光伏支架是为了电池组件有更好的朝向和让系

　　光伏系统支架的设计方案_能源/化工_工程科技_专业资料。光伏系统支架的设计包含对支架构造的有关考虑,对施工的整合要求

　　新能源科学与工程学院 光伏系统设计与施工 课程设计 学 院： 新能源科学与工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 名字就不告诉你们了 指导教师： 实施时间： 2013.11.18—2013.11.22 项目课程成绩： 一、 课程设计目的： 课程设计是《光伏系统设计与施工》课程的一个总结性教学环节，是培养学 生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训 练。在整个教学计划中，它也起着培养学生独立工作能力的重要作用。 课程设计不同于平时的作业，在设计中需要学生自己做出决策，即自己确定 方案，选择流程，查取资料，进行过程和设计算，并要对自己的选择做出设计 和核算，经过反复的分析比较，择优选定理想的方案和合理的设计。所以，课 程设计是培养学生独立工作能力的有益实践。 通过课程设计,学生应该注重以下几个能力的训练和培养： 1. 查阅资料，选用公式和搜集数据(包括从已发表的文献中和从生产现场中 搜集)的能力； 2. 树立既考虑技术上的先进性又考虑经济上的合理性正确设计思想，在这 种设计思想的指导下去分析和解决实际问题的能力； 3. 用简洁的文字或清晰的图表来表达自己设计思想的能力； 4.综合运用了以前所学的各门课程的知识（高数、CAD 制图、机械制图、计 算机等等）使相关学科的知识有机地联系起来； 5.运用太阳能光伏发电系统设计与施工中的知识解决工程中的实际问题。 二、课程设计日程安排： 实施时间 2013 年 11 月 18 日 实习内容安排 讲解任务、设计原理及要求 学生选定实验室电池组件对其长度及质 量进行测量，讲解参观学习实验室屋顶 及学习地面电站支架，对关键部位的连 接进行深入观测。 针对新余地区的光伏并网电站，对给定 的电池组件进行荷载计算，包括风压荷 载计算，下载相关支架图片手绘制图纸 出具图纸（用 CAD 制图） ，打印报告， 请指导教师批阅并给出评语 提交设计书、答辩报告书、分组交叉答 地点 主附西多媒体 5 2013 年 11 月 19 日 主 A210 教室 2013 年 11 月 20 日 主 A210 教室 2013 年 11 月 21 日 主 A210 教室 2013 年 11 月 22 日 主 A210 教室 辩 2 三、课程设计任务： 1、 光伏发电系统支架设计书 2、 光伏发电系统支架设计图纸：支架整体及侧面的 CAD 制图 3、课程设计答辩 四、课程设计成绩 本课程设计成绩的评定为百分制，其中支架设计书/满分 40、支架 CAD 制 图的设计图纸满分 30、课程设计答辩 30 分。 课程设计的总成绩=光伏发电系统支架设计书+光伏发电系统支架设计图纸： 支架整体及侧面的 CAD 制图+课程设计答辩成绩。 3 附件 1： 光伏发电系统支架设计书 摘要 随着世界各国太阳能发电的兴起， 安装光伏系统已经成为光伏发电当中的一 个重要组成部分， 安装光伏系统是对太阳电池在各种环境当中如何进行稳定的发 电、固定、倾角的一个综合任务。 关键词 光伏系统 组件 支架安装 引言 太阳能光伏组件支架是固定太阳能电池板的重要部件， 在获得太阳能电池板 发电效率的前提下， 保证支架的安全可靠性是安装光伏组件人员需要考虑和 研究的。 根据不同形式的太阳能光伏发电的需要，支架系统一般分为单立柱太阳 能支架、双立柱太阳能支架、矩阵太阳能支架、屋顶太阳能支架、墙体太阳能支 架、 追踪系统系列支架等若干规格型号，同时按照不同的安装方式又分为地面安 装系统、屋顶安装系统和建筑节能一体化支架安装系统。 本课题主要是对地面安装系统支架的设计，在设计中将会对系统的选址、支 架的夹角、支架的抗压强度、以及光伏组件支架系统的连接方式，材质，选型， 做一个全面的分析阐述。 1.1 设计要求 1.1.1 光伏系统的选址 针对新余市的地理位置，经过对土质的勘察,新余市土地 1 到 2 米的地表土 层为疏松土质,因此在安装光伏组件的时候,应该对土地进行深挖,使用混凝土底 座,一是对组件的一个固定,二是对光伏组件的一个配重,确保组件的稳定牢固。 图（1）混凝土底座 4 1.1.2.支架的夹角 新余市的地理位置为北纬 27°33’～28°05’，东经 114°29’～ 115°24’。属亚热带湿润性气候, 具有四季分明、气候温和、日照充足、雨量 充沛、无霜期长、严冬较短的特征, 年平均气温 15. 3℃ , 历史气温 39. 1℃, 气温- 17. 7℃; 年降水量 961 ~ 1048 毫米, 日降雨量 214.2 毫米； 年日照时数 1700 小时, 太阳辐射和日照时数较为匮乏, 但可利用。 根据地理位置及新余市的气候条件（如图 2）可取倾角为 24 度。 （参照：新余高专学报第 15 卷第 6 期 2010 年 12 月，新余市 LED 光伏照明系统 倾角的优化设计） 参数 水平辐射 量 斜面辐射 量 气温 相对 湿度 日照 实数 长连 续阴雨天 数 年平 均值 13094KJ/ ㎡ 13714KJ/ ㎡ 29. 4℃ 74%-84 % 1655 h 5天 2.1.支架材料的选用 2.1.1 选用组件的参数 电池类型 功率(Wp) 工作电流（Amppt） 工作电压（Vmppt） 开路电压（Voc) 短路电流(Isc) 单个电池重量（kg) 尺寸（mm×mm） 多晶硅 180W±3% 4.96A 36.4V 44.6V 5.28A 15.6kg 1580×808×40 5 2.1.2 支架结构 系统的支架和结构设计，是为了电池组件有更好的朝向和让系统有更 好的倾角，并且能够抵御自然界是对其影响，因此，结构必须牢固。 本次 设计采用的是三角形和矩形相结合的结构。 太阳能电池板铺设在结构的斜面上，作为一个整体，所采用的钢为 C 型钢，三角钢，扁钢。在系统的斜面固上固定太阳能电池板的材质则为不 锈钢的铝合金。各种钢筋之间采用焊接或螺丝固定。 图（2）支架的构成 该支架设计采用混凝土作为底座的支撑， 选用 5 根竖直支架作为主要支架来 支撑， 另外有 3 根底座支架及 4 根横向支架，再加上有 3 根横梁和拉杆来固定电 池片，支架上有电池组件 3 块纵向放置，使得该组件成为一个完整的整体。 2.1.3 钢材的选用 钢材作为支架中重要的组成部分，它的选择直接影响系统的使用寿命，而 正确的选择钢材，不仅使得系统整体美观，还会节约成本、配重合理，增加使用 年限。以下是选取的表格。 6 支架组成部 分 底座支架 横向支架 固定梁 竖直支架 横梁 拉杆 螺丝 钢材的选择 使用数量 重量（kg) 钢材的规格 扁钢 扁钢 三角钢 三角钢 铝合金 三角钢 低碳合金钢 3 4 3 5 3 3 若干 3 4.5 2.5 3.5 2 2.5 3.5 Q35B 型热浸镀锌 Q235B 型热浸镀锌 Q35B 型热浸镀锌 55-80μ m Q235B 型热浸镀锌 Al6005-T5 外表阳极氧化 Q235B 型热浸镀锌 M14×40 2.2 光伏支架强度的计算 2.2.1.固定组件的负荷 G（g 取 10N/kg) 组件质量 Gm=15.6kg×3=46.8kg=468N 各钢架的质量： 3×3＋4×4.5+3×2.5+5×3.5+3×2+3×2.5=65.5kg=655N 其他结构材料:螺母，螺栓等 G=3.5kg=35N 固定组件负荷： G=468+655+35=1158N 2.2.2.风压负荷（W） W=1/2×（Cw×ρ ×V02×S）×α ×I×J 式中 Cw—为风力系数通过查阅资料可知 顺风时 Cw=1.06，逆风时 Cw=1.43； Ρ —为空气密度=1.274N*s2/m4； V—为风速取新余 40m/s； S—面积=1.586×0.808×3=3.85m2； α —为高度补正系数=(h/h0)1/5, h—为阵列的地面以上高度这里取值为 2.5m， h0——为基准地面以上高度 10m，所以α =(h/h0)1/5=（2.5/10）1/5=0.758； I—为用途系数=本光伏发电系统为通常光伏发电系统所以系数取 1； 7 J—为环境系数=本光伏发电系统没有障碍物的平坦地，系数取 1.15。 当风从阵列前方吹来（顺风）的时候风压负荷 W 为 W=1/2×1.06×1.274×402×3.85×0.758×1×1.15=3625.5N 当风从阵列后方吹来（逆风）的时候风压负荷 W1 为 W1=1/2×1.43×1.274×402×3.85×0.758×1×1.15=4890N 该风压对太阳能电池方阵作为上吹荷重起作用。 2.2.3.总负荷 顺风时候总荷重 G+W=1158+3625.5=4783.5N 逆风时候总荷重 G- W1=1158-4890=-3732N 因此，设计中采用的是悬空的支架设计： 图（3）悬空的支架设计 支架的悬空设计有利于气流的流通，在遭遇大风天气时，不会对光伏系统 造成损伤，很好的对系统进行保护。 2.3 各部件的安装连接 底座支架与竖直支架和固定 梁之间的连接，底座支架与竖直支 架采用的是焊接的方法，之间连接 的是用三角钢（如左图） ，竖直支 架与固定梁之间则是采用螺丝连 接，在支架上有相应的螺丝孔，安 装方便简洁。 图（4）底座支架与竖直支架和固定梁之间 的连接 8 横梁与拉杆之 间使用螺丝连接， 因 为拉杆采用的是三 角钢， 适合打孔使用 螺丝， 螺丝采用的型 号是 M14×40，使用 配套垫片， 横梁采用 的是铝合金材质的 导轨。 图 （5） 横梁与拉杆之间的连接 固定梁与拉 杆之间的连接同 样采用的是 M14 × 40 型 号 的 螺 丝，注意安装螺 丝时要选用同种 型号的垫片，螺 丝要拧紧，防止 松动。 图（6）固定梁与拉杆之间的连 接 电池组件与横 梁之间的连接，组件 边框上有打好的配套 螺丝孔，安装时直接 将螺丝与横梁和组件 边框相连接，同样要 使用同种型号的垫 片。 图（7）电池组件与横梁之间的连接 9 3.1 设计评述及体会 本次设计使用了大量 CAD 绘图、图片、表格，来展现产品的各个特点，使得 观察者能够很清晰的明白设计者的用途，这是这次设计的一个特点，也是一个优 点。对于 CAD 绘图来说是一个很好的表现形式，但是对于一个 CAD 初学者来说， 系统的绘制光伏系统的三维图形，确实有点吃力，但经过这几天的边学边画，已 经能够掌握一般的绘制方法，在这次设计中也是一个难得的收获。 设计中采用了很多其他的文献资料，这会使设计更加的有深度，更加的科学 性， 对于一个设计来说是很必要的，但对设计者来说这就要求有很好的收集资料 的能力，学习他人的优点，善于总结。 通过这次的课程设计,对于我们来说是一个很好的锻炼, 它锻炼了我的思考 能力和耐心.做这个课程设计除了需要一定知识的积累，还需要极大的耐心。用 所学知识设计生活中的东西，加深了对光伏系统设计的了解。 10 参考文献 1.【日】太阳光发电协会编太阳能光佚发电系统的设计与施工 北京：科学 出版社．2006． 2.混凝土平屋面光伏组件支架的连接设计 祁建洲 2012.5 3.格尔木 200MWp 并网光伏电站组件支架基础的选择 许建军 科技报. 2013.2 4.新疆天华阳光农一师光伏电站项目光伏支架基础选型的探讨 商长征 科技向导. 2013 年 第5期 5.新余市 LED 光伏照明系统倾角的优化设计 李 玲, 廖卫兵, 张发云, 刘 波, 杨祚宝 新余高专学报第 15 卷第 6 期 2010 年 12 月 11 附图 2：太阳电池组件尺寸示意图（一张 A4 纸一页图） 12 附图 3：地面太阳电池组件支架示意图（一张 A4 纸一页图） 13 附图 4 太阳电池组件分解示意图（一张 A4 纸一页图） 14 15
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