太陽能光伏電站光伏組件及支架設(shè)計方案

太陽能光伏電站光伏組件及支架設(shè)計方案第一節(jié)光伏組件的選型光伏組件的選型，主要考慮下述因素：轉(zhuǎn)換效率優(yōu)先選擇轉(zhuǎn)換效率高組件，可以減小組件尺寸、方陣占地面積，降低占地率。穩(wěn)定性目前市場上應(yīng)用的光伏組件主要有幾種類型：單晶硅、多晶硅、非晶硅，各種類型硅片都有自己的衰減指標(biāo)，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，各個廠家產(chǎn)品水平不斷提高，設(shè)計時要優(yōu)先選擇穩(wěn)定性好的組件。簡單性在組件選擇上要考慮方陣整體排布、匯流方式、布線等的簡單性，設(shè)計時優(yōu)先選擇大功率組件，這樣會減少組件用量，減少相應(yīng)的配套設(shè)備；優(yōu)先選用低電壓大電流的組件，這樣會在組件的串聯(lián)上會更靈活，更接近MPPT跟蹤窗，同時可減少并聯(lián)數(shù)從而能減少匯流箱數(shù)量、輸出線纜路數(shù)等。其他因素組件選擇時經(jīng)常需要考慮一些因素，比如抗風(fēng)、沙塵、雨水等，對于風(fēng)力比較大的地區(qū)，可能會考慮使用面積比較小的組件，或者使用比較長的組件，便于固定、抗風(fēng)；對于沙塵較大的地區(qū)，會考慮沙塵對組件背部EVA的損傷，考慮組件背部封閉的產(chǎn)品；還有一些組件加工方面的細(xì)節(jié)，比如鋁合金邊框的邊角，要圓滑，不得出現(xiàn)銳角，毛刺，否則在安裝過程中非常容易劃傷EVA膜。第二節(jié)光伏電池板陣電壓及組串設(shè)計光伏電池板陣電壓設(shè)計需要考慮以下因素：組串開路電壓不超過并網(wǎng)逆變器最高輸入直流電壓；組件的電壓隨溫度變化的溫度系數(shù)；逆變器的MPPT電壓范圍；以合肥陽光電源公司生產(chǎn)的SG500KTL為例，電池板組串的設(shè)計過程如下：SG500KT逆變器主要參數(shù)為：輸入直流最高電壓為：900VMPPT范圍為：450V～820V選用的某公司生產(chǎn)的多晶硅電池組件參數(shù)如下：峰值功率(Wp)230電池片類型多晶硅電池片串聯(lián)數(shù)（片）60峰值電壓(V)30.0峰值電流(V)7.66開路電壓(V)37短路電流(A)8.38功率溫度系數(shù)%/℃-0.45開路電壓溫度系數(shù)%/℃-0.37短路電流溫度系數(shù)%/℃+0.06組件尺寸結(jié)構(gòu)mm1970×990×50組件效率14.1%組件的參數(shù)一般給定的是在標(biāo)準(zhǔn)條件下的值，組串的設(shè)計應(yīng)結(jié)合氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，當(dāng)系統(tǒng)安裝地點(diǎn)的最低為-25℃時，組件的開路電壓變化為37V×0.37%×50℃=6.845V，組件在最低溫度時，其開路電壓將有可能會達(dá)到37V+6.845V=43.845V,當(dāng)選用SG500KTL逆變器時，則太陽能電池組件的串聯(lián)數(shù)為：900÷43.845V=20.52，向下取整后得到組串實(shí)際串聯(lián)數(shù)應(yīng)為20塊。通過計算得到組串的參數(shù)如下：組串最大功率電壓：600V組串開路電壓：740V組串最高極限電壓：876.9V組串最大功率電流：7.66A組串短路電流：8.38A計算結(jié)果可以看出，選用60片太陽能電池封裝的230Wp組件，采用20塊串聯(lián)組成的電池組串可滿足逆變器安全、可靠、高效工作。第三節(jié)太陽能電池組件方陣設(shè)計1太陽能電池組件支架設(shè)計太陽能電池組件支架設(shè)計選擇需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、組件尺寸、安裝成本、維修成本、發(fā)電量和上網(wǎng)電價等因素綜合確定。太陽能電池板支架的設(shè)計既要滿足其具有良好結(jié)構(gòu)性能和防腐蝕性能，還要根據(jù)項目建設(shè)地點(diǎn)的緯度選擇合適電池板傾角，保證全年發(fā)電量的最大化是光伏發(fā)電站設(shè)計主要目的。不同的仰角系統(tǒng)在各月的發(fā)電量是不同的，支架設(shè)計時要根據(jù)組件的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩須庀髷?shù)據(jù)資料以及組件能夠承受的極限風(fēng)速來進(jìn)行設(shè)計。1.1支架的設(shè)計形式與選擇支架的設(shè)計形式一般有三種形式，即傾角固定形式、單軸跟蹤形式和雙軸跟蹤形式，選用的材料主要有型鋼、鋁合金型材和型鋼與鋁合金混合材料。本設(shè)計主要針對傾角固定形式來進(jìn)行，選用的材料以型鋼為主。1.2設(shè)計參照依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010-2002《建筑結(jié)構(gòu)可靠設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》GB50011-2001《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50023-20041.3設(shè)計原則貫徹“安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、符合國情”的電站建設(shè)方針；全面執(zhí)行國家的相關(guān)政策、法規(guī)；保證全年發(fā)電量最大化。1.4設(shè)計條件結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限：50年環(huán)境類別：地上一類風(fēng)荷載：35m/s基礎(chǔ)方案：太陽能電池方陣支架基礎(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)使用材料：熱軋鋼材：Q2351.5組件支架設(shè)計1.5.1支架傾角設(shè)計支架傾角設(shè)計一般采用相關(guān)設(shè)計軟件來進(jìn)行輔助設(shè)計，支架傾角的設(shè)計即根據(jù)軟件設(shè)計來保障全年發(fā)電量最大的供電為模式，再通過傾角的調(diào)整，選擇系統(tǒng)損失最小的情況來決定最佳傾角，以下以東經(jīng)98.5°北緯39.8°地點(diǎn)為例，10MW的發(fā)電規(guī)模采用相關(guān)設(shè)計軟件設(shè)計計算的過程赤進(jìn)行說明。月份空氣溫度相對濕度每日的太陽輻射-水平線大氣壓力了風(fēng)速地表溫度單位°C%kWh/m2/dkPam/s°C一月-11.464.30%2.7985.95.4-10.6二月-7.248.30%3.8385.75.4-5.8三月1.130.50%4.985.45.43四月9.420.90%6.0685.25.612.4五月16.819.60%6.785.15.421六月22.421.50%6.5384.75.227.3七月24.925.60%6.1884.64.829.9八月23.227.50%5.6284.95.127.4九月16.727.10%4.9385.45.219.9十月7.731.90%4.0485.85.59.6十一月-0.841.40%2.95865.80十二月-8.259.50%2.34865.7-7.5平均7.934.90%4.7485.45.410.5利用RETscreen設(shè)計軟件通過調(diào)用nasa數(shù)據(jù)庫資料得到的安裝地點(diǎn)的氣象數(shù)據(jù)如下：根據(jù)PVSYST4軟件進(jìn)行最佳角度對比如下：支架傾角30度31度32度33度34度35度36度37度38度39度40度41度42度43度44度45度全年輻照量（KWh/m2）200920132017202020232025202720282028.620292028.820282027202520232020通過以上數(shù)據(jù)對比得出：本項目最佳傾角為39度1.5.2支架間距的計算板陣與板陣間的布置如下圖所示，當(dāng)陽光照射到第一組方陣的頂點(diǎn)即A點(diǎn)，它在第二組方陣的投影點(diǎn)A1應(yīng)不得高于第二組方陣的最低點(diǎn)，即不得遮擋第二組方陣的太陽能電池板，因此作以下計算：根據(jù)電站所處位置的緯度，在北半球選取冬至日這一天的太陽光入射角進(jìn)行計算，一般按照最強(qiáng)的光照時長為6小時，光線在6小時內(nèi)自東向西變化前后排板陣不被摭擋為前提條件進(jìn)行計算，一般以當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)時間作為時間標(biāo)準(zhǔn)，該時間段內(nèi)最小的太陽光入射角大至在9:00和15:00，按照該角度計算板陣前后布置間距。因此，根據(jù)圖示計算L=A+H/tanβ式中L--表示前后陣列間的距離；H--表示太陽能陣列（或遮擋物）的垂直高度；β--表示太陽入射角；A--表示方陣垂直投影與支柱中心的距離。（2）根據(jù)國家發(fā)布的《獨(dú)立光伏系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中有關(guān)光伏方陣陣列間距或可能遮擋物與方陣底邊垂直距離的計算公式，距離應(yīng)不小于L：式中Ф為緯度（在北半球?yàn)檎?、南半球?yàn)樨?fù)），H為光伏方陣陣列或可能遮擋物高度。Ф=xx°H=xxm=xxm因此方陣間距選擇xxm，即可不被遮擋。1.5.3支架結(jié)構(gòu)設(shè)計太陽能電池組件支架結(jié)構(gòu)采用國標(biāo)型鋼結(jié)構(gòu)，表面采用熱鍍鋅處理，保證結(jié)構(gòu)具有良好的防腐蝕效果，結(jié)構(gòu)采用螺栓緊固，確保支架能夠抵御xxm/s風(fēng)速的載荷，電池板安裝時設(shè)有5cm的泄風(fēng)口，確保支架的穩(wěn)定。1.5.4固定傾角方陣組件支架設(shè)計組件支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案為：組件下部設(shè)置沿組件短向（安裝孔位置）通長的冷彎等邊槽鋼（80×40×3），通過螺栓與組件連接，以固定組件；安裝組件的槽鋼下設(shè)置三角形衍架，衍架主梁采用冷彎等邊槽鋼（120×60×30×3）制成，與前、后固定柱之間采用螺栓連接，以方便施工；前、后固定柱與基礎(chǔ)預(yù)先埋植的M20錨栓連接，形成完整結(jié)構(gòu)體系，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。所有鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均采用鍍鋅處理，可以增加結(jié)構(gòu)的耐久性。組件和支撐結(jié)構(gòu)見下圖。效果圖如下：2太陽能方陣支架計算應(yīng)根據(jù)組件尺寸和具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)計算，電池板鋼結(jié)構(gòu)支架要在最大風(fēng)載作用下正常使用，應(yīng)使其主要構(gòu)件滿足穩(wěn)定性要求的強(qiáng)度要求，即支撐桿、拉桿、立柱在風(fēng)載作用下不失穩(wěn)且立柱彎曲強(qiáng)度滿足要求。依據(jù)風(fēng)速xxm/s計算電池板迎風(fēng)面、支架所受的風(fēng)載Fwb：=γ0γQ[(0.5ΡCV2)](Wbi×Hbi)/1000式中：Fwb-------電池板所受的風(fēng)載。γ0γQ-----γ0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取為1.0;γQ為可變荷載分項系數(shù)，采用1.4。Ρ----空氣密度，一般取1.2258N*S2*m-4。C-----風(fēng)力系數(shù)1.2n-----電池板數(shù)量。Wbi----電池板寬度，m。Hbi------電池板長度,m。V----風(fēng)速，m/s。以下是以組件尺寸為1970×990，重量為26Kg，板陣大小為68塊組件進(jìn)行計算來加以說明。Fwb=1.0×1.4×(0.5×1.2258×1.2×342)(1.97×0.99)×68×Sin360/1000=92.79KN電池板的自重G1=68（塊）×26Kg/塊×9.8N/Kg/1000=17.33KN電池板固定桿總重G2=4×3.921×35.31×9.8N/Kg/1000=5.43KN固定桿自重G3=12×5.569×3.37×9.8N/Kg/1000=2.21KN電池板自重和電池板固定桿和固定桿總重G4=G1+G2+G3=17.33+5.43+2.21=24.97KN一、支撐桿穩(wěn)定性校核先以固定桿為研究對象，受力分析如圖所示。每根固定桿所承擔(dān)的風(fēng)載及重力載近似F1WB=FWB/12=92.79KN/12=7.74KNG1=G4/12=24.97KN/12=2.08KN通過桿件的平衡條件則有N+YB1+G1=0F1WB+XB1=01.685(G1cos36°+F1WBsin36°)-3.37cos36°N=0得結(jié)果N=3.85KNXB1=7.74KNYB1=1.77KN以支撐桿為研究對象，受力分析如下：則有NA=NB=N=1.77KN支撐桿的臨界力PC=π2EImin/(ul)2其中彈性模量E=206GPa(材質(zhì)Q235A，槽鋼10#)最小慣性矩Imin=198cm4長度系數(shù)u=1桿長度l=226cm則Pc=3.142×206×105×198/2262=788KN金屬構(gòu)件的穩(wěn)定安全系數(shù)Ss=1.8--3S=Pc/N=788/1.77=445>3由此可知支撐桿的穩(wěn)定性滿足要求。以支撐桿2為