光伏支架强度的设计和计算

从如何选材，如何计算都说的比较详细。结合自己在支架设计方面的心得，总结如下，希望对系统发电行业的朋友有所帮助：

支架是安装从下端到上端高度为4m以下的太阳能电池阵列时使用。计算因从支架前面吹来（顺风）的风压及从支架后面吹来（逆风）的风压引起的材料的弯曲强度和弯曲量，支撑臂的压曲（压缩）以及拉伸强度，安装螺栓的强度等，并确认强度。

（1） 结构材料

选取支架材料，确定截面二次力矩IM和截面系数Z。大部分用角钢，或方管。

（2） 假象载荷

固定荷重（G）

组件质量（包括边框）GM +框架自重GK1+其他GK2

固定载荷G=GM+ GK1+ GK2

风压荷重（W）

（加在组件上的风压力（WM）和加在支撑物上的风压力（WK）的总和）。

W=1/2×（CW×σ×V02×S）×a×I×J

3） 积雪载荷（S）。与组件面垂直的积雪荷重。

4） 地震载荷（K）。加在支撑物上的水平地震力

5） 总荷重（W）

正压：5）=1）+2）+3）+4）

负压：5）=1）-2）+3）+4）

载荷的条件和组合

载荷条件一般地方多雪区域

长期平时GG+0.7S

短期积雪时G+SG+S

暴风时G+WG+0.35S+W

地震时G+KG+0.35S+K

1、风压载荷的计算

2、作用于基础的反作用力的计算

3、基础稳定性计算

当受到强风时，对于构造物基础要考虑以下问题：

①受横向风的影响，基础滑动或者跌倒

②地基下沉（垂直力超过垂直支撑力）

③基础本身被破坏

④吹进电池板背面的风使构造物浮起

⑤吹过电池板下侧的风产生旋涡，引起气压变化，使电池板向地面吸引

对于③～⑤须采用流体解析等方法才能详细研究。研究风向只考虑危险侧的逆风状态

以下所示为各种稳定条件：

a.对滑动的稳定

平时：安全率Fs≥1.5;地震及暴风时：安全率Fs≥1.2

b.对跌倒的稳定

平时：合力作用位置在底盘的中央1/3以内时

地震及暴风时：合力作用位置在底盘的中央2/3以内时

c.对垂直支撑力的稳定

平时：安全率Fs≥3;地震及暴风时：安全率Fs≥2

风荷载计算

（1）设计时的风压载荷

W=Cw×q×Aw（作用于阵列的风压载荷公式）

式中 W——风压荷重

Cw——风力系数

q ——设计用速度压（N/m2）

Aw——受风面积（m2）

（2）设计时的速度压

q=q0×a×I×J

式中 q——设计时的速度压（N/m2）

q0——基准速度压（N/m2）

a——高度补偿系数

I——用途系数

J——环境系数

1）基准速度压。设定基准高度10m，由下式算出：

q0=1/2×σ×V02

式中 q0——基准速度压（N/m2）

σ——空气密度风速（Ns2/m4）

V0——设计用基准（m/s）

2）高度补正系数。随地面以上的高度不同，速度压也不同，因此要进行高度补正。高度补正系数由下式算出：

a=（h/h0）1/n

式中a——高度补正系数；

h——阵列的地面以上高度

h0——基准地面以上高度10米

n——表示因高度递增变化的程度，5为标准

3）用途系数。通常1.0

4）环境系数。通常1.0

积雪荷载计算

设计时的积雪载荷：

S=CS×P×ZS×AS

式中 S——积雪荷重

CS——坡度系数

P ——雪的平均单位质量（相当于积雪25px的质量，N/m2）

一般的地方19.6N以上，多雪区域为29.4N以上。

ZS——地上垂直最深积雪量（cm）

AS——积雪面积

（1）坡度系数

2）雪的平均单位质量

雪的平均单位质量是指积雪厚度为25px、面积为1m2的质量。

（3）积雪量

太阳能电池阵列面的设计用积雪量设定为地上垂直最深的积雪量（ZS），但是，经常扫雪而积雪量减少的场合，根据状况可以减小ZS值。

要掌握支架设计强度的方法。理论基石是你首先要学习过工程力学和机械设计中强度载荷的理论知识。

对于非机械专业的朋友来讲，做这样的工作显得非常吃力。呵呵。不过没关系，我这也是在理论上探讨一下支架的设计方法，实际应用当中，都是用SOLIDWORKS.PROE等制图软件来设计的。

 

（来源：新浪博客）