关于光伏支架结构优化设计的思考

关于光伏支架结构优化设计的思考

冯涛

信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司江苏省无锡市214000

摘要：伴随着经济的发展，我们对能源的需求也在加大，能源危机不断出现。在这个矛盾共同体的作用下，发展新能源势在必行，光伏发电作为世界上新能源发展的新趋势，它主要利用太阳能光伏发电系统为技术支持，通过光伏支架来保证光伏发电系统的安全、可靠、高效的运行，那么光伏支架作为光伏发电设计中的主要环节，既要考虑支架的硬度、柔韧性和可靠性等方面，又要尽可能的减少钢材的消耗，对整个系统的成本进行有效的控制，这些都是优化光伏支架结构中必须思考的问题。

关键词：光伏支架；结构优化；设计思考

一、引言

改革开放以来，产业化推动了市场经济的发展，各个行业对能源的需求也不断增加，我国资源匮乏，能源紧张的问题由来已久，大力开发光伏产业受到全社会的广泛关注，建设光伏发电站等工程项目得到国家的重视，光伏发电设计的主要就是光伏支架结构的设计，它在我国还处在初级阶段，如何优化光伏支架结构设计摆在我们科研部门的面前。

二、光伏电站的存在的现状

（1）、由于光伏电站对光源的要求特别高，电站主要建造在一些地势比较高、非常荒凉的山地，交通特别不方便，我们的一些大型机械设备根本无法发挥作用，对施工单位安装光伏组件造成很大的难度。我们常见的山地光伏电站，通常建在人迹罕至的高山，土地成本比较低，因此受外界的影响较小。

（2）、我国建造光伏电站主要是为了缓解能源紧张的现状，但山地光伏电站受自然条件的限制太多，电站的布局很难合理规划，同我们的沙漠光伏电站比较，山地光伏电站的地域局限性很大，造成建设的成本直线攀升，所以光伏支架结构优化设计只能是一纸空谈，相关的施工建设工作根本无从谈起。

三、光伏支架的结构设计原理

（1）、使用采光支架元件。采光支架就是安装光伏组件的支架，它主要是人为的控制光伏组件的自由度。大多数的采光支架由2个子支架和1个辅助支架构成，子支架和辅助支架连接处分别用方形的钢管焊接，同时用U形的螺栓加以固定。采光支架能支撑4块光伏组件，它们呈正方形的形状按次序安装，光伏组件的后采光支架重心放置在正方形的中心上面，1个子支架能同时放置2块单晶硅。

（2）、角度调节元件。在光伏支架的角度追踪设计要求中，通常采光支架有2个子支架，因此角度调节元件需要两个独立的调节结构来达到追踪的目的，所以设计时需要考虑两个角度的功能需求。

（一）、太阳高度角。它的跟踪调节主要依靠电动缸的伸缩。由电动缸的伸缩控制采光支架，从而实现用太阳高度角跟踪调节的需要。

（二）、太阳方位角。太阳方位角利用步进电机，用它产生的动力来驱动涡轮杆转动采光支架调节角度，达到追踪太阳方位的目的。

（3）、支撑元件。支撑元件是用来支撑光伏支架的，它由1个支撑管和2个法兰盘组成，支撑元件既要承受力强，占用面积小，又不会对整个支架的转动造成干扰，所以设计时常会用到空心圆管。

四、光伏支架结构具备的性能

（1）、安全性。光伏支架由于常年处在自然环境相对恶劣的条件下，也不能排除出现极端的天气情况，它的结构设计必须能经受这种大自然的考验以及施工和使用过程中有可能发生的事件，光伏支架都要能适应，保证整个光伏电站整体正常运转的需要。

（2）、适用性。光伏电站在正常运行时，不会因工作的时间长而产生变形，所以要有卓越的适用性。

3（）、耐用性。光伏支架长期暴露在恶劣的自然条件下，电站要正常工作，支架的使用材料必须抗风化、老化和腐蚀，在必要的维护保养的前提下，耐用性能一定要好。

五、支架结构优化的设计的方式

光伏支架结构是超静定的，光伏行业通常用电算方法来分析支架结构，传统使用的PKPM、SAP2000等软件已不能满足对光伏支架的硬度、刚度、可靠性等计算数据的需要，PKPM虽然使用方法比较容易掌握，效率较高，但没有针对光伏支架截面的专业的运算系统，只能依靠类似的截面替代，而且加载的方法运用也不科学，因此得出的计算结果不如人意。SAP2000由于对支架的支点等这些细微的部分无法精确的计算到，所以现在已经不再运用前面两种方法进行受力分析了。目前采用的ANSYS计算软件，它具有超强的计算功能，能对支架结构里的零星元件进行精确的模拟，根据它们细微的受力情况，得出不同的工作状况下的结构所具有的强度。

五、结束语

大力推广太阳能光伏发电这种清洁能源的开发和利用，既能从根本上缓解我国能源匮乏的现状，又不会对环境造成污染，光伏产业发展壮大迫在迫在眉睫，国家要加大对太阳能光伏电站的投入，光伏支架在整个光伏电站建设中占用重要的地位，它的结构优化设计关系重大，解决好了，才能更好的为光伏发电服务，真正解决我国能源紧缺的问题。

参考文献：

[1]梁甜,吴继亮,廖锷,谭争光.采煤塌陷区光伏支架及基础设计思考[J].低碳世界,2017,(09):34-35.

[2]杨涛,范久臣,刘荣辉,张浩,贾双林.基于有限元法的太阳能光伏支架结构设计与优化[J].吉林化工学院学报,2016,(03):39-44.

[3]栾石林,李光明,廖华,李文光.太阳能山地光伏电站优化设计研究[J].云南师范大学学报(自然科学版),2014,(05):25-31.

[4]陈源.光伏支架结构优化设计研究[J].电气应用,2013,(17):76-80.