太阳能光伏发电系统设计与施工

1、 课程设计课程名称 光伏发电系统的设计与施工班 级 专 业 光伏发电技术及应用专业 学 号： 姓 名： 指导教师： 提交日期： 课程设计成绩： 目录摘要1关键词1第一章 新余市太阳能资源21.1地理位置21.2气候条件2第二章 光伏发电系统阵列设计32.1太阳电池方阵设计32.1.1太阳能方阵的倾角3第三章 光伏阵列钢支架强度的计算43.1 支架强度的计算43.1.1 设计对象63.1.2荷重计算73.1.3 支撑臂支点确定8第四章 光伏阵列钢支架的设计94.1 钢材的分类94.2钢结构设计94.3基础稳定性设计104.4 钢材用量表11第五章 接地防雷12参考文献:13附录：光伏系统支架设计

2、图纸14课程设计心得体会15摘要:太阳能光伏组件发电与日照强度，日照时间以及电池板摆放位置和倾角有直接关系，针对新余市地理位置以及气候条件，设计了一种适合新余市实际情况的光伏系统支架。本文对该光伏组件支架系统的连接方式，材质，选型，负荷分析进行详细的分析和阐述，支架的结构牢固可靠，能承受自重，风荷载和其他外部效应。安全可靠的安装，以最小的安装成本达到最大的使用效果，这些都是制作这种光伏支架方案时所需考虑的重要因素。关键词：太阳能发电；组件支架；支架设计；负荷分析；材质选型第一章 新余市太阳能资源1.1地理位置新余市位于江西省中部偏西，浙赣铁路西段，地处北纬27332805，东经11429115

3、24。全境东西最长处101.9公里,南北最宽65公里，东距省会南昌市150公里，东临樟树市，新干县西接宜昌市袁州区，南连吉安市青原区，安福县，峡江县，北毗上高县，高安市，全市总面积3178平方公里（占全省总面积的1.9%）其中渝水区面积1785.92平方公里，分宜县面积1391.6平方公里。1.2气候条件新余市属亚热带温润性气候，具有四季分明，气候温和，日照充足，雨量充沛，无霜期长，严冬较短的特征，季节情况如下：季节时段气候特点春季3月下旬至5月下旬中气温回升，雨量增加，冷暖多变，常有低温阴雨天气夏季初夏5月下旬中至6月下旬底温度适宜，雨水充沛盛夏7月8月天气炎热，常有干旱秋季9月下旬中至11

4、月下旬初晴天多雨天少，有干旱冬季11月下旬初至3月下旬初严冬多霜雪，冻害常发生新余市历年平均基本气象资料如下表所示：年水平辐射量斜面辐射量气温最低气温相对湿度日照时数最长连续阴雨天数平均13094KJ/13714KJ/29.4-7.274%-84%1655h5天新余市相对来说出现12级以上台风概率不大，一般最高风速不超过10级，风力破坏度不大，冬季常出现雨雪天气，地面积雪深度不超过20cm，新余地区不属于地震常发的地震带上，所以出现破坏性地震概率相对很小。第二章 光伏发电系统阵列设计2.1太阳电池方阵设计 2.1.1太阳能方阵的倾角在光伏发电系统设计中，光伏组件方阵的放置形式和放置角度对光伏系

5、统接受的太阳辐射有很大影响，从而影响到光伏发电系统的发发电能力。与光伏组件方阵放置相关的有下列两个角度参量：太阳电池组件倾角；太阳电池组件方位角。太阳电池组件倾角是太阳电池组件平面与水平面的夹角。光伏组件方阵的方位角是方阵的垂直面与正南面的夹角（向东偏设定为负角度，向西偏设定为正角度）固定安装的LED路灯系统涉及到如何选择最佳倾角以及如何计算斜面上的太阳辐射。对于其倾角的选择应结合以下要求进行综合考虑；（1）连续性（2）均匀性（3）极大性，在这里我们采用近似的方法来确定倾角。一般的，在我国南方地区，方阵倾角可比当地纬度高1015。北方地区倾角比当地纬度增加510由于新余地区位于北纬273328

6、05，因此取当地的纬度大约为28，所以太阳电池方阵倾角Q=28+ 10=38方位角计算：通过新余基本气象调查，一天中负荷的峰值时刻为 20:00，该地区的的经度为东经1142915024，所以方位角Q1=（一天中负荷的峰值时刻-12）15+（经度-116）=（20-12）15+（150-116）=154光伏支架和光伏组件方阵的倾角以及方位角一致,所以光伏支架的倾角Q取38, 方位角Q1取154第三章 光伏阵列钢支架强度的计算3.1 支架强度的计算 在太阳能电池阵列用的支架设计时，为了使其成为能够承受各种荷载的支架,要考虑支架的材料选型,以及数量，再设计确定强度。本光伏发电系统的支架，采用6块电

7、池排列成三行两列的形式排放。光伏组件选择240Wp多晶硅光伏组件，单块功率240Wp，组件效率14.12%。图3- 1 240Wp多晶硅太阳电池 240Wp多晶硅太阳电池的具体技术参数如下表：表3- 1 240Wp多晶硅太阳电池太阳电池技术参数表太阳电池种类多晶硅太阳电池组件规格240Wp指标单位数 据峰值功率Wp240开路电压（Voc）V37.4短路电流（Isc）A8.55工作电压（Vmppt）V30工作电流（Imppt）A8尺寸mm16501030安装尺寸mm1020986重量kg20.1峰值功率温度系数%/K-0.45开路电压温度系数%/K-0.37短路电流温度系数%/K+0.0610年

8、功率衰降%9320年功率衰降%863.1.1 设计对象本套系统太阳能电池组件采用LDK所生产的电池组件重15.6kg/个，用于左右的2个角钢框架（L5050t6）和7组螺母,螺栓安装。2个角钢框上面横拉7根框架角钢，2个支撑臂（L5050t6），下端基座上面采用竖向2根钢管和横向2根角钢（L5050t6），以及螺母螺栓若干固定。支架相对水平有38角。根据新余市实际气候条件本套光伏发电系统中强度计算只考虑固定荷重G,暴风雨的风压荷重W和积雪荷重S的短期复合荷重。新余地区最大风速不超过12级（32.6m/s），本系统设计风速为40 m/s，积雪厚度不超过20cm，取积雪深度为20cm。由于光伏发电

9、系统有一定的倾角对20cm的积雪有自行滑落的能力，所以本处不考虑积雪所产生的荷重。3.1.2荷重计算（1）固定荷重G组件质量Gm=20.1kg6=120.6kg=1182N角钢框自重Gk=4.43kg/m4.2m2=37.2kg=364.7N框架自重Gn=1.36 kg/m2.06m7=19.6kg=192N其他结构材料，螺母，螺栓等G=3kg=29N固定荷重G=1182+364.7+192+29=1768(N）（2）风压荷重（W）W=1/2（CwV02S）IJ式中Cw为风力系数通过查阅资料可知顺风时Cw=1.06，逆风时Cw=1.43；为空气密度=1.274N*s2/m4；V为风速=40m/

10、s；S面积=1.5860.8086=7.7 m2；为高度补正系数=(h/h0)1/5, h为阵列的地面以上高度这里取值为2.5m，h0为基准地面以上高度10m，所以=(h/h0)1/5=（2.5/10）1/5=0.758；I为用途系数=本光伏发电系统为通常光伏发电系统所以系数取1；J为环境系数=本光伏发电系统没有障碍物的平坦地，系数取1.15。当风从阵列前方吹来（顺风）的时候风压负荷W为W=1/21.061.2744027.70.75811.15=7251N当风从阵列后方吹来（逆风）的时候风压负荷W1为W1=1/21.431.2744027.70.75811.15=9780N该风压对太阳能电池

11、方阵作为上吹荷重起作用。（3）总荷重顺风时候总荷重G+W=1768+7251=9019N逆风时候总荷重G- W1=1768-9780=-8012N3.1.3 支撑臂支点确定假设角钢框架受到均布荷重的悬空横梁。通过计算找到使角钢不会被破坏的平衡点，在距A点2500mm处，如图所示，在A点，B点上所产生对荷重的反作用力和力矩。作用于A，B两点的作用力，可以分为两个部分。通过设计考虑，所使用的角钢材料为SS400时候短期弯曲允许力在其承受范围内。负荷设计安全考虑。第四章 光伏阵列钢支架的设计设计光伏发电系统的支架，要考虑的是支架的倾角以及其受力情况以及太阳电池的排布，在该系统中，采用6块电池排列成6

12、行。电池的规格为宽240wp多晶硅太阳电池，长1650mm、宽1030mm、厚50mm、重20.1kg。4.1 钢材的分类 钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等，其中，钢材按照型材可以分为普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角钢及螺纹钢等 本套系统主要使用的钢材为角钢，角钢有等边角钢和不等边角钢两种。等边角钢以“L肢宽肢厚”表示，不等边角钢以“L长肢宽短肢宽肢厚”表示，单位为mm，如L635，L100808。计算公式：F=d(2b-d)+0.2146(rr-2qq)d:

13、边厚，b:边宽，r:内圆角半径，q:边端圆角半径4.2钢结构设计 系统的结构设计为的是可以使系统朝向和最佳倾角不变，并且能够抵御自然界是对其的影响，因此，结构必须牢固。在各种结构里，三角形结构最为牢固，所以，本系统的结构采用三角形结构太阳能电池板铺设在结构的斜面上，作为一个整体，所采用的钢为槽钢，角钢，扁钢，空心圆钢。在系统的斜面固上固定太阳能电池板的材质则为不锈钢的铝合金。各种钢筋之间采用焊接或螺丝固定。 通过计算设计选取了SS400材质的角钢，将6块电池组件两串三并地方形式铺在支架上，角度为38,7根横向支架，四根角钢框架 ，两根竖直支架，两个支撑臂，底座横向两根角钢支架，竖向两根圆钢连接

14、支架。螺栓螺母若干，其整体侧面图如右图： 4.3基础稳定性设计 当受到强风时，对于构造物基础要考虑以下问题： 受横向风的影响，基础滑动或者跌倒 地基下沉（垂直力超过垂直支撑力） 基础本身被破坏 吹进电池板背面的风使构造物浮起 吹过电池板下侧的风产生旋涡，引起气压变化，使电池板向地面吸引 对于须采用流体解析等方法才能详细研究。研究风向只考虑危险侧的逆风状态 以下所示为各种稳定条件： a对滑动的稳定 平时：安全率Fs1.5；地震及暴风时：安全率Fs1.2 b对跌倒的稳定 平时：合力作用位置在底盘的中央1/3以内时 地震及暴风时：合力作用位置在底盘的中央2/3以内时 c对垂直支撑力的稳定 平时：安全

15、率Fs3；地震及暴风时：安全率Fs2 通过考虑，本设计系统使用独立底座基础，使用钢筋混凝土基础中伸出的钢制其结构如上图所示。4.4 钢材用量表项目型号防护类型用钢部位数量备注角钢SS400热浸镀锌基座内部，最高点并联，对边和斜边8 L5050t6，尺寸根据需要裁取C型槽钢SS400热浸镀锌电池板底部4实际应用 快速有效的与钢、混凝土或其它结构成多种形式的支架系统快捷方便的管道固定，完美的风管和桥架支撑及其它工艺安装。 所有的专用配件与型槽钢都可以任意搭配、安全使用。 圆钢SS400热浸镀锌两排基座2支架的连接件SS400热浸镀锌混凝土地基表面C型钢上面7太阳能支架连接件,型钢组合配合C型钢使用

16、框架安装螺栓SUS304钝化28T形槽用螺栓支撑安装螺栓SWRM热浸镀锌8M14基础安装螺栓SWRM热浸镀锌4M14第五章 接地防雷 为防止雷击和系统漏电引发的人身事故和保护财产安全，必须为系统配比防雷系统，一般而言，光伏系统的电气设备和金属支架必须接地，避免产生接触电压。本系统采用避雷针来防止雷击。 (1)接地体的埋设。 在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，在配电机房附近选择一地下无管道、无阴沟、土层较厚、潮湿的开阔地面，一字排列挖直径1m、深2m的坑23个(其中的1或2个坑用于埋设电气设备保护等地线的接地体，另一个坑用于单独埋设避雷针地线的接地体)，坑与坑的间距应不小于3m。

17、坑内放入专用接地体，接地体应垂直放置在坑的中央，其上端离地面的最小高度应大于等于o.7m，放置前要先将引下线与接地体可靠连接。 将接地体放入坑中后，在其周围填充接地专用降阻剂，直至基本将接地体掩埋。填充过程中应同时向坑内注入一定的清水，以使降阻剂充分起效。最后用原土将坑填满整实。电器、设备保护等接地线的引下线最好采用截面积35mm2【4】接地专用多股铜芯电缆连接，避雷针的引下线可用直径8mm圆钢连接。 (2)避雷针的安装。 避雷针的安装最好依附在配电室等建筑物旁边，以利于安装固定，并尽量在接地体的埋设地点附近。避雷针的高度根据要保护的范围而定，条件允许时尽量单独接地。参考文献:【1】日本 太阳

18、能发电协会 太阳能光伏发电系统的设计与施工【2】 韩斐、潘玉良、苏中贤。固定式太阳能光伏板 最佳最佳倾角设计方法研究。 杭州电子科技大学工程设计学报。【3】杨洪兴，周伟。太阳能建筑一体化技术与应用。中国建筑工业出版社【4】李玲，廖卫兵，刘波，张发云，杨祚宝。新余高专报。2010.12【5】 中国光伏网。光伏系统的防雷设计与施工。2010.6附录：光伏系统支架设计图纸(本图CAD制作后扫描上去的，直接打印CAD图即可，此页仅参考)课程设计心得体会通过这次的课程设计,对于我来说收获还是挺大的, 它锻炼了我的思考能力和耐心.做这个课程设计除了需要一定知识的积累，还需要极大的耐心。用所学知识设计生活中

19、的东西，加深了对光伏系统设计的了解。在本次设计过程中，感受到了科学的严谨性，同时发现了很多自身存在的不足之处，对上课所学的知识不能够很好的融会贯通，证明了一切理论知识都必须与实践相结合才能深刻的理解和掌握。在查阅的过程中，并不是把所查的资料都一一的采纳，要判断优劣，适当的取舍相关知识。就这样，不知不觉的我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。知识的学习是有限的，与具体的实例相结合从而设计不同的方案，不仅让我懂得怎样把理论应用于实际，更让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决，这对于即将步入社会的我，对解决在未来工作中所遇到的种种问题的能力打下坚实的基础。在设计的过程中，总是遇到这样这样或那样的问题，有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间来解决。自然而然，我的耐性在其中建立起来了。在这