光伏支架最优跨距仿真分析_王建勃

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1、技术产品与工程光伏支架最优跨距仿真分析特变电工新疆新能源股份有限公司■王建勃朱锐刘刚摘要：以某一光伏电站为例，利用Fluent6.3平台计算单块光伏组件所受极限风荷载，再利用ANSYS软件计算支架横梁，最终计算出合理的支架跨距。通过此算例得出满足风荷载要求的横梁选型和跨距的组合。本文仿真计算可得：设计风速37m/s时，综合支架和施工的总成本，建议在光伏电站设计中选择3m的支架跨距。如果设计风速增大或需更高的安全系数，可采用增大横梁型号和略微减少跨距的方法。此结论对光伏支架设计提供一定理论支持。关键词：跨距；横梁；风荷载；强度计算0引言型进行

2、风荷载计算。流场截面满足阻塞比小于固定式光伏电站支架系统的东西向跨距是支3%的仿真计算要求[3]。架设计的重要部分。跨距与支架系统前后立柱选计算模型：双方程k-eRNG模型，使用基于型和数量、基础设计和数量、支架横梁的选型等压力的隐式求解器[4]。为了得到较好的计算结果，息息相关。计算太阳能组件阵列支架结构强度时，组件边界层网格加密，流场尾流区网格加密，如最大的荷载一般是风荷载。本文以某一光伏电站图1所示。为例，利用Fluent6.3平台计算单块组件所受极设计风速：37m/s。限风荷载，再利用ANSYS软件计算支架横梁强度，得出合理的支架系

3、统跨距。通过此算例，提Gy网格加密区出普适支架系统跨距的合理化建议。入口出口Gz组件1组件风荷载仿真计算图1计算模型图2组件受力坐标系Fluent软件是目前得到设计者普遍认可的CFD软件，具有丰富的数学模型、先进的数值迭代运算收敛后，计算结果为：方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车单块组件受力Fx=1593N，Fy=-5.4N，Fz=0N，设计、涡轮机设计等领域有广泛应用。Fluent软My=260Nm。件包含多种求解器，可模拟从不可压缩到高度可组件流场区域速度分布如图3所示。组件受[1]压缩流范围内的各种复杂流场。力主要是垂直于组件

4、的正压荷载，组件侧向荷载几何模型：组件倾角36°，组件尺寸1.58m×较小。单块组件自重15kg。考虑风荷载、雪荷0.8m×0.05m，离地高度为0.6m，组件中心离载等，以1.2倍的风荷载作为总体外部荷载对横[2]入口3m(入口：仿真计算流场入口的边界)。梁进行计算，单块组件最大总荷载设为：支架系统对风荷载影响较小，以单块组件建立模W=15×10+1.2×1593=2062N。21SOLARENERGY09/2014技术产品与工程16.37×1016.05×1015.73×101Y5.42×1015.10×10XZ14.78×1014.4

5、6×1014.14×1013.82×1013.50×103.19×101图5HM-41横梁ANSYS模型12.87×1012.55×1012.23×1018块组件安装在2根横梁上，每根横梁有21.91×1011.59×1011.27×10个面受力，受力面宽为0.014m。横梁所受面荷9.56图3组件流场区域速度分布图(截面)载为：2062×84=9.8×10Pa。2支架横梁强度计算2×3×2×0.014支架东西跨距与横梁的强度计算紧密相关，加载此荷载，求解结果见图6。仿真计算结本文使用大型有限元软件ANSYS进行横梁强度果为：f=16.8m

6、m≥fmax；σ=514MPa≥σb。最计算。ANSYS软件是融合结构、流体、电场、磁场、大挠度和最大应力均不满足设计要求。声场等分析于一体的大型通用有限元分析软件，SEQV(AVG)等效应力DMX=0.016837应变(单位：m)[5]SMX=0.5149应力(单位：Pa)Y在结构强度计算中有广泛应用。×10MXZXMW在本文光伏电站支架设计中，横梁跨距3m，图6HM-41横梁求解结果组件双排竖向排布。根据GB50797-2012《光伏发电站设计规范》可得：建立HM-52模型，跨距3m，加载同样荷容许挠度fmax=跨距H/250=3000

7、/250=12mm；载，求解结果见图7。仿真计算结果为：f=7.9容许应力σb=235MPa。mm≤fmax；σ=199MPa≤σb。最大挠度和最大支架横梁选用目前使用最为广泛的C型槽应力均满足设计要求。SEQV(AVG)等效应力钢，截面形状见图4。下文中HM-41、HM-52、DMX=0.007908应变(单位：m)9SMX=0.199×10应力(单位：Pa)YHM-62分别代表H为41mm、52mm、62mmMXZX的C型槽钢，其他尺寸不变。在光伏支架中，图7HM-52横梁仿真结果横梁为连续梁结构，因此，只需分析一个跨距的横梁受力即可。

8、在ANSYS中建立一个跨距的建立HM-62模型，跨距3m，加载同样荷HM-41横梁面单元模型，设置模型的面厚度为2载，求解结果见图8。仿真计算结果为：f=5.211mm≤f；σ=