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光伏支架受力性能影響參數的有限元分析

發布于:2024-01-29 20:14
有限元分析

      太陽能光伏產業是世界發展速度最快的行業之一。為實現能源和環境的可持續發展,世界各國均將太陽能光伏發電作為新能源與可再生能源發展的重點。在各國政府的大力扶持下,世界太陽能光伏產業發展迅猛。截止2010年底,全國光伏電池安裝量已達到90萬kW,居全球第八位。一般來說,在一個大型太陽能發電站項目中,建安成本占整個項目總投資的21%左右。如果選用的支架不合適,會增加加工成本、安裝成本及后期的養護成本。陳源采用SAP2000建立了三維的光伏支架模型,計算得到了支架在各種荷載作用下的受力狀態。蘇慧采用力學求解法對連云港職業技術學院1MW光伏支架的主、次梁和立柱進行了強度和變形驗算。
      目前,國內對光伏電站支架設計的有限元分析較少,本文以北京市某實際工程為例,應用有限元軟件ANSYS對鋼支架次梁進行了受力性能影響參數分析,為光伏電站的支架的合理設計提供依據。
      本工程位于北京市密云縣,太陽能板支架為主次梁布置結構。次梁為多跨連續梁,承受太陽能板傳來荷載值;主梁為兩跨連續梁結構,通過立柱等將荷載傳至基礎,光伏支架示意圖見圖1。
      本文光伏支架次梁選用目前使用最廣泛的U型槽鋼,其截面示意圖如圖2所示。
      次梁的U型槽鋼采用SOLID45三維實體單元。該單元具有8個節點,每個節點有三個平動自由度,具有模擬塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變的特征。
      鋼材的彈性模量為206000MPa,泊松比為0.3,密度為7850kg/mm3,Q235鋼的屈服強度設計值為215MPa,容許撓度為L/200(L為槽鋼的支座間距),采用適用于金屬材料的vonMises屈服準則,本構模型采用雙線性等向強化模型BISO模擬,見圖。
      梁的有限元模型如圖所示。荷載計算光伏組件自重。實測單塊光伏組件的自重P1為0.2kN/m2。風荷載。北京密云光伏電站地面粗糙度為B類,支架頂端離地距離小于5m,則根據規范GB50009-2012《建筑結構荷載規范》可得風壓高度變化系數1.0,風荷載體型系數1.4,陣風系數為1.0,基本風壓為0.45kN/m2。風荷載標準值表達式見下式:Wk=βzμsμzw0(2)式中,βz為陣風系數;μs為風荷載體型系數;μz為風壓高度變化系數;w0基本風壓為。本文風荷載取值為0.63kN/m2。
      雪荷載:北京密云地區基本雪壓為0.4kN/m2,積雪分布系數0.52。雪荷載標準值表達式見式:Sk=μrs0,式中,μr為屋面積雪分布系數;s0為基本雪壓。本文雪荷載取值為0.208kN/m2。組合荷載。實際工程中,要求光伏支架能夠抵抗7級大風,所以荷載效應組合應考慮風荷載組合效應。組合荷載表達式見式:Sd=1.2P1+1.4Wk+1.4×0.7Sk,本文組合荷載取值為1.33kN/m2。有限元分析荷載。8塊組件安裝在4根次梁上,每根次梁有2個面受力,受力面寬為a。次梁所受的面荷載P2表達式見式:P2=1.64Sd4000a。本文有限元分析荷載取值為0.054N/mm2。影響參數有限元分析GB50797-2012根據《光伏發電站設計規范》要求,光伏支架應按承載能力極限狀態計算結構和構件的強度和變形。


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