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    光伏支架受力性能影響參數的有限元分析

    發(fā)布于:2024-01-29 20:14
    有限元分析

          太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)是世界發(fā)展速度最快的行業(yè)之一。為實(shí)現能源和環(huán)境的可持續發(fā)展,世界各國均將太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為新能源與可再生能源發(fā)展的重點(diǎn)。在各國政府的大力扶持下,世界太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。截止2010年底,全國光伏電池安裝量已達到90萬(wàn)kW,居全球第八位。一般來(lái)說(shuō),在一個(gè)大型太陽(yáng)能發(fā)電站項目中,建安成本占整個(gè)項目總投資的21%左右。如果選用的支架不合適,會(huì )增加加工成本、安裝成本及后期的養護成本。陳源采用SAP2000建立了三維的光伏支架模型,計算得到了支架在各種荷載作用下的受力狀態(tài)。蘇慧采用力學(xué)求解法對連云港職業(yè)技術(shù)學(xué)院1MW光伏支架的主、次梁和立柱進(jìn)行了強度和變形驗算。
          目前,國內對光伏電站支架設計的有限元分析較少,本文以北京市某實(shí)際工程為例,應用有限元軟件ANSYS對鋼支架次梁進(jìn)行了受力性能影響參數分析,為光伏電站的支架的合理設計提供依據。
          本工程位于北京市密云縣,太陽(yáng)能板支架為主次梁布置結構。次梁為多跨連續梁,承受太陽(yáng)能板傳來(lái)荷載值;主梁為兩跨連續梁結構,通過(guò)立柱等將荷載傳至基礎,光伏支架示意圖見(jiàn)圖1。
          本文光伏支架次梁選用目前使用最廣泛的U型槽鋼,其截面示意圖如圖2所示。
          次梁的U型槽鋼采用SOLID45三維實(shí)體單元。該單元具有8個(gè)節點(diǎn),每個(gè)節點(diǎn)有三個(gè)平動(dòng)自由度,具有模擬塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變的特征。
          鋼材的彈性模量為206000MPa,泊松比為0.3,密度為7850kg/mm3,Q235鋼的屈服強度設計值為215MPa,容許撓度為L(cháng)/200(L為槽鋼的支座間距),采用適用于金屬材料的vonMises屈服準則,本構模型采用雙線(xiàn)性等向強化模型BISO模擬,見(jiàn)圖。
          梁的有限元模型如圖所示。荷載計算光伏組件自重。實(shí)測單塊光伏組件的自重P1為0.2kN/m2。風(fēng)荷載。北京密云光伏電站地面粗糙度為B類(lèi),支架頂端離地距離小于5m,則根據規范GB50009-2012《建筑結構荷載規范》可得風(fēng)壓高度變化系數1.0,風(fēng)荷載體型系數1.4,陣風(fēng)系數為1.0,基本風(fēng)壓為0.45kN/m2。風(fēng)荷載標準值表達式見(jiàn)下式:Wk=βzμsμzw0(2)式中,βz為陣風(fēng)系數;μs為風(fēng)荷載體型系數;μz為風(fēng)壓高度變化系數;w0基本風(fēng)壓為。本文風(fēng)荷載取值為0.63kN/m2。
          雪荷載:北京密云地區基本雪壓為0.4kN/m2,積雪分布系數0.52。雪荷載標準值表達式見(jiàn)式:Sk=μrs0,式中,μr為屋面積雪分布系數;s0為基本雪壓。本文雪荷載取值為0.208kN/m2。組合荷載。實(shí)際工程中,要求光伏支架能夠抵抗7級大風(fēng),所以荷載效應組合應考慮風(fēng)荷載組合效應。組合荷載表達式見(jiàn)式:Sd=1.2P1+1.4Wk+1.4×0.7Sk,本文組合荷載取值為1.33kN/m2。有限元分析荷載。8塊組件安裝在4根次梁上,每根次梁有2個(gè)面受力,受力面寬為a。次梁所受的面荷載P2表達式見(jiàn)式:P2=1.64Sd4000a。本文有限元分析荷載取值為0.054N/mm2。影響參數有限元分析GB50797-2012根據《光伏發(fā)電站設計規范》要求,光伏支架應按承載能力極限狀態(tài)計算結構和構件的強度和變形。


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