太阳能光伏电站光伏组件及支架设计方案

太阳能光伏电站光伏组件及支架设计方案第一节光伏组件的选型光伏组件的选型，主要考虑下述因素：转换效率优先选择转换效率高组件，可以减小组件尺寸、方阵占地面积，降低占地率。稳定性目前市场上应用的光伏组件主要有几种类型：单晶硅、多晶硅、非晶硅，各种类型硅片都有自己的衰减指标，而且随着技术的不断进步，各个厂家产品水平不断提高，设计时要优先选择稳定性好的组件。简单性在组件选择上要考虑方阵整体排布、汇流方式、布线等的简单性，设计时优先选择大功率组件，这样会减少组件用量，减少相应的配套设备；优先选用低电压大电流的组件，这样会在组件的串联上会更灵活，更接近MPPT跟踪窗，同时可减少并联数从而能减少汇流箱数量、输出线缆路数等。其他因素组件选择时经常需要考虑一些因素，比如抗风、沙尘、雨水等，对于风力比较大的地区，可能会考虑使用面积比较小的组件，或者使用比较长的组件，便于固定、抗风；对于沙尘较大的地区，会考虑沙尘对组件背部EVA的损伤，考虑组件背部封闭的产品；还有一些组件加工方面的细节，比如铝合金边框的边角，要圆滑，不得出现锐角，毛刺，否则在安装过程中非常容易划伤EVA膜。第二节光伏电池板阵电压及组串设计光伏电池板阵电压设计需要考虑以下因素：组串开路电压不超过并网逆变器最高输入直流电压；组件的电压随温度变化的温度系数；逆变器的MPPT电压范围；以合肥阳光电源公司生产的SG500KTL为例，电池板组串的设计过程如下：SG500KT逆变器主要参数为：输入直流最高电压为：900VMPPT范围为：450V～820V选用的某公司生产的多晶硅电池组件参数如下：峰值功率(Wp)230电池片类型多晶硅电池片串联数（片）60峰值电压(V)30.0峰值电流(V)7.66开路电压(V)37短路电流(A)8.38功率温度系数%/℃-0.45开路电压温度系数%/℃-0.37短路电流温度系数%/℃+0.06组件尺寸结构mm1970×990×50组件效率14.1%组件的参数一般给定的是在标准条件下的值，组串的设计应结合气象数据进行计算，当系统安装地点的最低为-25℃时，组件的开路电压变化为37V×0.37%×50℃=6.845V，组件在最低温度时，其开路电压将有可能会达到37V+6.845V=43.845V,当选用SG500KTL逆变器时，则太阳能电池组件的串联数为：900÷43.845V=20.52，向下取整后得到组串实际串联数应为20块。通过计算得到组串的参数如下：组串最大功率电压：600V组串开路电压：740V组串最高极限电压：876.9V组串最大功率电流：7.66A组串短路电流：8.38A计算结果可以看出，选用60片太阳能电池封装的230Wp组件，采用20块串联组成的电池组串可满足逆变器安全、可靠、高效工作。第三节太阳能电池组件方阵设计1太阳能电池组件支架设计太阳能电池组件支架设计选择需要根据当地的气候条件、组件尺寸、安装成本、维修成本、发电量和上网电价等因素综合确定。太阳能电池板支架的设计既要满足其具有良好结构性能和防腐蚀性能，还要根据项目建设地点的纬度选择合适电池板倾角，保证全年发电量的最大化是光伏发电站设计主要目的。不同的仰角系统在各月的发电量是不同的，支架设计时要根据组件的机械结构参数结合当地的地理气象数据资料以及组件能够承受的极限风速来进行设计。1.1支架的设计形式与选择支架的设计形式一般有三种形式，即倾角固定形式、单轴跟踪形式和双轴跟踪形式，选用的材料主要有型钢、铝合金型材和型钢与铝合金混合材料。本设计主要针对倾角固定形式来进行，选用的材料以型钢为主。1.2设计参照依据《建筑结构荷载规范》GB50009-2001《钢结构设计规范》GB50017-2003《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003《混凝土结构设计规范》GB50010-2002《建筑结构可靠设计统一标准》GB50068-2001《建筑抗震设计规范》GB50011-2001《建筑工程抗震设防分类标准》GB50023-20041.3设计原则贯彻“安全可靠、经济适用、符合国情”的电站建设方针；全面执行国家的相关政策、法规；保证全年发电量最大化。1.4设计条件结构设计使用年限：50年环境类别：地上一类风荷载：35m/s基础方案：太阳能电池方阵支架基础采用独立基础使用材料：热轧钢材：Q2351.5组件支架设计1.5.1支架倾角设计支架倾角设计一般采用相关设计软件来进行辅助设计，支架倾角的设计即根据软件设计来保障全年发电量最大的供电为模式，再通过倾角的调整，选择系统损失最小的情况来决定最佳倾角，以下以东经98.5°北纬39.8°地点为例，10MW的发电规模采用相关设计软件设计计算的过程赤进行说明。月份空气温度相对湿度每日的太阳辐射-水平线大气压力了风速地表温度单位°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设计软件通过调用nasa数据库资料得到的安装地点的气象数据如下：根据PVSYST4软件进行最佳角度对比如下：支架倾角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度全年辐照量（KWh/m2）200920132017202020232025202720282028.620292028.820282027202520232020通过以上数据对比得出：本项目最佳倾角为39度1.5.2支架间距的计算板阵与板阵间的布置如下图所示，当阳光照射到第一组方阵的顶点即A点，它在第二组方阵的投影点A1应不得高于第二组方阵的最低点，即不得遮挡第二组方阵的太阳能电池板，因此作以下计算：根据电站所处位置的纬度，在北半球选取冬至日这一天的太阳光入射角进行计算，一般按照最强的光照时长为6小时，光线在6小时内自东向西变化前后排板阵不被摭挡为前提条件进行计算，一般以当地的标准时间作为时间标准，该时间段内最小的太阳光入射角大至在9:00和15:00，按照该角度计算板阵前后布置间距。因此，根据图示计算L=A+H/tanβ式中L--表示前后阵列间的距离；H--表示太阳能阵列（或遮挡物）的垂直高度；β--表示太阳入射角；A--表示方阵垂直投影与支柱中心的距离。（2）根据国家发布的《独立光伏系统技术规范》中有关光伏方阵阵列间距或可能遮挡物与方阵底边垂直距离的计算公式，距离应不小于L：式中Ф为纬度（在北半球为正、南半球为负），H为光伏方阵阵列或可能遮挡物高度。Ф=xx°H=xxm=xxm因此方阵间距选择xxm，即可不被遮挡。1.5.3支架结构设计太阳能电池组件支架结构采用国标型钢结构，表面采用热镀锌处理，保证结构具有良好的防腐蚀效果，结构采用螺栓紧固，确保支架能够抵御xxm/s风速的载荷，电池板安装时设有5cm的泄风口，确保支架的稳定。1.5.4固定倾角方阵组件支架设计组件支撑结构的设计方案为：组件下部设置沿组件短向（安装孔位置）通长的冷弯等边槽钢（80×40×3），通过螺栓与组件连接，以固定组件；安装组件的槽钢下设置三角形衍架，衍架主梁采用冷弯等边槽钢（120×60×30×3）制成，与前、后固定柱之间采用螺栓连接，以方便施工；前、后固定柱与基础预先埋植的M20锚栓连接，形成完整结构体系，具有足够的强度和刚度。所有钢结构构件均采用镀锌处理，可以增加结构的耐久性。组件和支撑结构见下图。效果图如下：2太阳能方阵支架计算应根据组件尺寸和具体结构进行详细计算，电池板钢结构支架要在最大风载作用下正常使用，应使其主要构件满足稳定性要求的强度要求，即支撑杆、拉杆、立柱在风载作用下不失稳且立柱弯曲强度满足要求。依据风速xxm/s计算电池板迎风面、支架所受的风载Fwb：=γ0γQ[(0.5ΡCV2)](Wbi×Hbi)/1000式中：Fwb-------电池板所受的风载。γ0γQ-----γ0为结构重要性系数，取为1.0;γQ为可变荷载分项系数，采用1.4。Ρ----空气密度，一般取1.2258N*S2*m-4。C-----风力系数1.2n-----电池板数量。Wbi----电池板宽度，m。Hbi------电池板长度,m。V----风速，m/s。以下是以组件尺寸为1970×990，重量为26Kg，板阵大小为68块组件进行计算来加以说明。Fwb=1.0×1.4×(0.5×1.2258×1.2×342)(1.97×0.99)×68×Sin360/1000=92.79KN电池板的自重G1=68（块）×26Kg/块×9.8N/Kg/1000=17.33KN电池板固定杆总重G2=4×3.921×35.31×9.8N/Kg/1000=5.43KN固定杆自重G3=12×5.569×3.37×9.8N/Kg/1000=2.21KN电池板自重和电池板固定杆和固定杆总重G4=G1+G2+G3=17.33+5.43+2.21=24.97KN一、支撑杆稳定性校核先以固定杆为研究对象，受力分析如图所示。每根固定杆所承担的风载及重力载近似F1WB=FWB/12=92.79KN/12=7.74KNG1=G4/12=24.97KN/12=2.08KN通过杆件的平衡条件则有N+YB1+G1=0F1WB+XB1=01.685(G1cos36°+F1WBsin36°)-3.37cos36°N=0得结果N=3.85KNXB1=7.74KNYB1=1.77KN以支撑杆为研究对象，受力分析如下：则有NA=NB=N=1.77KN支撑杆的临界力PC=π2EImin/(ul)2其中弹性模量E=206GPa(材质Q235A，槽钢10#)最小惯性矩Imin=198cm4长度系数u=1杆长度l=226cm则Pc=3.142×206×105×198/2262=788KN金属构件的稳定安全系数Ss=1.8--3S=Pc/N=788/1.77=445>3由此可知支撑杆的稳定性满足要求。以支撑杆2为