支架受力分析、阵列间距计算及发电量

支架竖向承载力计算：按每平方米计算承载力，中板恒载标准值:f=2.5*0.4*1*1*10=10KN ；活荷载标准值N Q = (2.5+2 )*1*1=4.5KN ；则：均布荷载标准值为：P1=1.2*10+1.4*4.5＝18.3KN ；根据脚手架设计方案，每平方米由2根立杆支撑，单根承载力标准值为100.3KN ，故：P1=18.3/2=9.15KN<489.3*205=100.3KN 。

满足要求。

或根据中板总重量（按长20m 计算）与该节立杆总数做除法，中板恒载标准值:f=2.5*0.4*10*20*19.6=3920KN ；活荷载标准值NQ = (2.5+2 )*20*19.6=1764KN ；则：均布荷载标准值为：P1=1.2*3920+1.4*1764＝7173KN ；得P1＝7173KN<100.3*506=50750KN 。

满足要求。

支架整体稳定性计算：根据公式： []N f Aσϕ≤＝式中：N －立杆的轴向力设计值，本工程取15.8kN ；－轴心受压构件的稳定系数，由长细比λ决定，本工程λ＝136，故＝0.367； λ－长细比，λ＝l 0 /i ＝2.15/1.58*100＝136；l 0－计算长度，l 0＝kμh ＝1.155*1.5*1.2＝2.15m ；k－计算长度附加系数，取 1.155；μ－单杆计算长度系数 1.55；h－立杆步距0.75m。

i－截面回转半径，本工程取1.58cm；A－立杆的截面面积，4.89cm2；f－钢材的抗压强度设计值，205N/mm2。

σ＝15.8/（0.367*4.89）＝88.04N/mm2<[f]=205N/mm。

满足要求.支架水平力计算支架即作为竖向承力支架，也作为侧墙内撑支架，因此需计算支架水平支撑力，即侧墙施工时产生的侧压力。

混凝土作用于模板的侧压力，根据测定，随混凝土的浇筑高度而增加，当浇筑高度达到某一临界时，侧压力就不再增加，此时的侧压力即为新浇筑混凝土的最大侧压力。

支架强度计算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。

（2）假象载荷1）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+ GK22）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×J3）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G G+0.7S短期积雪时G+S G+S暴风时G+W G+0.35S+W地震时G+K G+0.35S+K （3）悬空横梁模型（4） A-B间的弯曲应力顺风时A-B点上发生的弯曲力矩：M1=WL2/8 应力σ1=M1/Z（5） A-B间的弯曲（6） B-C间的弯曲应力和弯曲形变（7） C-D间的弯曲应力和弯曲形变（8）支撑臂的压曲（9）支撑臂的拉伸强度（10）安装螺栓的强度基础稳定性计算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附件1：△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。

光伏支架阵列间距光伏支架阵列间距是影响光伏发电效率的一个重要参数，不同的间距设置会影响光伏组件的光利用率及阴影覆盖率。

那么，怎样设置光伏支架阵列间距才能使光伏发电效率最大化呢？下面，笔者将从以下几个方面介绍光伏支架阵列间距的设置：一、间距的定义光伏支架阵列间距是指光伏阵列中，相邻两行光伏组件之间的距离，也就是光伏组件等间距排列的中心间距。

二、间距的影响因素1. 光照条件不同的地域、不同的季节光照条件不同，光伏组件的最佳排列方式也不同。

在光照充足的情况下，较小的间距可以使光伏组件之间的相互遮挡减少，提高光利用率。

但是，较大的间距可以降低组件之间的阴影覆盖率，提高整个光伏阵列的发电效率。

2. 模块类型不同类型的光伏组件由于尺寸、重量等方面的差异，对间距的要求也不同。

比如，大型光伏组件的间距应该设得更大，这样就可以减少组件的框架数量，提高建设效率，同时还能减少投资成本。

3. 底部地形底部地形的高差和不规则程度对光伏组件的放置有一定的影响。

对于凸起的地块，可以设置较大的间距，减少阴影覆盖，而对于下凹的地块，则应该设置较小的间距，这样能更好地利用光照。

三、间距的最佳设置由于影响因素的影响，不同的光伏阵列对间距有不同的要求。

但一般的原则是，在受光条件下，光伏组件之间的阴影互相遮挡不应超过10%。

1. 建议较小的间距当地光照条件较差时建议较小的间距。

在中国南方的雨季里，云层浓厚，光照条件较差，而且气温较低、湿度较大，这种情况下建议采用较小的间距。

因为这样可以使光伏阵列中处于阴影范围内的组件减少，提高整个光伏阵列的发电效率。

2. 建议较大的间距当地光照条件较好时建议较大的间距。

在阴影覆盖率较小时，建议采用较大的间距，这样可以减少支架、闪避器等配件的使用，提高安装效率和减少投资成本。

在南方少有的良好光照条件下，比如在广东地区，建议采用较大的间距，以提高光伏电站的发电效率。

综上所述，光伏组件间距的设置需要考虑多个因素，如光照条件、模块类型和底部地形等，以便使光伏电站的发电效率最大化。

太　阳　能第11期　总第355期2023年11月No.11　Total No.355 Nov., 2023SOLAR ENERGY0 引言光伏电站的投资建设成本包含用地成本和机电建设成本，用地成本又分为征地成本和租地成本两种，其成本大小与建设所需用地面积息息相关；机电建设成本又包括箱变成本、逆变器成本、光伏支架成本、管桩及其基础成本、光伏组件成本、集电线路成本及相关维护费。

光伏支架类型需要的不同，其成本往往也不同，针对光伏支架选型及成本分析的研究也有许多，如根据倾角是否可调，固定式光伏支架可分为最佳倾角固定式光伏支架、倾角可调式固定光伏支架两大类[1]；毛文旭[2]对集中式光伏电站光伏支架经济性比对及选型进行研究，研究结果表明：最佳倾角固定式光伏支架在支架成本、土地成本、后期运营费用方面的节约程度远超过倾角可调式固定光伏支架带来的发电量增益；徐彩芝等[3]也对光伏支架选型进行了探讨，得到固定式光伏支架投资回收期最短，上网电价竞争力大于斜单轴跟踪式光伏支架系统和双轴跟踪式光伏支架系统；唐勇等[4]对光伏电站固定式光伏支架、固定可调式光伏支架、跟踪式光伏支架方案进行了经济分析，提出了项目可采用固定式光伏支架的建议；储红霞等[5]研究了在同荷载工况下采用铝合金支架或钢支架对工程造价的影响。

上述文献未细致对比支不同光伏架结构的成本差异。

本文以广东省湛江市徐闻县某光伏电站项目为背景，对11°倾角的固定式光伏支架的细分领域进行研究。

首先计算3×28光伏阵列和2×26光伏阵列的光伏支架材料差异，同时考虑建设面积差异；然后套入材料费用及对应的安装和维护费，最终形成两种光伏阵列方式下的建设投资成本差异。

以期该研究可为类似光伏电站支架选型及投资建设提供借鉴。

DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20230112.02 文章编号：1003-0417(2023)11-18-07固定式光伏支架选型经济性对比分析曾智钦1，张元海1*，杨铭俊2，黄丽琴3(1.广东水电二局股份有限公司，广州 510410；2. 暨南大学，广州 510632；3.东南粤水电投资有限公司，广州 511300)摘　要：光伏发电系统中固定式光伏支架的结构形式差异较大，即使同种光伏支架结构形式也存在有不同的光伏阵列布置方式，不同布置方式的光伏阵列对应的光伏支架、管桩和土地成本也有较大差异。

光伏阵列间距和单位面积发电量计算表光伏发电是利用太阳能转化为电能的一种清洁能源。

在光伏发电系统中，光伏阵列是最核心的组成部分，而光伏阵列间距和单位面积发电量之间存在着一定的关系。

本文将从光伏阵列间距的选择角度出发，探讨光伏阵列间距对单位面积发电量的影响。

在光伏发电系统中，单位面积发电量是衡量光伏阵列发电效率的重要指标。

一般来说，单位面积发电量越高，说明光伏阵列的发电效率越高，也就意味着单位面积上能够收集到更多的太阳能并转化为电能。

光伏阵列间距是指光伏组件之间的距离，通常以米为单位。

光伏阵列间距的选择需要考虑到多个因素，包括太阳辐射强度、光伏组件的尺寸、阴影遮挡等。

在确定光伏阵列间距时，需要在最大程度上提高单位面积发电量，同时避免阴影遮挡导致发电量的降低。

以太阳辐射强度为例，太阳辐射强度是指单位面积上所接收到的太阳能的能量。

当光伏阵列间距较小时，太阳辐射能够充分地覆盖到每个光伏组件上，从而提高了单位面积的发电量。

然而，当光伏阵列间距过大时，太阳辐射无法充分覆盖到每个光伏组件上，导致单位面积的发电量降低。

除了太阳辐射强度，光伏组件的尺寸也会对光伏阵列间距的选择产生影响。

光伏组件的尺寸较大时，需要相应增加光伏阵列间距，以免光伏组件之间产生阴影遮挡。

阴影遮挡会导致光伏组件的发电效率降低甚至完全失效，从而降低了单位面积的发电量。

在实际应用中，根据不同的光伏组件特性和光照条件，可以通过实验和经验进行光伏阵列间距的选择。

一般来说，对于普通的光伏组件，光伏阵列间距可以在0.5米到1米之间。

当光照条件较好、太阳辐射强度较高时，可以适当缩小光伏阵列间距，以提高单位面积的发电量。

而在光照条件较差、太阳辐射较弱时，可以适当增大光伏阵列间距，避免阴影遮挡对发电效率的影响。

光伏阵列间距和单位面积发电量之间存在一定的关系。

通过合理选择光伏阵列间距，可以在最大程度上提高单位面积的发电量。

在实际应用中，需要考虑太阳辐射强度、光伏组件的尺寸、阴影遮挡等因素，并结合实验和经验进行合理的光伏阵列间距选择。

，男，本科，主要从事光伏系统集成设计及研究。

maifajun3410@图1 单组支架布置图(单位：mm)30003000300023502350101542699223502350393221956桩基础光伏组件2 固定可调支架受力分析图2 固定可调支架结构简图组合荷载计算。

组合荷载的公式可表示为：图3 单跨单坡积雪分布系数60°μrθ从图5有限元分析结果中可以得到，主立柱的最大位移产生在上端，数值为8.214 mm 36 mm(L /60)；最大应力为187.93 MPa 215 MPa ，满足强度要求。

3.3 斜梁强度计算每组固定可调支架包括5根斜梁，材质为，用于支撑檩条，受力模型如图63.2 主立柱强度计算每组固定可调支架包括4根主立柱，材质为，用于支撑主梁，受力模型如图固定可调支架结构图(单位：mm)主立柱(φ114×3.5)(U 45×35×25×2)(U 41×41×2)矩形管80×80×2.5)千斤顶 b. 位移图图5 主立柱受力模型a. 应力图b. 位移图图6 斜梁受力模型a. 应力图应力值/N •m -2187925856.000172265376.000156604880.000140944384.000125283912.000109623424.00093962936.00078302448.00062641956.00046981468.00031320982.00015660494.0005.883屈服力：220594000.000位移值/mm 8.214×1007.529×1006.845×1006.160×1005.476×1004.791×1004.107×1003.422×1002.738×1002.053×1001.369×1006.845×10-101.000×10-30应力值/N •m -2129520376.000118730512.000107940648.00097150776.00086360912.00075571048.00064781176.00053991312.00043201444.00032411576.00021621710.00010831844.00041976.9733.560×1003.263×1002.967×1002.670×1002.373×1002.077×1001.780×1001.483×1001.187×1008.900×10-15.933×10-12.967×10-11.000×10-30屈服力：220594000.000位移值/mm 矩形管40×30×1.5)矩形管50×50×3)b. 位移图图7 檩条受力模型a. 应力图 3.6 结论根据GB 50797-2012《光伏发电站设计规范》表2“受弯构件挠度容许值”的规定，主梁挠度容许值为L /250；材料Q235B 对应的最大应力为215 MPa 。

太阳能电池阵列用支架强度计算在太阳能电池阵列用的支架设计时，为了使其成为能承受各种荷重的支架，要考虑用什么样的材料，且用多少，再根据计算确定强度。

这里，以安装结构最简单的太阳能电池组件（横置型）上下共5块的小型支架作为例子，介绍强度计算方法（见图5.43）图5.43小型太阳能电池阵列用支架1.设计条件（1）设计对象一个搞太阳能电池组件，用位于左右的2个角钢框（L50*50*t6）和4组M8螺栓，螺母安装。

这里的2个角钢框，上端连接框架，下端与底角钢连接，还有上端由2个支撑臂（L50*50*t6）支撑，相对水平有45°角，再用6组M14螺栓，螺母固定。

（2）强度计算条件○1.根据表5.6，假设为一般地方最大荷重。

采用固定荷重G和因暴风雨产生的风压荷重W的短期复合荷重。

○2. 没有积雪的一般地区，最大风速设定60m/s。

2. 强度计算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）.结构材料角钢框及支撑臂采用L50*50*t6，因此截面二次力矩I M 和截面系数Z 由热轧成型钢的截面特性表（JIS G 3192）得到下面数值。

因为是等边直角型钢，取X 轴，Y 轴向的任何以方向都是同样的数值 I M =12.6cm4Z=3.55cm 3 （2）.假想荷重○1.固定荷重（G ） 组件质量G M =5.5KG*5=27.5KG=269N角钢框自重G K1=4.43KG/m*2.2m*2=19.5kg=191N 框架自重G K2=1.36kg/m*1.0m=1.36kg=13N 其他架构材料，防水接线箱，驱鸟棒等（G K3）=3kg=29N固定荷重G=269+191+13+29=502（N ）○2风压荷重（W ）。

假设从阵列前面吹来的风（顺风）的风压荷重为W （N ）,从式（5.5）式（5.8）导出W=21*(C W *p*V 02*S)*a*I*J (5.24)式中 C W ——风力系数=1.06（见图5.40）P ——空气密度=1.27N ·S 2/m 4 V 0——风速=60m/sS ——面积=2.2*1.0=2.2（m ²）a ——高度补正系数=（104）51=0.833 (51上是角标)I ——用途系数=假设为通常的太阳能光伏发电系统，系数为1J ——环境系数=假设为像海上那样没有障碍物的平坦地，系数为1.151*1.06*1.274*602*2.2*0.833*1*1.15=5123（N）W=2从阵列后面吹来的风（逆风）的风压荷重为Wˊ(N),风力系数变更为C W——风力系数=1.43（见图5.40）1*1.43*1.274*602*2.2*0.833*1*1.15=6911（N）Wˊ=2该风压荷重Wˊ对太阳能电池阵列作为上吹荷重（扬力）起作用。