主A210教室2013年11月22日提交設(shè)計書、答辯報告書、分組交叉答辯主A210教室三|、課程設(shè)計任務：1、 光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計書2、 光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計圖紙：支架整體及側(cè)面的CAD制圖3、 課程設(shè)計答辯四、課程設(shè)計成績本課程設(shè)計成績的評定為百分制，其中支架設(shè)計書/滿分40、支架CAD制圖的設(shè)計圖紙滿分30、課程設(shè)計答辯30分。課程設(shè)計的總成績=光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計書+光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計圖紙：支架整體及側(cè)面的CAD制圖+課程設(shè)計答辯成績。附件1附件1:摘要光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計書隨著世界各國太陽能發(fā)電的興起，安裝光伏系統(tǒng)已經(jīng)成為光伏發(fā)電當中的一個重要組成部分，安裝光伏系統(tǒng)是對太陽電池在各種環(huán)境當中如何進行穩(wěn)定的發(fā)電、固定、最佳傾角的一個綜合任務。關(guān)鍵詞光伏系統(tǒng)組件支架安裝引言太陽能光伏組件支架是固定太陽能電池板的重要部件，在獲得太陽能電池板最大發(fā)電效率的前提下，保證支架的安全可靠性是安裝光伏組件人員需要考慮和研究的。根據(jù)不同形式的太陽能光伏發(fā)電的需要，支架系統(tǒng)一般分為單立柱太陽能支架、雙立柱太陽能支架、矩陣太陽能支架、屋頂太陽能支架、墻體太陽能支架、追蹤系統(tǒng)系列支架等若干規(guī)格型號，同時按照不同的安裝方式又分為地面安裝系統(tǒng)、屋頂安裝系統(tǒng)和建筑節(jié)能一體化支架安裝系統(tǒng)。本課題主要是對地面安裝系統(tǒng)支架的設(shè)計，在設(shè)計中將會對系統(tǒng)的選址、支架的夾角、支架的抗壓強度、以及光伏組件支架系統(tǒng)的連接方式，材質(zhì)，選型，做一個全面的分析闡述。1.1設(shè)計要求1.1.1光伏系統(tǒng)的選址針對新余市的地理位置，經(jīng)過對土質(zhì)的勘察，新余市土地1到2米的地表土層為疏松土質(zhì)，因此在安裝光伏組件的時候，應該對土地進行深挖,使用混凝土底座，一是對組件的一個固定,二是對光伏組件的一個配重，確保組件的穩(wěn)定牢固。

支架的夾角新余市的地理位置為北緯27°33’?28°05’，東經(jīng)114°29’?115°24’。屬亞熱帶濕潤性氣候，具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無霜期長、嚴冬較短的特征，年平均氣溫15.3°C,歷史極端最高氣溫39.1C,極端最低氣溫-17.7C;年降水量961~1048毫米，日最大降雨量214.2毫米；年日照時數(shù)1700小時，太陽輻射和日照時數(shù)較為匱乏，但可利用。根據(jù)地理位置及新余市的氣候條件（如圖2）可取最佳傾角為24度。（參照：新余高專學報第15卷第6期2010年12月，新余市LED光伏照明系統(tǒng)最佳傾角的優(yōu)化設(shè)計）參數(shù)水平輻射參數(shù)水平輻射量斜面輻射量氣溫相對濕度日照實數(shù)最長連續(xù)陰雨天數(shù)年平均值13094KJ/m213714KJ/m29.4C74%-84%1655h5天2.1.支架材料的選用2.1.1選用組件的參數(shù)電池類型多晶硅最大功率（Wp）180W+3%工作電流（Amppt）4.96A工作電壓（Vmppt）36.4V開路電壓（Voc）44.6V短路電流（Isc）5.28A單個電池重量（kg）15.6kg尺寸（mmXmm）1580X808X40

2.1.2支架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的支架和結(jié)構(gòu)設(shè)計，是為了電池組件有更好的朝向和讓系統(tǒng)有更好的傾角，并且能夠抵御自然界是對其影響，因此，結(jié)構(gòu)必須牢固。本次設(shè)計采用的是三角形和矩形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。太陽能電池板鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)的斜面上，作為一個整體，所采用的鋼為C型鋼，三角鋼，扁鋼。在系統(tǒng)的斜面固上固定太陽能電池板的材質(zhì)則為不銹鋼的鋁合金。各種鋼筋之間采用焊接或螺絲固定。圖（2）支架的構(gòu)成該支架設(shè)計采用混凝土作為底座的支撐，選用5根豎直支架作為主要支架來支撐，另外有3根底座支架及4根橫向支架，再加上有3根橫梁和拉桿來固定電池片，支架上有電池組件3塊縱向放置，使得該組件成為一個完整的整體。2.1.3鋼材的選用鋼材作為支架中最重要的組成部分，它的選擇直接影響系統(tǒng)的使用壽命，而正確的選擇鋼材，不僅使得系統(tǒng)整體美觀，還會節(jié)約成本、配重合理，增加使用年限。以下是選取的表格。支架組成部分鋼材的選擇使用數(shù)量重量(kg)鋼材的規(guī)格底座支架扁鋼33Q35B型熱浸鍍鋅橫向支架扁鋼44.5Q235B型熱浸鍍鋅固定梁三角鋼32.5Q35B型熱浸鍍鋅55-80^m豎直支架三角鋼53.5Q235B型熱浸鍍鋅橫梁鋁合金32Al6005-T5外表陽極氧化拉桿三角鋼32.5Q235B型熱浸鍍鋅螺絲低碳合金鋼若干3.5M14X402.2光伏支架強度的計算固定組件的負荷G(g取10N/kg)組件質(zhì)量Gm=15.6kgX3=46.8kg=468N各鋼架的質(zhì)量：3X3+4X4.5+3X2.5+5X3.5+3X2+3X2.5=65.5kg=655N其他結(jié)構(gòu)材料:螺母，螺栓等G=3.5kg=35N固定組件負荷：G=468+655+35=1158N風壓負荷(W)W=1/2X(CwXpXV02XS)XaXIXJ式中Cw一為風力系數(shù)通過查閱資料可知順風時Cw=1.06，逆風時Cw=1.43；P一為空氣密度=1.274N*S2/m4；V一為風速取新余最大40m/s；S—面積=1.586X0.808X3=3.85m2；a一為高度補正系數(shù)二(h/h)1/5,0h一為陣列的地面以上高度這里取值為2.5m,氣一一為基準地面以上高度10m，所以a=(h/h0)1/5=(2.5/10)1/5=0.758；I-為用途系數(shù)二本光伏發(fā)電系統(tǒng)為通常光伏發(fā)電系統(tǒng)所以系數(shù)取1；

J一為環(huán)境系數(shù)二本光伏發(fā)電系統(tǒng)沒有障礙物的平坦地，系數(shù)取1.15。當風從陣列前方吹來（順風）的時候風壓負荷W為W=1/2X1.06X1.274X402X3.85X0.758X1X1.15=3625.5N當風從陣列后方吹來（逆風）的時候風壓負荷w1為W=1/2X1.43X1.274X402X3.85X0.758X1X1.15=4890N1該風壓對太陽能電池方陣作為上吹荷重起作用?？傌摵身橈L時候總荷重G+W=1158+3625.5=4783.5N逆風時候總荷重G-W=1158-4890=-3732N1因此，設(shè)計中采用的是懸空的支架設(shè)計：圖（3圖（3）懸空的支架設(shè)計支架的懸空設(shè)計有利于氣流的流通，在遭遇大風天氣時，不會對光伏系統(tǒng)造成損傷，很好的對系統(tǒng)進行保護。2.3各部件的安裝連接底座支架與豎直支架和固定梁之間的連接，底座支架與豎直支架采用的是焊接的方法，之間連接的是用三角鋼（如左圖），豎直支架與固定梁之間則是采用螺絲連接，在支架上有相應的螺絲孔，安裝方便簡潔。圖（支架的懸空設(shè)計有利于氣流的流通，在遭遇大風天氣時，不會對光伏系統(tǒng)造成損傷，很好的對系統(tǒng)進行保護。2.3各部件的安裝連接底座支架與豎直支架和固定梁之間的連接，底座支架與豎直支架采用的是焊接的方法，之間連接的是用三角鋼（如左圖），豎直支架與固定梁之間則是采用螺絲連接，在支架上有相應的螺絲孔，安裝方便簡潔。圖（4）底座支架與豎直支架和固定梁之間的連接橫梁與拉桿之間使用螺絲連接，因為拉桿米用的是三角鋼，適合打孔使用螺絲，螺絲采用的型號是M14X40，使用配套墊片，橫梁采用的是鋁合金材質(zhì)的圖（5）橫梁與拉桿之間的連接固定梁與拉桿之間的連接同樣采用的是M14X40型號的螺絲，注意安裝螺絲時要選用同種型號的墊片，螺絲要擰緊，防止松動。圖（5）橫梁與拉桿之間的連接固定梁與拉桿之間的連接同樣采用的是M14X40型號的螺絲，注意安裝螺絲時要選用同種型號的墊片，螺絲要擰緊，防止松動。導軌。圖（7）圖（7）電池組件與橫梁之間的連接3.1設(shè)計評述及體會本次設(shè)計使用了大量CAD繪圖、圖片、表格，來展現(xiàn)產(chǎn)品的各個特點，使得觀察者能夠很清晰的明白設(shè)計者的用途，這是這次設(shè)計的一個特點，也是一個優(yōu)點。對于CAD繪圖來說是一個很好的表現(xiàn)形式，但是對于一個CAD初學者來說，系統(tǒng)的繪制光伏系統(tǒng)的三維圖形，確實有點吃力，但經(jīng)過這幾天的邊學邊畫，已經(jīng)能夠掌握一般的繪制方法，在這次設(shè)計中也是一個難得的收獲。設(shè)計中采用了很多其他的文獻資料，這會使設(shè)計更加的有深度，更加的科學性，對于一個設(shè)計來說是很必要的，但對設(shè)計者來說這就要求有很好的收集資料的能力，學習他人的優(yōu)點，善于總結(jié)。通過這次的課程設(shè)計，對于我們來說是一個很好的鍛煉，它鍛煉了我的思考能力和耐心.做這個課程設(shè)計除了需要一定知識的積累，還需要極大的耐心。用所學知識設(shè)計生活中的東西，加深了對光伏系統(tǒng)設(shè)計的了解。參考文獻【日】太陽光發(fā)電協(xié)會編太陽能光佚發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計與施工北京：科學出版社.2006.混凝土平屋面光伏組件支架的連接設(shè)計祁建洲201