浅谈太阳能光伏组件支架的设计选型

摘要：近年来，随着经济的发展，太阳能发电产业也得到迅速发展，对于太阳能光伏系统而言，组件支架是其中的重要组成部分，费用约占整个费用的10%左右，支架费用的支付可以使用改进的方式进行降低，只要做好支架的设计和选型工作，不仅能够提高整个系统使用的稳定性，也能够降低安装和维护的费用，下面就以乌鲁木齐市为例分析太阳能光伏组件支架的设计选型方式。

关键词：太阳能光伏组件；支架；设计；选型

中图分类号：TK511 文献标识码：A 文章编号：

Abstract: in recent years, with the development of economy, the solar power industry has been developing rapidly, for solar photovoltaic system, the component support is an important part of the total cost, cost is about 10%, can reduce the cost of pay bracket using the improved method, as long as good design and selection of the bracket, not only can improve the stability of the whole system, reduces the installation and maintenance cost, here in Urumqi city for design and selection of mode analysis of bracket of solar photovoltaic module.

Keywords: solar photovoltaic modules; Stents; design; selection

中图分类号：TM615文献标识码：A文章编号：

1、太阳能光伏组件分类和发电原理

在现阶段下，太阳能光伏组件中最为成熟的就是硅元件，按照材质进行分类可以分为晶体硅与非晶体硅两种。晶体硅生产的发电率约为13%到17%，非晶体硅生产发电率为7%到10%左右，考虑到晶体硅的发电效率较高，因此市场中太阳能大多使用晶体硅电池。太阳能光伏发电系统包括离网光伏蓄电系统和光伏并网发电系统两种，其中，离网光伏蓄电系统的应用较为广泛，适应性较广，结构也相对简单，但是也有一些缺点，最为突出的表现就是维护困难、电池的体积也较大，因此，使用范围也受到了一定的限制。太阳能光伏系统包括蓄电池、太阳能电池板、用电负载、控制器以及DC-AC逆变器组成，在这些组件之中，蓄电池、太阳能电池板、逆变器是电源系统，控制器则属于控制保护系统。在太阳能光伏发电系统中，控制设备、发电设备、通信设备和升压变压器的费用占据着主要地位，支架则占据总费用的10%左右，前者的费用主要有材料的科技水平决定，在短时间内难以降低，而支架的费用则可以通过改进的方式来降低，下面就针对太阳能光伏组件支架的合计选型进行深入的分析和探讨。

2、无基础光伏组件支架设计

本文无基础光伏组件支架设计以乌鲁木齐市为例，以荒漠为原型设计，光伏板距离地面高度为400mm，其目的是为了满足植物的生长，避免植物对光伏板产生遮挡，光伏组件倾角则为41°，乌鲁木齐市50余年来距地面10m处最大风速是50m/s，取最大风速60m/s，那么：

,

其中，为离地高度Z处平均风速；是离地参考高度处平均风速；是风速轮廓线指数。

风速廓线指数与地面粗糙度息息相关，就现阶段来看，我国建筑物结构载荷规范将地貌明确分为四类，A类、B类、C类和D类，其中A类为近海海岛、海面、湖岸、海岸和沙漠地区，为0.12，B类则是乡村、田野、丘陵、丛林和房屋中稀疏的中型和小型城镇、或者大城市郊区中，为0.16，C类即建筑物密集的市区，为0.20，D类为建筑物密集且建筑物较高的市区，为0.30，本次研究中取为0.16。支架使用三角结构，该种结构相关简单，稳定性能也十分理想，其结构详见图1.

图1 光伏组件结构尺寸图

由上图可以得出，光伏组件几何中心为O点，在背向时中心偏移至，正向时中心偏移至，按照可以计算出距离地面2m风速，对于2m以下的高度均按照2m风速进行计算，根据运算，风速为49.46m/s。根据地锚拉力实验可以得知，一根深度30mm、直径12mm地锚拔出时用力约为1500N，因此，可以先设计好无基础支架，再进行推广。下面就以L30304的角钢型号分析支架设计方式：

根据《机械设计手册》P652中可以查得，Im=1.84cm4，Z=0.87cm3,根据计算，可以得出截面面积是2.276cm2，重量是1.786kg/m。

支架重M支=1.786（2.0632+1.1892+2.52）=20.546kg

光伏组件M光=12.2kg，防水接线箱、其他结构材料M5=3kg，那么其固定载荷G=（12.2+20.546+3）9.8=350.3N

风压荷重W正=1681N，W背=1754N。

正向总荷重=G+W=2031.3N

背面总荷重=G-W=-1404.7N

根据以上数据可以得出，正向时顺风支架承受载荷大于背向载荷，因此分析的重点为正向支架受力情况。光伏组件正向时受力分析图详见图2.

图2 光伏组件正向时受力分析图

根据上图可以得出，F=F7.8+F9.10，F9.10,6+F7.81365=F544.5，F已知，根据计算可以得知F7.8=754N，F9.10=1277N，固定荷重为350N，根据计算可以得知F’7.8=1094N，F’9.10=1627N。图3为支架AB梁受力分析图。

图3 支架AB梁受力分析图

其中，AB正向情况下弯曲应力为：Mmax；=837N·m，

应力，由于角钢有两根，因此，为1/2，根据计算，=48103N/cm2.

这时，等边角钢f=（0.6+0.0015），将上述数值带入算式中，如果1＞f，那么角钢便难以满足实际的要求。

3、结语

按照以上的计算方式计算出不同型号角钢受力情况，即可根据工程的实际情况选择出太阳能光伏组件支架的型号。

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