1.引言
目前，在全球能源**緊張和環境問題日益嚴重的情況下，經濟和社會的可持續發展受到了巨大挑戰，發展和利用清潔而安全的可再生能源受到了廣泛重視。雖然目前已經實現利用的可再生替代能源種類較多，但從可用總量上看，水能、風能、潮汐能都太小，不足以滿足人類需求。太陽能作為一種資源豐富，分布廣泛且可永久利用的可再生能源，具有極大的開發利用潛力。
特別是進入21世紀，太陽能光伏發電產業發展非常迅速。太陽能光伏發電在不遠的將來不僅要替代部分常規能源，而且將成為世界能源**的主體，將給能源發展帶來革命性的變化。根據歐洲聯合委員會研究中心（jrc）的**，到21世紀末，可再生能源在能源結構中將佔到80%以上，其中太陽能發電佔到60%以上，充分顯示出其重要的戰略地位。
太陽能光伏元件支架是固定太陽能電池板的重要部件，在獲得太陽能電池板最大發電效率的前提下，保證支架的安全可靠性是光伏元件廠家需要考慮和研究。根據不同形式的太陽能光伏發電的需要，支架系統一般分為單立柱太陽能支架、雙立柱太陽能支架、矩陣太陽能支架、屋頂太陽能支架、牆體太陽能支架、追蹤系統系列支架等若干規格型號，同時按照不同的安裝方式又分為地面安裝系統、屋頂安裝系統和建築節能一體化支架安裝系統。
2.光伏元件支架設計
2.1 光伏元件支架結構
目前商品化的太陽能光伏元件安裝支架大多不可以調節角度，採用跟蹤方式進行太陽能發電又浪費大量人力物力，投入產出比受到一定程度的侷限。本文設計了一種可根據不同緯度地區而調節角度的光伏系統支架，（如圖1所示）該支架系統可以根據需要調節水平角度，不但適應於地面光伏電站的使用，同時還可以在屋頂光伏電站使用，在安裝過程中可以快速調整支架的安裝角度，避免了常規光伏元件支架不能夠迅速調整安裝角度的缺點，同時該元件支架採用高碳鋼結構，表面經過熱鍍鋅材料，具有成本低，強度高，選材耐腐蝕強，可以在環境比較惡劣的地區使用。此系統包括三角形主支架1；支撐連線機構2；刻度定位盤3；定位孔4；柱塞式刻度銷 5；托板 6；壓板 7；軸承套 8；連線杆 9；地腳支撐10。
該系統主支架為三角形焊接結構，結構簡單並能承受足夠的載荷，電池組件通過螺栓固定在支撐連線機構，並輔以刻度盤調節角度。通過柱塞式刻度銷固定刻度定位盤，托板、壓板、軸承套配合刻度定位盤使用，連線杆與地腳支撐用來增加光伏元件支架強度。
圖1 光伏元件支架結構圖
2.2.光伏元件支架連線方式
在光伏元件系統安裝時，通過預埋螺栓固定底座，如圖2所示。該支架底部的地腳支撐放入底座中通過螺栓與底座連線，然後安裝電池組件，光伏元件通過螺栓與支撐機構2連線，通過刻度定位盤3與定位銷5調節所需角度，完成後安裝下一組。在矩陣太陽能發電連線時，兩組相鄰元件支架通過緊固壓片11固定，以增強其強度，如圖3所示。
圖2 光伏元件支架螺栓固定底座
圖3 光伏元件支架矩陣連線方式
2.3 光伏元件支架材質選型
目前我國普遍使用的太陽能光伏支架系統從材質上分，主要有混凝土支架、鋼支架和鋁合金支架等三種。混凝土支架主要應用在大型光伏電站上，因其自重大，只能安放於野外，且基礎較好的地區，但穩定性高，可以支撐尺寸巨大的電池板。鋁合金支架一般用在民用建築屋頂太陽能應用上，鋁合金具有耐腐蝕、質量輕、美觀耐用的特點，但其承載力低，無法應用在太陽能電站專案上。
本文設計的這款鋼支架效能穩定，製造工藝成熟，承載能力高，安裝簡便，防腐效能優良，外形美觀獨特的連線設計，安裝方便快速，安裝工具簡單通用採用結構防腐材料的鋼製及不鏽鋼零部件，使用壽命在20年以上。
2.4 光伏元件支架載荷分析
支架強度主要包括計算固定載荷（元件自身重量及其他）、風載荷及雪載荷，風載荷是指從支架前面吹來（順風）的風壓及從支架後面吹來（逆風）的風壓引起的材料的彎曲強度和彎曲量，支撐臂的壓曲（壓縮）以及拉伸強度和正常的地面、屋頂震動、沉降引起的結構變化。
2.4.1積雪載荷受力分析
積雪載荷負重如公式2-1所示：
s=cs*p*zs*as2-1）
其中s為積雪荷重，cs為坡度係數，p為雪的平均單位質量（相當於積雪1cm的質量，面積為1m 的質量）一般的地方19.6n以上，多雪區域為29.4n以上。
zs為地上垂直最深積雪量（cm），as為積雪面積。太陽能電池陣列列面的設計用積雪量設定為地上垂直最深的積雪量（zs），但是，經常掃雪而積雪量減少的場合，根據狀況可以減少zs值。其中坡度係數如表1所示。
表1 坡度係數
坡度 <30 >30 ~40 40 ~50 50 ~60 >60
坡度係數cs 1.0 0.75 0.5 0.25 0
2.4.2 風速載荷受力分析
本文設計的光伏元件支架校核在十級風（27m/s）的風速下強度、撓度是否滿足要求。
2.4.2.1 正應力校核
光伏元件支架梁單向受彎時，正應力如公式2-2所示：
（2-2）
式中 mx 為同一截面梁在最大剛度平面內（x軸）的彎矩；wnx為對x軸的淨截面模量（抗彎截面模量）；為鋼材強度設計值。根據公式2-2所示，得到正應力如公式2-3所示：
經查五金手冊表查處設計值為[f]，σmax<[f]所以滿足強度要求。
2.4.2.2 對撓度進行校核
梁跨中最大撓度如公式2-4所示：
式中l0 為粱的計算跨度；s 為與荷載形式、支承情況有關，對均布荷載作用的簡支梁s=5/384；e 為彈性模量；m 為跨中最大彎矩；ei 為截面抗彎剛度。縱向計算同上。
2.4.2.3 後支撐臂的拉伸和壓縮強度
2.4.2.3.1 逆風的場合.
風壓荷重w對支撐臂起拉伸荷重的作用，變為上吹荷重（揚力）。拉伸應力如公式2-5所示：
式中p為拉伸張力；a為支撐臂的截面積，查表q235鋼的抗拉強度設計值[f]，<[f],所以沒有問題。
2.4.2.3.2 順風的場合.
當元件支架與截面寬度比較長度長的支柱當收到壓縮時，彎曲破壞的機率高於壓縮破壞。這稱為柱的壓曲，此時的荷重稱為壓曲荷重。壓曲荷重（尤拉公式）如公式2-6所示：
式中為壓曲荷重； 為軸向截面慣性矩； 為由兩端的支撐條件決定的係數，兩端合葉鉸接的場合為1； 為材料縱向彈性係數；l為軸長。前支撐的拉壓強度，計算過程同後支撐。
3. 應用前景
當前國際能源形勢相對嚴峻，各國都在極力尋找可以代替常規化石能源的新能源。此外核能發電的安全性讓人質疑，風能水能受地域和季節影響較大，然而太陽能作為取之不盡，用之不絕的清潔能源備受關注和加以利用。隨著全球大型地面、屋頂太陽能光伏系統的廣泛推廣與應用，太陽能光伏發電在電力**中成為必不可少的發電源泉之一，同時為了保證光伏元件系統的可靠、安全、穩定的執行，必須要求太陽能元件的各個部件具有良好的抗風、抗雪壓、耐腐蝕等效能。
本文設計的太陽能光伏元件支架安裝不僅滿足抗風、抗雪壓、耐腐蝕等效能，而且完全可以適合於地面矩陣太陽能、屋頂太陽能系統。此太陽能光伏元件支架在未來的光伏發電應用中具有良好的應用前景。
光伏元件支架及太陽能板安裝施工方案
光伏支架及光伏元件安裝工程 施工方案 江蘇榮馬建設工程 二零一五年十月 批准年 月 日 審核年 月 日 編寫年 月 日 目錄1 工程概況和特點 4 1.1工程簡述 4 1.2 工程性質及特點 4 1.3工程規模 4 2 編制依據 4 3 主要工程量 5 4 開工前準備計畫 5 4.1人員準備計畫 5...
太陽能光伏系統的設計
一 光伏系統的分類 1 獨立太陽能供電系統 2 簡單的直流系統 3 直流 交流供電系統 4 併網系統 5 混合供電系統 風光 光油等 也可以不這麼分類，我喜歡這麼分。二 光伏系統的構成 太陽電池元件 充放電控制器 逆變器 計算機監控 蓄電池等。三 光伏系統的容量設計 主要包括負載用電量估算，太陽電池...
太陽能光伏元件專業知識試題
轉正考試試題 姓名成績 一 填空題 20分，每空1分 1.太陽能元件測試的標準條件是 2.焊帶浸泡助焊劑的時間約分鐘，單片焊接時加熱板的溫度應為烙鐵的溫度為 3.元件定位準確，串與串之間的間隙一致，要求為 mm，偏差 mm。4.組板時背面粘接膠帶的數量控制在個以內，長度控制在 mm以內。5.焊帶及電...