CN104993782B - 一种光伏阵列气动导流板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏阵列气动导流板，包括一块气动型面板和面板外侧沿面板轴向分布的尾翅。本发明的导流板采用了气动型面板，使得光伏阵列附近气流的速度及方向改变，减小了风载荷作用下光伏阵列所受上拔力，同时产生一定的下压力，增加了光伏阵列的稳固性；导流板尾翅可增大来流剪切层分离的角度及尺度，形成良好的遮挡效应，降低来流对下游光伏阵列的影响，减少光伏阵列支撑结构材料用量。本发明具有尺寸变化范围宽，结构简单的特点，对于光伏地面电站和光伏屋顶电站均可适用，在实际中易于操作，在增加结构稳固性的同时可大大降低光伏阵列支撑结构的工程费用。

Description

一种光伏阵列气动导流板
技术领域
本发明涉及太阳能光伏领域，特别涉及一种光伏阵列气动导流板。
背景技术
随着绿色建筑和低碳节能理念越来越受到重视，太阳能光伏产业逐步兴起。由于太阳能光伏板一般为面积较大的平面矩形板，并且光伏板的铺设角度以最大发电率来确定倾角，强风下光伏阵列结构承受较大的风载荷。对于北半球，北风下对光伏阵列结构所受载荷可分解为：竖直方向上的掀起力和水平方向上的拖拽力。当风力较大时，风载荷不容忽视。无论是地面电站还是屋顶电站，为避免风载荷对光伏组件及支架系统的破坏，保证光伏电站的正常运行，风载荷都是整个光伏系统设计与建造的关键考虑因素。
目前国内外现有的光伏阵列结构设计均采用“直接抵抗”的方法，其一般结构如图1所示。屋顶电站多采用预制混凝土梁或预制压块来增大阵列结构的自重及摩擦力以抵御掀起力和拖拽力，但此种方案增加了原有屋面的负重，不利于原有建筑物的安全；采用现浇支架基础则对原建筑物及屋顶防水层破坏较大。地面电站则多采用增大条形基础或增大基础埋深的形式，并增大支撑结构的规格以抵御风荷载，但此种方案增加了混凝土量及用钢量。因此，无论是屋顶还是地面电站，采用“直接抵抗”的方式进行方案设计会导致对光伏电站场地要求较高，且建设成本较大。
发明内容
基于此，本发明提供一种光伏阵列气动导流板；
所述导流板包括气动型面板和气动型面板外侧沿面板轴向分布的尾翅；所述气动型面板安装在光伏阵列结构上。
附图说明
图1为现有技术中光伏装置的结构示意图；
图2为一个实施例中光伏结构导流板的结构示意图；
图3为一个实施例中光伏阵列导流板气动型剖面曲线及尾翅高度计算示意图；
图4为本发明一个实施例中光伏阵列加装导流板后结构简化示意图；
图5为本发明一个实施例中计算模型示意图；
图6为本发明一个实施例中光伏阵列近壁面处网格划分示意图；
图7为本发明一个实施例中气动导流板尾翅附近壁面处网格划分示意图；
图8为本发明一个实施例中未安装导流板的光伏阵列各排风压云图；
图9为本发明一个实施例中加装导流板后的光伏阵列各排及导流板风压云图。
具体实施方式
下面结合附图1至9和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用于限制本发明的范围。
在一个实施例中，本发明公开了一种光伏阵列气动导流板包括：气动型面板和面板外侧沿面板轴向分布的尾翅，所述气动型面板安装在光伏阵列结构上。
如图2所示。所述气动型面板和尾翅组成气动导流板，在气动载荷影响光伏阵列结构之前将其抵消、转移。
本实施例在光伏阵列结构的一侧安装了气动型面板和分布在面板外侧分布的尾翅，用此结构来替换原有的增大光伏结构的自重来抵挡风力，不用增加原有建筑物的重量，能够有效的减少风载荷引起的掀起力，并将其转换为下压力以增大光伏阵列结构的稳固性，提高光伏装置抵御风载的能力。导流板尾翅可增大来流剪切层分离的角度及尺度，形成良好的遮挡效应，降低来流对下游光伏阵列的影响，减少光伏阵列支撑结构材料用量。
本实施例针对现有的光伏阵列支撑结构主要是针对风载荷进行直接防护，增加了光伏电站场地的要求及电站建设成本的缺点，在结构设计时转换观念，将“直接抵抗”转变为“疏通、导流”甚至“有效利用”，在减小风载荷影响的同时增大光伏阵列结构的稳固性。
在一个实施例中，安装光伏阵列结构的水平面包括屋顶、地面、平台或其他包含水平面的结构。
本实施例用于说明所述光伏阵列结构的安装位置，可以是任何具有水平面的结构，此处不再过多的解释。
在一个实施例中，所述光伏阵列结构包括光伏组件及其支撑结构；所述光伏组件为一块平面矩形面板，所述支撑结构为一个具有一定倾角的支撑件；所述光伏组件沿所述倾角安装在支撑结构上。
本实施例用于解释光伏阵列结构的组成及结构，所述光伏阵列结构包括光伏组件及其支撑结构；所述光伏组件为一块平面矩形面板，所述支撑结构为一个具有一定倾角的支撑件。进一步的，所述支撑结构包括多根第一支撑杆，第二支撑杆，第三支撑杆和第四支撑杆组成；并且第一支撑杆，第二支撑杆，第三支撑杆和第四支撑杆的数量相同，所述多根第一支撑杆平行的安装在水平面上，所述第二支撑杆和第三支撑杆垂直于水平面安装在第一支撑杆上，且第二支撑杆高度低于第三支撑杆，第四支撑杆的两端分别安装在第二支撑杆和第三支撑杆上，所述光伏组件安装在多根第四支撑杆组成的平面上并固定于第四支撑杆上；上述介绍支撑结构的倾角由第二支撑杆和第三支撑杆的高度不同构成的。
在一个实施例中，所述气动型面板剖面曲线为余弦曲线。
本实施例之所以将气动型面板的剖面曲线做成余弦曲线，是为了通过其气动外形将来流吸收并引导至多阵列区域外，从而减少阵列所受风荷载的大小。
在一个实施例中，所述余弦曲线表达式为：
y＝HD&CenterDot；cos(π2S&CenterDot；x)]]>
式中，HD为气动导流板竖向高度，S为气动导流板水平方向跨度。
在一个实施例中，参见相关附图，所述气动型面板的长度BD不小于光伏阵列的长度B，气动型面板的竖向高度HD不小于光伏阵列中光伏组件最低至最高处的竖向距离H；所述光伏阵列结构最高处与气动型面板上边缘的间距不大于30mm。
本实施例尺度上的要求及控制导流板与阵列间隙是为了使气动导流板的导流范围完整覆盖光伏阵列，从而增强气动导流板的导流效果，更大程度的减少风荷载。
由于我国南北跨纬度较大，约49°，不同地区相应的太阳能电池方阵最佳倾角差异明显，范围在10°-45°之间。在一个实施例中，所述光伏阵列倾角α在5°-50°之间，覆盖了最佳倾角范围。同时，在本实施例中，光伏支架安装在水平面上。在一个实施例中，所述气动型面板上包含至少一个尾翅，当包括多个尾翅时多个尾翅均匀的分布在气动型面板上。
进一步，所述尾翅高度的确定公式为：
h＝L2&CenterDot；sin(HD15S&CenterDot；α)]]>
式中，L为光伏阵列宽度，HD为气动导流板竖向高度，S为气动导流板水平方向跨度，α为光伏阵列倾角。
进一步，所述尾翅垂直于水平面，其长度w等于导流板长度。
一个具体的实施例为：新疆某光伏电站项目光伏结构导流板设计：
(1)确定光伏阵列的尺度，模型及尺寸如图1所示；
光伏阵列长度B＝7.29m，光伏阵列宽度L＝2.48m，阵列厚度T＝0.1m，阵列倾角α＝25°，阵列倾斜后竖直方向投影H＝L·sinα+T/cosα＝1.50m。
(2)计算光伏阵列气动导流板各参数，模型示意图如图2所示，尺寸计算如图3所示；
设计气动导流板竖向高度HD＝H＝1.50m，气动导流板水平方向跨度S＝1.25m，导流板长度BD＝B＝7.29m。
气动型面板剖面余弦曲线表达式：y＝HD&CenterDot；cos(π2S&CenterDot；x)＝1.5&CenterDot；cos(π2.5&CenterDot；x).]]>
尾翅高度：尾翅宽度w＝B＝7.29m.
安装导流板后光伏阵列示意图如图4所示。
(3)利用CFD数值方法，计算安装气动导流板前后各阵列所受的载荷大小；
阵列离地高度为0.6m，阵列间距3.5m，计算模型取5排阵列。计算模型及尺寸示意图如图5所示，其中阵列最高点离地距离H0＝2.1m。计算模型纵向宽度为20H0.光伏阵列位移计算模型中间。
来流风向垂直于光伏板排布方向(北风)；
来流参数：v＝26m/s，P＝1.01×105Pa，Re＝2.17×1061/m，T＝288.15K；
其中，v为来流风速，P为压强，Re为雷诺数，T为温度；
流场求解方程采用基于Favre平均的N-S方程，为保证方程封闭，本实施例中采用湍流粘性系数法中的(SST)k-ω双方程湍流模型，数值算法为有限体积法。为保证计算精度，靠近结构壁面区域网格逐渐加密。壁面边界层为10层，最小尺寸0.001m，增长系数1.2。光伏阵列近壁面处网格划分如图6所示，气动导流板尾翅附近壁面处网格划分如图7所示；
将区域内空气参数，初值和边界条件代入理论模型中得到流场计算结果。
(4)对比安装光伏阵列气动导流板前后阵列所受风压变化；
图8为未安装导流板的光伏阵列各排风压云图；图9为加装导流板后光伏阵列各排及导流板风压云图；表1为不同阵列所受风载荷的计算结果。
表1
由图8、图9和表1可得，增装导流板后，阵列首排水平力大小为直接支撑的5.3％，首排竖向力大小为直接支撑的7.7％，其余各阵列所受水平力、竖向力的绝对值均有所减小。整个阵列所受水平力减小18.2％，竖向力减小90.3％。增装光伏阵列气动导流板后，气动载荷下降明显。
应当指出，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换均不脱离本发明的精神以及权利要求记载的范围。

Claims (8)

1.一种光伏阵列气动导流板，其特征在于：
所述光伏阵列气动导流板包括气动型面板和气动型面板外侧沿面板轴向分布的尾翅；所述气动型面板安装在光伏阵列结构上，所述气动型面板的剖面曲线为余弦曲线，气动型面板剖面余弦曲线表达式为：
y = H D · c o s ( π 2 S · x ) ,
式中，HD为气动导流板竖向高度，S为气动导流板水平方向跨度；
所述尾翅的高度确定公式为：
h = L 2 · s i n ( H D 15 S · α ) ,
式中，L为光伏阵列宽度；
所述光伏阵列宽度为光伏阵列宽边的值，所述光伏阵列宽边与其水平投影形成光伏阵列倾角α；
所述气动型面板水平方向跨度为气动型面板与所述光伏阵列安装在一起后，气动型面板的两个水平边的水平投影之间的距离。
2.根据权利要求1所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：所述光伏阵列结构包括光伏组件及其支撑结构，所述光伏组件为平面矩形面板，所述支撑结构为具有一定倾角的支撑件。
3.根据权利要求2所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：所述支撑结构包括多根的第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆组成；所述第一支撑杆、第二支撑杆，第三支撑杆和第四支撑杆的数量相同，所述多根第一支撑杆平行安装在水平面上，所述第二支撑杆和第三支撑杆垂直于水平面安装在第一支撑杆上，且第二支撑杆高度低于第三支撑杆，第四支撑杆的两端分别安装在第二支撑杆和第三支撑杆上，所述光伏组件安装在多根第四支撑杆组成的平面上并固定于第四支撑杆上。
4.根据权利要求2所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：
所述气动型面板的长度不小于光伏阵列中光伏组件的长度，气动型面板的竖向高度不小于光伏组件最低至最高处的竖向距离；
所述气动型面板长度为气动型面板与所述光伏阵列安装在一起后，气动型面板中与光伏组件长边相平行的边的长度。
5.根据权利要求1所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：所述气动型面板上包含至少一个尾翅，当包括多个尾翅时，多个尾翅均匀的分布在气动型面板上。
6.根据权利要求2所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：支撑结构的倾角由第二支撑杆和第三支撑杆的不同高度构成。
7.根据权利要求1所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：
所述尾翅垂直于水平面，其长度与气动型面板的水平边长度相同。
8.根据权利要求1所述的光伏阵列气动导流板，其特征在于：所述光伏阵列结构最高处与气动型面板上边缘的间距不大于30mm。
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