光伏系統(tǒng)支架的設(shè)計(jì)方案

光伏系統(tǒng)支架的設(shè)計(jì)方案新能源科學(xué)與工程學(xué)院學(xué)院:新能源科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí):學(xué)生姓名:名字就不告訴你們了學(xué)號(hào):指導(dǎo)教師:實(shí)施時(shí)間:2013.11.18—2013.11.22項(xiàng)目課程成績(jī):一、課程設(shè)計(jì)目的:課程設(shè)計(jì)是《光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工》課程的一個(gè)總結(jié)性教學(xué)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本門(mén)課程及有關(guān)選修課程的基本知識(shí)去解決某一設(shè)計(jì)任務(wù)的一次訓(xùn)練。在整個(gè)教學(xué)計(jì)劃中，它也起著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的重要作用。課程設(shè)計(jì)不同于平時(shí)的作業(yè)，在設(shè)計(jì)中需要學(xué)生自己做出決策，即自己確定方案，選擇流程，查取資料，進(jìn)行過(guò)程和設(shè)備計(jì)算，并要對(duì)自己的選擇做出設(shè)計(jì)和核算，經(jīng)過(guò)反復(fù)的分析比較，擇優(yōu)選定最理想的方案和合理的設(shè)計(jì)。所以，課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力的有益實(shí)踐。通過(guò)課程設(shè)計(jì),學(xué)生應(yīng)該注重以下幾個(gè)能力的訓(xùn)練和培養(yǎng):1.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(xiàn)中和從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中搜集)的能力;2.樹(shù)立既考慮技術(shù)上的先進(jìn)性又考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性正確設(shè)計(jì)思想，在這種設(shè)計(jì)思想的指導(dǎo)下去分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力;3.用簡(jiǎn)潔的文字或清晰的圖表來(lái)表達(dá)自己設(shè)計(jì)思想的能力;4.綜合運(yùn)用了以前所學(xué)的各門(mén)課程的知識(shí)(高數(shù)、CAD制圖、機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)等等)使相關(guān)學(xué)科的知識(shí)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái);5.運(yùn)用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工中的知識(shí)解決工程中的實(shí)際問(wèn)題。二、課程設(shè)計(jì)日程安排:地點(diǎn)實(shí)施時(shí)間實(shí)習(xí)內(nèi)容安排講解任務(wù)、設(shè)計(jì)原理及要求主附西多媒體52013年11月18日學(xué)生選定實(shí)驗(yàn)室電池組件對(duì)其長(zhǎng)度及質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，講解參觀學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室屋頂主A210教室2013年11月19日及學(xué)習(xí)地面電站支架，對(duì)關(guān)鍵部位的連接進(jìn)行深入觀測(cè)。針對(duì)新余地區(qū)的光伏并網(wǎng)電站，對(duì)給定的電池組件進(jìn)行荷載計(jì)算，包括風(fēng)壓荷主A210教室2013年11月20日載計(jì)算，下載相關(guān)支架圖片手繪制圖紙出具圖紙(用CAD制圖)，打印報(bào)告，主A210教室2013年11月21日請(qǐng)指導(dǎo)教師批閱并給出評(píng)語(yǔ)提交設(shè)計(jì)書(shū)、答辯報(bào)告書(shū)、分組交叉答主A210教室2013年11月22日辯2三|、課程設(shè)計(jì)任務(wù):1、光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)書(shū)2、光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)圖紙:支架整體及側(cè)面的CAD制圖3、課程設(shè)計(jì)答辯四、課程設(shè)計(jì)成績(jī)本課程設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定為百分制，其中支架設(shè)計(jì)書(shū)/滿分40、支架CAD制圖的設(shè)計(jì)圖紙滿分30、課程設(shè)計(jì)答辯30分。課程設(shè)計(jì)的總成績(jī)=光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)書(shū)+光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)圖紙:支架整體及側(cè)面的CAD制圖+課程設(shè)計(jì)答辯成績(jī)。3附件1:光伏發(fā)電系統(tǒng)支架設(shè)計(jì)書(shū)摘要隨著世界各國(guó)太陽(yáng)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(dāng)中的一個(gè)重要組成部分，安裝光伏系統(tǒng)是對(duì)太陽(yáng)電池在各種環(huán)境當(dāng)中如何進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電、固定、最佳傾角的一個(gè)綜合任務(wù)。關(guān)鍵詞光伏系統(tǒng)組件支架安裝引言太陽(yáng)能光伏組件支架是固定太陽(yáng)能電池板的重要部件，在獲得太陽(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電的需要，支架系統(tǒng)一般分為單立柱太陽(yáng)能支架、雙立柱太陽(yáng)能支架、矩陣太陽(yáng)能支架、屋頂太陽(yáng)能支架、墻體太陽(yáng)能支架、追蹤系統(tǒng)系列支架等若干規(guī)格型號(hào)，同時(shí)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(duì)地面安裝系統(tǒng)支架的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的選址、支架的夾角、支架的抗壓強(qiáng)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(gè)全面的分析闡述。1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1光伏系統(tǒng)的選址針對(duì)新余市的地理位置，經(jīng)過(guò)對(duì)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(shí)候,應(yīng)該對(duì)土地進(jìn)行深挖,使用混凝土底座,一是對(duì)組件的一個(gè)固定,二是對(duì)光伏組件的一個(gè)配重,確保組件的穩(wěn)定牢固。圖(1)混凝土底座41.1.2.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(rùn)性氣候,具有四季分明、氣候溫和、日照充足、雨量充沛、無(wú)霜期長(zhǎng)、嚴(yán)冬較短的特征,年平均氣溫15.3?,歷史極端最高氣溫39.1?,極端最低氣溫-17.7?;年降水量961~1048毫米,日最大降雨量214.2毫米;年日照時(shí)數(shù)1700小時(shí),太陽(yáng)輻射和日照時(shí)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(xué)報(bào)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(jì))最長(zhǎng)連斜面輻射日照水平輻射相對(duì)參數(shù)氣溫續(xù)陰雨天量濕度量實(shí)數(shù)數(shù)年平13094KJ/13714KJ/29.74%-8416555天均值??4?%h2.1.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(kāi)路電壓(Voc)44.6V短路電流(Isc)5.28A單個(gè)電池重量(kg)15.6kg尺寸(mm×mm)1580×808×4052.1.2支架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的支架和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，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(duì)其影響，因此，結(jié)構(gòu)必須牢固。本次設(shè)計(jì)采用的是三角形和矩形相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能電池板鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)的斜面上，作為一個(gè)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(yáng)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(jì)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(lái)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(lái)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(gè)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(huì)節(jié)約成本、配重合理，增加使用年限。以下是選取的表格。6支架組成部鋼材的選擇使用數(shù)量重量(kg)鋼材的規(guī)格分底座支架扁鋼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55-80μm豎直支架三角鋼53.5Q235B型熱浸鍍鋅橫梁鋁合金32Al6005-T5外表陽(yáng)極氧化拉桿三角鋼32.5Q235B型熱浸鍍鋅螺絲低碳合金鋼若干3.5M14×402.2光伏支架強(qiáng)度的計(jì)算2.2.1.固定組件的負(fù)荷G(g取10N/kg)組件質(zhì)量Gm=15.6kg×3=46.8kg=468N各鋼架的質(zhì)量:3×3，4×4.5+3×2.5+5×3.5+3×2+3×2.5=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(fù)荷:G=468+655+35=1158N2.2.2.風(fēng)壓負(fù)荷(W)2W=1/2×(Cw×ρ×V×S)×α×I×J0式中Cw—為風(fēng)力系數(shù)通過(guò)查閱資料可知順風(fēng)時(shí)Cw=1.06，逆風(fēng)時(shí)Cw=1.43;24Ρ—為空氣密度=1.274N*s/m;V—為風(fēng)速取新余最大40m/s;2S—面積=1.586×0.808×3=3.85m;1/5α—為高度補(bǔ)正系數(shù)=(h/h),0h—為陣列的地面以上高度這里取值為2.5m，1/51/5h為基準(zhǔn)地面以上高度10m，所以α=(h/h)=(2.5/10)=0.758;0——0I—為用途系數(shù)=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;7J—為環(huán)境系數(shù)=本光伏發(fā)電系統(tǒng)沒(méi)有障礙物的平坦地，系數(shù)取1.15。當(dāng)風(fēng)從陣列前方吹來(lái)(順風(fēng))的時(shí)候風(fēng)壓負(fù)荷W為2W=1/2×1.06×1.274×40×3.85×0.758×1×1.15=3625.5N當(dāng)風(fēng)從陣列后方吹來(lái)(逆風(fēng))的時(shí)候風(fēng)壓負(fù)荷W為12W=1/2×1.43×1.274×40×3.85×0.758×1×1.15=4890N1該風(fēng)壓對(duì)太陽(yáng)能電池方陣作為上吹荷重起作用。2.2.3.總負(fù)荷順風(fēng)時(shí)候總荷重G+W=1158+3625.5=4783.5N逆風(fēng)時(shí)候總荷重G-W=1158-4890=-3732N1因此，設(shè)計(jì)中采用的是懸空的支架設(shè)計(jì):圖(3)懸空的支架設(shè)計(jì)支架的懸空設(shè)計(jì)有利于氣流的流通，在遭遇大風(fēng)天氣時(shí)，不會(huì)對(duì)光伏系統(tǒng)造成損傷，很好的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。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(yīng)的螺絲孔，安裝方便簡(jiǎn)潔。圖(4)底座支架與豎直支架和固定梁之間的連接8橫梁與拉桿之間使用螺絲連接，因?yàn)槔瓧U采用的是三角鋼，適合打孔使用螺絲，螺絲采用的型號(hào)是M14×40，使用配套墊片，橫梁采用的是鋁合金材質(zhì)的導(dǎo)軌。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M14×40型號(hào)的螺絲，注意安裝螺絲時(shí)要選用同種型號(hào)的墊片，螺絲要擰緊，防止松動(dòng)。圖(6)固定梁與拉桿之間的連接電池組件與橫梁之間的連接，組件邊框上有打好的配套螺絲孔，安裝時(shí)直接將螺絲與橫梁和組件邊框相連接，同樣要使用同種型號(hào)的墊片。圖(7)電池組件與橫梁之間的連接93.1設(shè)計(jì)評(píng)述及體會(huì)本次設(shè)計(jì)使用了大量CAD繪圖、圖片、表格，來(lái)展現(xiàn)產(chǎn)品的各個(gè)特點(diǎn)，使得觀察者能夠很清晰的明白設(shè)計(jì)者的用途，這是這次設(shè)計(jì)的一個(gè)特點(diǎn)，也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于CAD繪圖來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的表現(xiàn)形式，但是對(duì)于一個(gè)CAD初學(xué)者來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)的繪制光伏系統(tǒng)的三維圖形，確實(shí)有點(diǎn)吃力，但經(jīng)過(guò)這幾天的邊學(xué)邊畫(huà)，已經(jīng)能夠掌握一般的繪制方法，在這次設(shè)計(jì)中也是一個(gè)難得的收獲。設(shè)計(jì)中采用了很多其他的文獻(xiàn)資料，這會(huì)使設(shè)計(jì)更加的有深度，更加的科學(xué)性，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是很必要的，但對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)這就要求有很好的收集資料的能力，學(xué)習(xí)他人的優(yōu)點(diǎn)，善于總結(jié)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)很好的鍛煉,它鍛煉了我的思考能力和耐心.做這個(gè)課程設(shè)計(jì)除了需要一定知識(shí)的積累，還需要極大的耐心。用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)生活中的東西，加深了對(duì)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的了解。10參考文獻(xiàn)1.【日】太陽(yáng)光發(fā)電協(xié)會(huì)編太陽(yáng)能光佚發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工北京:科學(xué)出版社(2006(2.混凝土平屋面光伏組件支架的連接設(shè)計(jì)祁建洲2012.53.格爾木200MWp并網(wǎng)光伏電站組件支架基礎(chǔ)的