刘国亮
广东甘特电力设计有限公司510000
摘要：光伏发电作为一种新兴能源，具有广阔的市场前景。在全世界范围内，对于光伏的应用与发展引起了诸多国家的重视。光伏支架结构方案设计与选型作为光伏发电的重要组成部分，需要考虑到耐久性、经济性、可调性以及施工便利性，以便为光伏利用奠定基础。本文主要内容通过研究光伏支架结构荷载、理论计算、模拟数据等，探讨了光伏支架结构方案的设计与选型，分析了其未来发展趋势。
关键词：光伏支架；结构方案；设计与选型
引言：在当前全球气候变暖，能源安全问题日益严峻的今天，新兴能源的开发逐渐受到了全世界国家的重视。不少国家开展实践利用新兴能源取代传统能源，如水能、风能、太阳能等。这些新兴能源作为无限可循环能源，能够被持续利用。尤其是太阳能，作为一种十分丰富的资源，不仅分布广泛，还具有可永久利用的特点，因此具有较大的开发潜力。根据我国光伏产业发展情况来看，该行业发展非常迅速。光伏支架作为保证太阳能电池板的重要部件，只有确保支架具有良好的稳定性和可靠性，才能确保太阳能电池板稳定运行。基于此，相关人员在对光伏支架结构方案的设计和选型中，需要根据实际使用情况进行设计。
1.荷载研究
在光伏支架结构方案的设计和选型中，光伏组件常见的基础体系有双列单坡支架与单列单坡支架等、独立柱三种。
所有双列单坡支架与单列单坡支架都是由横向、纵向体系构成。独立柱主要是由单根立柱与撑杆构成。为了提高太阳能利用率，在光伏组件支架的结构设计中，通常会设计成水平面并带有一定的倾斜角度。计算出合理的光伏支架荷载值，是确保光伏支架设计的重要内容。除了风荷载之外，光伏支架通常情况下还要受到雪荷载以及施工荷载，支架组合荷载分项系数及组合值系数如下表所示，只有充分考虑各方面荷载因素，才能够为光伏支架结构的持续使用奠定基础。
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通常情况下，太阳能光伏组件的使用寿命在25年左右，根据光伏组件的使用寿命对组件的风荷载进行计算，为了确保光伏支架结构的安全性，选择风速为42m/s的瞬时风作为光伏组件风荷载值进行校核。同时还要考虑到光伏支架为紧贴地面的重量以及柔性结构等因素，在不考虑地震因素的情况下，可以采取效应组合的方式，实现对光伏组件荷载的研究。
2.理论计算
在光伏支架结构方案的设计和选型中，通常光伏支架的次梁以C型导轨为主，除此之外，还有主梁、立柱以及支撑组成。而在光伏支架中，主梁和次梁为主要受压结构，通过静力学的方法，我们可以计算出主梁的受压情况，这是因为主梁和次梁的挠度不会超过光伏支架结构的容许值[1]。
针对普通刚性受弯结构的主梁与次梁来说，都有着不同的挠度，一般情况下，普通刚性结构主梁的挠度取值为L/250，而次梁的挠度取值为L/200，因此使得光伏支架的前后立柱与支撑主要承受轴向拉力和压力，为了更好的考虑到光伏支架荷载，对钢结构的轴向承载能力的选用中，通常不需要强度要求控制。
3.模拟数据
为了更好的计算出光伏支架结构方案的理论值，可以使用通用结构计算软件建立出对应的三维光伏支架数值模型。因此在对光伏支架模型的主梁和次梁的使用中，选择C型钢，同时选择的截面尺寸分别是C40*60*10*2.5和C60*40*20*2.5两种尺寸。
两种截面的背部孔通常都属于开孔状态，所以在实际情况中，需要将光伏板安装在对应檩条上，为了确保风荷载与雪荷载传力路径的一致性，从光伏板到檩条，最终再到主梁。所以在模型中将光伏板设计为单向板，可以实现将相应的荷载分配到檩条上，以确保模拟数据的准确性[2]。
除了以上经济效益影响因素之外，支架造型的不同对经济效益的影响也较大。常见的光伏支架分为固定可调支架与固定倾角支架。以某省100mw光伏电站为例，一般固定支架安装角度需要保持39°，各光伏组件间的距离需要保持6.7m。而固定可调支架在应用过程中，冬季的半年角度都会保持在60°，这样一来，支架间的距离被拉长，变为了9.4m，总用地面积增加，并且在每次调节过程中还需要投入大量的人力、物力资源。由此可见，不同支架造型也是影响此类工程项目的重要因素。
5.未来发展
纵观当今国际形势，西方发达国家，尤其有美国为代表，在国际能源中，对我国一直进行各种阻拦，同时由于传统能源属于不可再生资源，并且对环境造成的破坏越来越严重，所以新兴能源的开发已经成为各国必须研究的对象。在新兴能源的开发中，有核能、风能、水能、太阳能等资源，但是在这些新能源中，核能发电目前并没有100%的安全保障，而风能和水能由于受到地域、气候等环境因素的影响，因此并不稳定[3]。而太阳能资源，不仅取之不尽用之不竭，而且在不受地域等因素的影响，同时太阳能资源的使用具有良好的安全性措施，所以在新能源的开发中，可以作为首选能源。使用太阳能光伏发电的过程中，为了更好的确保光伏组件系统具有可靠性、稳定性和安全性，就需要确保光伏发电的各个部件具有良好的抗击恶劣环境性能，在对光伏支架结构方案设计与选型中的过程中，只有考虑到以上因素，才能促使光伏产业的发展。
结束语：在对光伏支架结构方案的设计与选型中，建立光伏支架结构计算的理论方法，我们可以得知，合理的光伏载荷值是光伏支架设计的重要组成部分，以光伏支架的使用寿命作为基础，进行设计计算，能够确保光伏支架承载最大的荷载力，同时对双向双层光伏组件和横向四层光伏组件这两种不同的排列方式进行优越性比较，选择出适合不同地域的光伏组件排列方式，达到对光伏支架结构的最终设计和选型。
参考文献：
[1] 唐俊福, 林建平, 霍静思. 柔性光伏支架结构特性分析及其优化设计[J]. 华侨大学学报(自然科学版), 2019, 40(03):57-63.
[2] 王丽筠, 李炅. 光伏支架桩基的防冻胀设计研究[J]. 住宅与房地产, 2019, No.526(04):72-72.
[3] 苏江灿. 结构力学求解器在光伏支架强度计算中的应用[J]. 机电信息, 2018(2):13-14.