大型光伏电站支架结构的优化设计研究

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。

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。

刍议光伏支架结构优化设计分析摘要：随着社会的进步，我国能源紧缺问题日渐显现出来，新能源受到越来越多的关注，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，而光伏支架结构作为光伏发电站的重要组成部分，使其设计在我国逐渐兴起，并越来越受到人们的重视，本文就光伏支架结构优化设计进行研究。

关键词：光伏支架；结构；优化设计1光伏支架结构目前发展近年来光伏发电厂在我国蓬勃发展，然而国内的光伏发电站的设计始终缺乏一套相关的规范依据。

光伏支架作为光伏组件的支撑物的组成结构，相比于普通的钢材制其安全性能较低，对于光伏支架结构的设计采用钢材制备的思想必将导致成本的大幅度升高和制作材料的浪费。

对于光伏支架结构的优化设计显得尤为重要。

目前通用的光伏支架结构通常是由两个立柱起到支撑作用，立柱之间通过各种拉筋进行固定支撑连接等作用，除此之外，每个支架上都安装有晶硅光伏板。

支架整体的立柱通过其下部的安装基础进行与地面之间的固定，在立柱之上安装各种横梁纵梁从而增加整个光伏支架的稳定性。

对于这种传统的光伏支架出现的最大问题在于光伏发电的效率较低，主要原因就在于光伏支架结构的固定，不能进行调节。

除此之外还包括整个支架的成本较高，由横梁纵梁及两根立柱的成本价格过高，对于整个光伏电站的建设成本也提出了很大的挑战。

对于出现的结构问题和设计建筑成本问题需要进行数据和结构的详细分析设计优化。

2光伏支架结构荷载取值确定在进行光伏支架设计的时候，通常要考虑到光伏组件需有一定的倾斜度，目的就是为了能最大程度的接收光照，由于此种设计思路光伏支架结构通常还需承受一定的风荷载。

同时由于光伏支架整个的设计结构导致自身重量较轻且受风面积较大，最终导致风荷载成为光伏支架的主要荷载来源。

对于光伏支架结构的优化设计考虑必须充分从两方面进行，一是在顺风时支架的承风强度大小，一是在逆风情况下由于整个支架结构设计较轻引起可能出现的倾覆的情况。

因此在光伏支架优化设计中必须充分考虑风荷载的取值。

光伏斜屋顶支架结构优化设计及计算近年来，随着环境保护意识的提高和可再生能源的广泛应用，光伏发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了极大的关注。

而光伏斜屋顶支架作为光伏发电系统的重要组成部分，其结构设计和计算对于光伏系统的稳定性、可靠性和经济性具有重要意义。

本文将针对光伏斜屋顶支架的优化设计和计算进行探讨，通过合理的结构设计和精确的计算方法提高光伏系统的性能和效益。

一、光伏斜屋顶支架结构设计光伏斜屋顶支架的结构设计是确保光伏面板能够稳定、安全地固定在屋顶上的关键。

在该设计中，需要考虑以下几个方面：1. 斜屋顶支架的材料选择：考虑到斜屋顶支架需要承受较大的载荷和风压，优质的材料选择是设计的首要任务。

常见的材料包括铝合金和钢材，对于不同的光伏系统和屋顶条件，需要选择适合的材料。

2. 结构稳定性：光伏斜屋顶支架需要经受来自地震、风压和雪压等外部力的作用。

因此，在设计中需要考虑支架的稳定性，并通过加强结构框架、采用合适的支撑、连接件等来增强整体的稳定性。

3. 美观性：斜屋顶支架作为建筑的一部分需要与周围环境协调一致，同时也要考虑光伏面板的倾斜角度和布置方式，以最大程度地接受太阳辐射。

二、光伏斜屋顶支架结构计算光伏斜屋顶支架结构计算是确保支架在各种外力作用下不会发生变形或破坏的重要环节。

在结构计算中，我们需要注意以下几个方面：1. 荷载计算：光伏斜屋顶支架需要承受来自风压、地震和雪压等外部荷载的作用。

通过详细的计算和预估，确定支架结构需要承受的最大荷载，以确保支架的安全性和稳定性。

2. 结构分析：通过应力分析和变形分析，对光伏斜屋顶支架的强度和刚度进行评估。

在分析过程中，需要考虑材料的弹性模量、截面形状和尺寸等因素，以保证支架结构的承载能力和稳定性。

3. 连接设计：支架的连接件在结构计算中也是一个关键因素。

通过合理设计连接件的选材和连接方式，提高支架整体的刚性和稳定性。

通过以上的结构设计和计算，光伏斜屋顶支架可以达到良好的性能和效益。

一种双轴跟踪光伏支架的结构优化设计摘要：本文对一种双轴跟踪光伏支架的结构进行了优化设计。

该支架结构采用两根轴的驱动方式，能够跟随太阳光线的运动，并且可调节角度，使得光伏板得到更好的光照。

该设计结构通过有限元分析和材料优化，得到了较好的力学性能和更高的可靠性。

此外，本文还对该支架进行了成本分析，提出了进一步改进的建议。

关键词：双轴跟踪光伏，优化设计，力学性能，成本分析一、引言随着全球能源消耗的不断增长，清洁能源的需求越来越高。

太阳能作为一种不污染环境，持续供能的清洁能源，越来越受到人们的青睐。

光伏发电作为太阳能利用的一种重要形式，得到了广泛的应用。

为了提高光伏发电效率，人们一直在探索更好的光伏支架结构。

双轴跟踪光伏支架是一种能够自动跟踪太阳光线的光伏支架结构。

这种支架能够实现更准确的角度调整，使得光伏板得到更好的光照，从而提高光伏发电效率。

本文就对这种双轴跟踪光伏支架的结构进行了优化设计，并对其力学性能和成本进行了分析。

二、设计方案2.1设计要求本文所设计的双轴跟踪光伏支架需要满足以下要求：（1）能够自动实现精确的角度调整，跟随太阳光线的运动。

（2）通过材料选用和结构优化，能够达到较好的力学性能和更高的可靠性。

（3）成本不能过高，应当尽量降低造价。

2.2设计结构本文所设计的双轴跟踪光伏支架采用了两根轴的驱动方式。

如图1所示，该支架由支架底座、支架立柱、立柱顶部的转动轴、两个转动方向相反的齿轮、连接齿轮的链条、电机以及光伏板组成。

支架底座放置在地面上，支架立柱在支架底座上方垂直竖立。

立柱顶部是一个可旋转的转动轴，轴向垂直于大地表面。

两个转动方向相反的齿轮分别安装在转动轴两端，齿轮之间通过链条相连。

电机可以通过控制系统来控制齿轮和链条的运动，从而实现角度的调整。

图1 双轴跟踪光伏支架结构图2.3优化分析为了达到优化设计的目的，本文结合双轴跟踪光伏支架的使用环境和力学特性，进行了有限元分析和材料优化。

分析结果表明，优化后的结构不仅能够满足力学性能要求，而且比原来的设计更加稳定和可靠。

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。

浅谈光伏支架结构的优化设计研究摘要：在全球能源供应紧张和环境问题日益严重的情况下，经济和社会的可持续发展受到了巨大挑战，发展和利用清洁而安全的可再生能源受到了广泛的重视。

光伏发电是新形势下全新的电能生产方式，具有无污染、利用价值高等特点，呈现出广阔发展空间，本文对光伏支架设计进行简要分析并提出了优化设计方案。

关键词：光伏支架；结构；优化1光伏电站的特点和光伏支架设计难度1.1光伏电站特点。

在实际中不难发现，光伏电站建设除需要巨额资金、人力物力外，还需要综合考虑各方面因素，比较常见的是：太阳能资源丰富程度、地形因素等。

目前建设条件较好的土地资源日趋减少，光伏电站建设地区大多是以山地为主，其地表起伏不平，使得光伏支架在设计及组件安装过程中受各种因素影响。

但还是从另一方面来说，其土地成本相对较低，主要是因为其处于人烟稀少地区，受外界因素影响小。

以生活中比较常见的山地光伏电站为例，其出发点和落脚点无非就是缓解能源紧张问题，但是其受地势形态影响，如若将位于沙漠地区的光伏电站比较后不难发现，山地光伏电站布局规划欠合理，加上自然协调性相对较差，直接导致山地光伏电站建设成本上升，自然而然光伏支架结构优化、施工等相关工作无法正常进行。

1.2光伏支架设计的难点。

光伏支架优化设计难点囊括诸多方面，可简单概括为两个部分：方阵设计方面，在上述分析中有提及到光伏电站建设中需要综合考虑各方面因素，例如：地形因素、地域因素等。

在光伏支架优化设计中同样如此，应当充分考虑好光伏支架安装方式、方针基础等因素对光伏支架产生的影响并找出行之有效的方式予以解决，也只有这样光伏支架优化设计工作才能顺利进行。

然而在实际中发现，光伏支架优化设计过程中，并未充分考虑好光伏电站方阵同光伏支架两者之间的关系，土地效用并未最大限度显现出来，极大程度上提升了光伏电站建设成本。

2 光伏电站支架及基础设计光伏电站工程条件复杂，在建设场内有冲沟、岩石，若处理不当将会引发塌方。

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。

基于最优设计的屋面分布式光伏支架优化研究随着全球能源需求的增加和对可再生能源的日益关注，光伏发电作为一种清洁能源形式得到了广泛应用。

而屋面分布式光伏系统作为光伏发电的一种形式，在城市等城镇居民住宅和商业建筑的屋顶上应用得越发普遍。

然而，当前存在的问题是光伏支架的设计和安装并未达到最优状态，导致光伏系统整体效率低下。

因此，本文将基于最优设计的原则，对屋面分布式光伏支架进行优化研究，以提高光伏发电系统的整体效益。

1. 研究背景近年来，太阳能光伏发电在我国得到了广泛的推广和应用。

屋面分布式光伏系统是其中一种常见的形式，其通过安装在建筑物屋顶上的光伏板将太阳光转化为电能。

然而，在屋顶安装光伏支架时，通常会面临一些设计和安装问题，如金属材质选择、支架角度优化、布局紧凑度等。

这些问题直接影响着光伏系统的发电效率和整体运行状态。

2. 金属材质选择光伏支架的材质选择是优化设计中至关重要的一步。

合理选择材料可以提高光伏支架的强度和稳定性，同时降低成本。

在研究中，我们着重考虑了材料的力学性能和耐腐蚀性能，并以寿命成本最小化为目标进行了优化。

最终，我们选择了xxx金属作为光伏支架的理想材料。

3. 支架角度优化光伏支架的角度是影响光伏发电效率的重要因素之一。

合理调整支架角度可以使光伏板充分接收更多的太阳辐射，提高发电效率。

基于这一原理，我们通过数值模拟和实验验证，得出了最佳的支架角度范围。

该角度范围应根据具体地理位置和季节特点进行调整，以获得最大的发电产能。

4. 布局紧凑度优化光伏支架的布局紧凑度对系统整体光伏发电效率有重要影响。

在布局紧凑的光伏支架中，光伏板之间的阴影相互减小，从而最大限度地减少了发电系统的阴影损失。

我们通过模拟和优化设计，确定了最佳布局紧凑度指标，以确保光伏系统能够在有限的屋顶空间内实现最大的发电效益。

5. 实施与效果评估为了验证基于最优设计的屋面分布式光伏支架的优化效果，我们在某市的居民住宅和商业建筑上进行了实际的安装和调试。

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。