本系统设计风速为40 m/s光伏支架

　　专业班级：11 级光伏发电2 实施时间：2013.11.18—2013.11.22 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。 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； 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； 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。 近两百年来，人类在不断地以爆炸式的增长的方式向地球索取能源，使得化石能源行将消耗殆尽并导致环境日益恶化。为此，世界各国政府，科技界和产业界已经共同认识到，大力 开发和利用太阳能石建立起清洁和可持续发展的能源体系的必由之路。 太阳辐射能完全可以转化为人类所需要的能源，并且资源无限，清洁干净。太阳能光伏发电是开发和利用太阳能的灵活方便的方式，近年来得到了飞速的发展。专家们预言，光伏支架到 21 世纪中叶，太阳能光伏发电将发展成为重要的发电方式，在世界可持续发展的能源结构 中占有相当的比例。 本次设计的主要是用于安放太阳电池组件的支架结构。目前我国普遍使用的太阳能光伏系统支架从材质上分，主要有混凝土支架、钢支架和铝合金支架等三种。混凝土支架主要应用 在大兴光伏电站上，因其自重大，只能安放在野外且基础较好的地区，但稳定性高，可以支 撑尺寸巨大的电池板。铝合金支架一般用在民用建筑屋顶太阳能应用上，铝合金具有耐腐蚀、 质量轻、美观耐用的特点，但其承载力低，无法应用在太阳能电站项目上。另外，铝合金的 价格比热镀锌后的钢材稍高。而钢支架性能稳定，制造工艺成熟，承载力高，安装简便，广 泛应用于民用、工业太阳能光伏和太阳能电站中。 章新余太阳能资源.............................................................................................. 1.1气候条件.......................................................................................................... 1.2地理位置.......................................................................................................... 1.3气象资料.......................................................................................................... 第二章太阳电池方阵支架设计.................................................................................. 2.1支架强度的计算............................................................................................. 2.2设计对象.......................................................................................................... 2.3荷重计算......................................................................................................... 2.4支撑臂支点确定........................................................................................... 2.5光伏阵列钢支架的设计.................................................................................. 2.6钢材的分类..................................................................................................... 2.7钢结构的设计................................................................................................. 2.8光伏发电系统组件方阵的倾角...................................................................... 2.9光伏发电系统组件阵列.................................................................................. 第三章接地防雷.......................................................................................................... 3.1接地体的埋设.................................................................................................. 3.2避雷针的安装.................................................................................................. 章新余太阳能资源 1.1气候条件 新余市年平均气温15.3，历史气温 39.1，气温-17.7；年降水量 961~1048 毫米，光伏支架日降雨量2142 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。 1.2地理位置 江西新余市位于北纬2733′~2805′，东经11429′~11524′，属于亚热带湿润性气候，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。 1.3气象资料 第二章太阳电池方阵支架设计 2.1支架强度的计算 在太阳能电池阵列用的支架设计时，为了使其成为能够承受各种荷载的支架,要考虑支架的材料选型,以及数量，再设计确定强度。本光伏发电系统的支架，采用 块电池排列成三行两列的形式排放。光伏组件选择240Wp 多晶硅光伏组件，组件效率14.12%。 2.2设计对象 本套系统太阳能电池组件采用LDK所生产的电池组件重15.6kg/个，用于左右的4 角钢框架（L5005050）和7组螺母,螺栓安装。4 个角钢框上面横拉2 根框架角钢，2 撑臂（20005025mm），下端基座上面采用竖向2根钢管（L9005025mm），以及螺母螺 栓若干固定。支架相对水平有27.6角。 根据新余市实际气候条件本套光伏发电系统中强度 计算只考虑固定荷重G,暴风雨的风压荷重W和积雪荷重S 的短期复合荷重。新余地区 风速不超过12 级（32.6m/s），本系统设计风速为40 m/s，积雪厚度不超过20cm，取积雪深 度为20cm。雨水冲击力1000N。 2.3荷重计算 Gk=4.43kg/m4.2m2=37.2kg=364.7N框架自重Gn=1.36 kg/m2.06m7=19.6kg=192N 其他 结构材料，螺母，螺栓等G=3kg=29N 固定荷重G=1182+364.7+192+29=1768(N） W=1/2（CwρV02S）αIJ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； 面积=1.5860.8086=7.7m2；α 为高度补正系数=(h/h0)1/5, 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； 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，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=1/21.061.2744027.70.75811.15+1000=8251N当风从阵列后方吹来（逆风）的 时候风压负荷W1 W1=1/21.431.2744027.70.75811.15=9780N该风压对太阳能电 池方阵作为上吹荷重起作用。 2.4支撑臂支点确定 角钢框架受到均布荷重的悬空横梁由两根15005050mm角钢支撑，四根5005050mm 角支撑于地面。钢通过设计考虑，所使用的角钢材料为 SS 时候短期弯曲允许力在其承 受范围d 太阳电池组件倾角是太阳电池组件平面与水平面的夹角。光伏组件方阵的方位角是方阵的垂直面与正南面的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）。对于倾角的选择， 在光伏独立发电系统中，由于受到蓄电池荷电状态等因素的限制，因此应综合考虑光伏方阵 面上太阳辐射量的连续性、均匀性、极大性。 由权威科学计算可知，光伏倾角等于24.2时全年接受到的太阳辐射能量。因此对于 新余市LED 光伏并网照明系统的倾角应取24.2。 2.9光伏发电系统组件阵列 此次设计的光伏发电系统组件为18 块电池板以三行两列的形式排放，采用的是多晶硅太 阳电池。 第三章接地防雷 为防止雷击和系统漏电引发的人身事故和保护财产安全，必须为系统配比防雷系统，一般而言，光伏系统的电气设和金属支架必须接地，避免产生接触电压。本系统采用避雷针来 防止雷击。 3.1接地体的埋设 在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，在配电机房附近选择一地下无管道、无阴沟、土层较厚、潮湿的开阔地面，一字排列挖直径 1m、深 2m 个坑用于埋设电气设保护等地线的接地体，另一个坑用于单独埋设避雷针地线的接地体)，坑与坑的间距应不小于3m。坑 将接地体放入坑中后，在其周围填充接地专用 降阻剂，直至基本将接地体掩埋。填充过程中应同时向坑内注入一定的清水，以使降阻剂充 分起效。后用原土将坑填满整实。光伏支架电器、设保护等接地线的引下线mm 接地专用多股铜芯电缆连接，避雷针的引下线）避雷带在屋脊或檐口支座、支架上安装使用混凝土支座或支架固定。现场浇制支座， 先将脊瓦敲去一角，使支座与脊瓦内的砂浆连成一体； 支架固定时，需用电钻将脊瓦钻孔，再将支架插入孔内，用水泥砂浆填塞牢固。支座和 支架，水平间距为1-1. 5m，转弯处为0. 25m-0. 5m。 太阳电池组件尺寸示意图（一张A4纸一页页图） 地面太阳电池组件支架示意图（一张A4纸一页图） 地面太阳电池组件支架分解示意图（一张A4纸一页图）
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