一种固定式光伏发电支架系统优化及参数化设计

大型光伏电站支架结构的优化设计研究作者：赵永军来源：《城市建设理论研究》2014年第35期摘要：随着世界能源资源发展局势日趋紧张，光伏电站的工程建设项目在社会工程建设领域得到了一定的重视。

光伏电站具有环保性、灵活性等特点，可有效提高光电转化率，同时节省功率消耗。

关键词：大型光伏电站；支架结构；设计中图分类号：S611文献标识码： A一、光伏电站支架结构及优化方式1、大型光伏电站支架结构目前西部地面光伏电站的支架普遍采用Q235-B钢。

综合多种因素考虑，西部地面光伏电站建设一般采用固定式支架。

目前普遍采用的固定式支架主要由横梁、斜梁、前后支腿、斜撑组成，受力性能良好。

2、优化方式简介光伏支架为超静定结构，进行优化设计时，采用简单的手算等静力分析无法得出准确的计算结果，现在普遍采用电算方式进行结构分析，计算光伏支架的强度、刚度、稳定性时普遍使用的软件为PKPM和SAP2000。

PKPM操作简单，设计效率较高，但该软件没有适用于光伏支架的截面，计算时只能用近似的截面代替，其加载方式也不是很合理，计算结果并不能让人满意；SAP2000也有一定的缺点，对支架节点等细部，其无法进行受力分析。

ANSYS在结构计算上功能强大，它能够形象而准确地模拟出支架零部件中实体结构的细部受力特征，进而计算出不同工况下的结构强度。

二、支架优化设计主要对支架的部分构件进行有限元分析和优化。

经过用钢量统计，得出支架横梁和前后立柱下方的底座用钢量较大，因此着重对这两部分进行有限元分析和优化。

1、支架横梁有限元分析为使力学计算方便，在SAP2000中对支架结构进行整体有限元分析时，常将支架横梁建模成简单的C型钢形式，这样计算结果就与真实结果有所出入。

为准确计算出横梁在不同工况下的应力，在SAP2000中对整体结构进行计算后，再在ANSYS中对实际的冷弯内卷C型钢进行有限元分析，通过分析结果，可判定横梁结构是否安全。

取一根4720mm横梁进行有限元分析。

浅析光伏电站支架优化设计摘要：为了对光伏支架进行优化设计，需要选取合适的规范依据和参数，选择合理的支架形式以及合理的材料。

本文分别讨论了不同规范以及相应参数的合理选取，并重点对结构重要性系数、风荷载体型系数、风振系数进行了讨论。

另外建议采用双立柱的结构形式和合理的檩条跨度。

对于受力较大的构件建议选取强度较高的钢材。

关键词：优化设计；规范依据；支架形式；合理材料1 引言为了实现“3060”碳中和和碳达峰的目标，太阳能光伏发电的装机容量迅猛增长。

2021 年，中国新增55 GW，同比增长40%，总量达306 GW，新增装机连续9 年位居全球首位[1]。

由于光伏行业发展的时间较短，规范也不完善，市场上各种做法鱼龙混杂，有些支架设计过于保守，也有部分设计偏于不安全。

为了确保光伏支架安全的前提下能够做到合理的优化设计，必须进行多方面综合考虑。

2 选取合适的规范依据和参数国内很多规范以及参数尚不完善，需要综合选择合理的规范和参数作为设计依据才能保证支架安全的同时降低支架的成本。

目前光伏支架设计主要依据以下规范：《光伏支架结构设计规程》、《光伏发电站设计规范》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《钢结构设计标准》、《钢结构通用规范》、《工程结构通用规范》等。

其中《光伏支架结构设计规程》为主要的设计依据。

光伏支架结构设计规程》很多条文参考了《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》以及《钢结构设计标准》等规范的相关内容。

后者主要是针对建筑结构的规范，没有完全考虑光伏支架的应用场景而直接套用，因而出现很多与实际情况不符的现象。

并且多本规范规定和要求并不统一，甚至出现冲突的情况，给设计人员带来较大的困惑。

盲目不加分辨的套用规范条文，也会导致支架设计过于保守或者偏于不安全。

结构重要性系数是对不同重要性和失事后果的结构，为使其具有规定的可靠度而采用的系数。

光伏支架出事一般造成的危害性不大，因而光伏电站的光伏支架结构安全等级应为三级。

光伏系统支架的设计方案1.结构设计方案：支架的结构设计应考虑到以下几个方面：(1)强度：支架应能承受光伏组件的重量以及风荷载和雪荷载等外力，确保系统的稳定性和安全性。

(2)稳固性：支架应具备良好的抗风抗震性能，以确保在恶劣天气条件下能够保持整个系统的稳定。

(3)安装和维护便捷性：支架的设计应考虑到安装和维护的便捷性，减少人工和时间成本。

(4)可调节性：支架应具备较大的可调节范围，以便根据不同的安装环境进行调整。

结构设计方案可以选择传统的单柱式或双柱式支架，也可以选择钢结构或铝合金结构等材料。

2.材料选择：支架的材料应具备以下特点：(1)耐腐蚀性：由于光伏系统通常在户外工作，支架材料应具备较好的耐腐蚀性能，以延长其使用寿命。

(2)强度与刚性：支架材料应具备足够的强度和刚性，以保证光伏组件的稳定运行。

(3)轻量化：选择较轻的材料可以减少成本，方便运输和安装。

常用的材料包括钢材、铝合金、不锈钢等。

其中，铝合金是比较常见的选择，因为它具有较轻的重量、良好的耐腐蚀性能和易于加工的特点。

3.安装方式：支架的安装方式不仅影响到系统的稳定性，还会直接影响到系统的发电效率。

常见的安装方式有地面脚手架式、屋顶平面式和屋顶斜坡式等。

地面脚手架式适用于光伏电站或大型光伏系统，可以根据地块的大小和布局进行设计。

屋顶平面式适用于屋顶安装，便于安装和维护。

屋顶斜坡式适用于屋顶无法安装平面式支架的情况，可以根据屋顶坡度进行设计。

4.防护设计：为了延长光伏系统的使用寿命，支架的防护设计也不可忽视。

常见的防护设计包括防锈涂层处理和防雷击措施等。

防锈涂层处理可以延长支架的使用寿命，防雷击措施可以保护系统免受雷击的损害。

5.其他设计考虑因素：其他设计考虑因素包括成本和环保性。

设计方案应根据实际情况综合考虑以上因素，并予以综合平衡。

总之，光伏系统支架的设计方案需要考虑结构设计、材料选择、安装方式、防护设计和其他相关因素。

合理的设计方案可以确保系统的稳定性、安全性和发电效率，提高光伏系统的经济效益和环保性能。

光伏支架优化设计光伏支架是将太阳能电池板固定在地面或屋顶上的支撑结构，用于最大限度地吸收太阳能。

光伏支架设计的优化对于提高光伏发电系统的效率和可靠性至关重要。

首先，光伏支架的优化设计应考虑以下几个方面：1.结构材料的选择：光伏支架需要具备耐候性、耐腐蚀性和强度要求，常见的材料有铝合金、钢材和不锈钢等。

铝合金具有重量轻、耐腐蚀和可回收利用等优点，是目前使用最广泛的材料。

2.安装角度的确定：太阳能电池板的安装角度会直接影响光伏系统的发电效率。

在设计光伏支架时，应根据所处地区的纬度和倾斜角度来确定安装角度，以使太阳能电池板能最大限度地接受太阳辐射。

3.结构稳定性：光伏支架在面对恶劣天气条件时需要具备良好的稳定性。

支架的结构设计应考虑抗风性能，以防止强风对系统的破坏。

此外，还要考虑根基的稳固性以及地面或屋顶的承重能力。

4.维护和安全性考虑：光伏支架的设计应方便维护和保养。

例如，考虑到检修电池板和清理杂物的需要，可设计可移动的支架结构。

此外，还要考虑结构的安全性，以防止意外事故的发生。

5.成本效益：光伏支架的设计应兼顾质量和成本之间的平衡。

在材料选择、结构设计和制造工艺方面，应选取适合的方案，以降低制造成本并提高系统的寿命。

其次，光伏支架优化设计的方法主要包括结构分析、模拟仿真和优化算法等。

1.结构分析：对光伏支架的结构进行力学分析，确定其受力情况和强度要求，为后续设计提供依据。

常见的结构分析方法包括有限元分析和各向异性理论等。

2.模拟仿真：通过计算机模拟和仿真软件，对光伏支架进行性能分析和优化。

例如，可以利用仿真软件对支架结构在不同气候条件下的承载能力和稳定性进行仿真，以验证设计的合理性。

3.优化算法：应用优化算法对光伏支架进行优化设计，以实现最佳性能。

常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法和模拟退火算法等。

通过调整设计变量和约束条件，优化算法可以找到最优的支架设计方案。

最后，光伏支架优化设计的应用可以提高光伏发电系统的效率和可靠性。

成果介绍：针对1.9KW 装机容量的地面电站支架（效果图1），进行优化设计后的综合成本分析比较结果 如表1，经过设计优化后的电站支架（效果图2），综合成本降低0.22元/瓦，成效显著。

表1 优化支架结构综合成本比较两种电站效果图如下：效果图1 190W ×10人字形地面电站支架效果图2 优化设计后190W ×10人字形地面电站支架成果依据：摘要：以C型钢地面支架系统为研究对象，对系统关键连接点进行优化设计模拟计算，对我公司太阳能支架系列产品（灯杆板架、屋顶支架等）进行结构与经济合理性分析，并提出基于三维软件AutoDesk® Inventor®Professional（以下简称AIP）的参数化设计流程，可快速响应不同的工程设计需求，为支架系统承载分析、质量优化提供基础。

关键词：光伏；支架；优化；参数化一.引言光伏系统的设计过程中，支架系统作为直接支撑光伏组件的核心结构，其成本在整个光伏系统中所占比重虽然不大，但对系统的安全性却至关重要。

合理的支架结构布置能够提升系统抗风抗雪载的能力，合理运用支架系统在承载方面的特性，可以进一步对其尺寸参数做优化，节约材料，为光伏系统进一步降低成本做出贡献。

以均布载荷作用下光伏组件的变形均值为参数目标，通过对C型钢光伏支架系统的分析模拟，可找出系统个连接点的优化值；以光伏组件的尺寸参数为基础，应用三维软件的参数化设计功能，按照个连接点之间的参数关系式，可快速建立完整的支架系统结构模型。

二.地面电站C型钢支架介绍1. C型钢支架系统如图1所示，以光伏组件纵向安装为例，大规模光伏电站使用的光伏组件长边尺寸在1.5m以上，组件纵向排列最多取5块，太多导致最上排组件位置太高，不利于现场安装。

1.光伏组件；2.混凝土基础；3.槽钢底座；4.角钢斜撑梁；5.角钢斜撑次梁；6. C型钢主支撑梁；图1 地面C型钢支架系统构成三.光伏组件及梁支撑点优化计算在C型钢支架系统中，每块光伏组件在铝合金边框处，由4个压块牢固约束于主支撑梁上，以英利135W的光伏组件为例见图2，在AIP 中，建立组件的四分之一分析模型，施加垂直光伏组件表面均布压力2000Pa（采用AIP中基于ANSYS技术支持的FEA,对线性模型的假设，荷载具体取值以分析模型不产生大变形即可，与IEC61215对光伏组件的机械性能要求无关），得到图3所示的变形结果。

光伏电站支架系统的优化设计研究涉及到结构设计、材料选择、安装方案、地形适应性等多个方面。

以下是一些可能涉及到的优化设计研究内容：
1. 结构设计优化：
-支架类型：研究不同类型的支架结构，如固定支架、单轴/双轴追踪支架等，通过比较分析不同类型支架的稳定性、成本和适应性，选择最优设计方案。

-材料选择：研究支架所采用的材料，包括金属材料（如镀锌钢、铝合金）和复合材料，考虑其耐候性、承载能力和成本等因素，以实现材料的优化选择。

2. 基础设计优化：
-地基适应性：研究不同地形条件下的基础设计，包括土壤条件、地质特点等，优化基础类型和尺寸，确保支架系统在各种地形条件下都能稳定安装。

3. 光伏阵列布局优化：
-阵列间距设计：研究光伏板的布局方式，包括阵列间距、朝向角度等，以最大限度地提高光伏组件之间的太阳能利用率。

-阴影效应研究：通过模拟、实验等手段研究阴影对光伏板的影响，优化布局设计，减少阴影效应对发电量的影响。

4. 系统性能优化：
-风载荷和抗震设计：研究支架系统的抗风能力和抗震能力，优化结构设计，确保在恶劣气候条件下系统的稳定性和安全性。

-清洁维护考虑：研究支架系统的清洁和维护便捷性，优化设计以降低清洁维护成本和难度。

5. 成本与效益分析：
-成本优化：综合考虑材料成本、施工成本和运维成本等，进行成本效益分析，优化设计以降低总体投资成本。

-发电效率：通过优化设计提高光伏组件的发电效率，从而提高光伏电站的整体收益。

以上是光伏电站支架系统优化设计研究可能涉及到的一些建议内容，希望对您有所帮助。

优化设计研究需要综合考虑结构、材料、地形等多个因素，以实现光伏电站支架系统的高效、稳定和经济运行。

光伏电站支架系统的优化设计研究引言光伏电站是利用太阳能将光能直接转换为电能的装置，而支架系统是光伏电站中起支撑和固定太阳能电池板的重要设备。

支架系统的设计对光伏电站的稳定性、发电效率以及经济性有着重要影响。

因此，优化光伏电站的支架系统设计是提高光伏发电效率和降低成本的关键所在。

优化设计的目标光伏电站支架系统的优化设计旨在实现以下目标： 1. 提高光伏电站的结构稳定性，降低系统的运行风险。

2. 最大限度地利用太阳能资源，提高光伏发电效率。

3. 降低支架系统的材料成本和施工成本，提高经济性。

4. 简化施工过程，缩短工期，提高施工效率。

优化设计的关键技术以下是光伏电站支架系统优化设计中的关键技术： ### 材料选择合理的材料选择是优化支架系统设计的基础。

支架系统需要具备高强度、良好的耐候性和抗腐蚀性能。

常用的支架材料包括镀锌钢材、铝合金材料等。

根据具体情况，选用合适的材料能够降低系统的材料成本并提高系统的稳定性。

结构设计支架系统的结构设计是优化设计的关键环节之一。

合理的结构设计应考虑支架系统的受力特点、地形条件、安装位置等因素。

常用的支架结构包括单轴、双轴和固定式结构等。

将不同型号的支架结构与实际情况相结合，能够达到系统在不同工况下的最佳性能。

倾斜角度优化光伏电站支架系统的倾斜角度对发电效率有重要影响。

根据所在地的纬度，优化支架系统的倾斜角度能够使太阳能电池板更好地接受来自太阳的光线，提高发电效率。

通过详细计算，选择最佳的倾斜角度能够最大限度地提高光伏电站的发电量。

防腐处理由于光伏电站常处于户外环境，暴露于各种天气条件下，支架系统易受腐蚀。

采取防腐处理措施，如涂覆防腐剂或使用抗腐蚀材料，能够延长支架系统的使用寿命，降低维护成本。

模块间距优化优化支架系统的模块间距能够提高光伏电站的发电效率。

合理的间距设计不仅能够最大程度地利用光照资源，还能方便光伏电站的日常维护和清洁。

根据不同的地理条件和太阳能资源，合理选择模块间距能够有效提高发电效率。

光伏电站支架系统的优化设计研究桂晓刚摘要：光伏发电场设计的重要组成部分就是光伏支架结构设计，而其设计原则目前国内缺乏相应的规范依据。

以现行其他规范为指导，参考国外其他规范的要求，建立了光伏支架结构计算的理论方法，并开发了相关的优化设计程序。

通过数值模拟验证，该程序准确度较好且偏于安全。

采用上述优化设计程序，对光伏组件的排布方式进行了经济性分析，并推荐了最优方案。

关键词：光伏电站；光伏支架；优化设计1光伏行业现状早在1839年，法国科学家贝克雷尔（Becqurel）就发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。

这种现象后来被称为"光生伏特效应"，简称"光伏效应"。

1954年，美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳光能转换为电能的实用光伏发电技术。

20世纪70年代后，随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，这个时候，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。

太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。

丰富的太阳辐射能是重要的能源，是取之不尽、用之不竭的、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。

截至2011年底，中国共有电池企业约115家，总产能为36.5GW左右。

其中产能1GW以上的企业共14家，占总产能的53%；在100MW和1GW之间的企业共63家，占总产能的43%；剩余的38家产能皆在100MW以内，仅占全国总产能的4%。

规模、技术、成本的差异化竞争格局逐渐明晰。

国内前十家组件生产商的出货量占到电池总产量的60%。

中国太阳能光伏发电发展潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。

2光伏支架概述目前，光伏支架常用模式有固定倾角模式和跟踪模式。

通规下光伏支架优化设计摘要：结构通规的执行增加了光伏支架结构20%的风荷载值，如何满足规范下，不增大光伏支架设计再进一步优化？本文从支架结构优化、风荷载计算优化、檩条布置优化、分区优化设计和镀锌铝镁檩条的应用建议多方面分析计算，和实列项目数据的对比计算。

提出了全部二力杆件的PV支架结构方案、风压高度变化系数按优化公式计算的建议和3跨连续檩条布置方案等，在实际工程设计中，具有一定的的经济效益和参考价值。

关键词：优化设计；光伏支架；二力杆件；风压高度变化系数；Optimal Design of PVSupportBracket after Implementationof theGeneral Code for Engineering StructuresZhang Guofei(China Energy Engineering Group Zhejiang Thermal PowerConstruction CO., LTD, Hangzhou 310016, China)Abstract:The implementation of the general code for engineering structures increasedthe wind load value of PV support structures by 20%, how to meet the specification without increasing the PV support structures design and then further optimization? This paper analyzes and calculates from many aspects of bracket structure optimization, wind load calculation optimization, purlin arrangement optimization, zoning optimization design and application suggestion of galvanized aluminum-magnesium purlin, and comparison calculation of actuallisted project data. The structural scheme of PV support structures with all pulling and pressing bars, the suggestion of wind pressure height variation coefficient calculated by the optimization formula and the 3-span continuous purlin arrangement scheme are proposed, which have certain economic benefits and reference values in the actual engineering design.Key word：optimal design; PV supports; pulling and pressing bars ; wind pressure height variation coefficient.0 引言为保护全球环境，还我青山绿水，世界各国纷纷提出了碳排放碳达峰目标。

光伏发电场框架与支撑结构的优化设计光伏发电是一种利用光能通过光电转换产生电能的新能源，日益受到人们的关注，光伏发电场框架与支撑结构的优化设计能够提高光伏发电的效率，使其更加经济、环保、可持续。

一、框架设计光伏发电场框架的设计是光伏系统中的重要环节之一。

框架的主要功能是进行支撑和固定，因此一般采用铝合金材料。

为了提高框架的稳定性，减少其自重，需要对框架的截面形状和厚度进行优化设计。

同时，还需要对框架的连接方式进行优化，采用简单方便的拼接方式，减少连接件的数量和重量。

在框架的设计过程中，还需要考虑到其防腐性能和耐久性能。

现代化的表面处理技术可以提供一种优秀的防腐效果。

通过表面喷涂等方式可以使框架具有更好的抗氧化性、耐腐蚀性和耐候性。

二、支撑结构设计光伏发电场的支撑结构设计同样是影响光伏系统效率的重要因素之一。

支撑结构需要满足以下几个方面的要求：1、适应各种复杂地形的要求。

在设计过程中需要充分考虑到场地特点，针对不同地形采用不同的支撑结构形式。

2、支撑结构的刚度应该尽可能大，以保证光伏面板的稳定性和系统的长期可靠性。

3、支撑结构需要具有较强的抗风性能，能够适应各种气候条件。

4、支撑结构应能够适应光伏面板的大小和数量。

在设计支撑结构时应考虑到后期增加光伏面板的可能性。

在支撑结构的设计过程中，需要考虑到支撑结构和地面之间的接触面积，以提高系统的稳定性。

同时还需要考虑到施工的便捷性和安全性，以及系统中的电缆布置等因素。

三、框架和支撑结构的监测在光伏发电系统的运行过程中，框架和支撑结构的稳定性和安全性是至关重要的。

为了确保系统的可靠性，需要定期对框架和支撑结构进行监测和检查。

在监测过程中，可以采用高精度的激光位移传感器、加速度传感器和GPS传感器等设备来进行实时监测。

通过对监测数据的分析可以及时发现系统中可能出现的问题，并采取相应的预防措施。

四、总结总体来说，优化设计光伏发电场框架和支撑结构是提高光伏发电效率的重要措施之一。