CN105716853A - 一种模拟光伏支架风载荷的试验方法 - Google Patents

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徐亚东
卢晓聪
彭程
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Abstract

本发明公开了一种模拟光伏支架风载荷的试验方法，具体步骤如下：1）确定受力点；2）根据风速风压公式，计算出各受力点的受力情况；3）模拟风载荷，对各受力点施加作用力；4）对光伏支架各受力点进行扫频、定频、变换力的方向及大小的受力试验，在实验过程中以及实验完毕后对光伏支架钢结构的疲劳情况、紧固件的工作情况进行检查、记录、汇总，并与理论数据进行比较得出实验结论；5）对模拟计算得出的理论数据进行反向校正和优化。本发明克服现有技术的不足，通过简单的试验方法来模拟风载荷对支架的作用，从实验的角度检验支架的性能，方法简单，易于实施。

Description

一种模拟光伏支架风载荷的试验方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电领域，特别涉及一种模拟光伏支架风载荷的试验方法。
背景技术
随着现代化工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，利用太阳能追踪器来提供能源和发电效率已经越来越受到人们的重视。
在太阳能光伏发电中，由于支架一般都架设在野外，并且组件的面积通常情况下都比较大，而风载荷也是一种变化的载荷。通常情况下，变化的风载荷是光伏跟踪支架设计过程中一个必须要考虑的因素。目前对于风载荷的影响，主要是将风载荷看成静载荷来计算支架的挠度情况，而目前还没有可行性的方法对支架在变化风载荷的情况下其实际运行状态比如低频振动的估算或者试验。对于需要长时间在野外工作，变化风载荷对于支架的影响需要更加接近于实际情况的模拟。
目前现有技术中针对钢结构支架的测试主要针对的是支架的抗地震振动、机械振动等方面，如光伏组件机械载荷试验的方法（专利号2011102793095），相对于光伏支架较大迎风面的测试主要是通过将风载荷看成是静载荷来进行模拟计算，确定支架的安全系数。而在实际野外的工作中，相对于电机运转等产生机械振动以及运动过程中的晃动，支架受到变化阵风而导致的振动是影响支架结构疲劳、支架紧固件紧固的主要因素，而目前对结构的分析基本上不能模拟计算出受到变化风载荷的支架的可靠性，所以急需一种方法能够从实验的角度来补充模拟计算分析的不足。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种模拟光伏支架风载荷的试验方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种模拟光伏支架风载荷的试验方法，具体步骤如下：
1）根据已知光伏支架中组件的排布方式、数量、安装方式及其与主梁间的受力关系来确定受力点；
2）根据风速风压公式计算出各受力点的受力情况，即各受力点在不同的受力方向上所受风载荷的理论值，这里所采用的风速风压公式为P=pV^2/2，式中P为风压，p为空气密度，V为风速；
3）模拟风载荷，对各受力点施加作用力，具体的，选取受力方向，对所述受力点施加一与步骤2）中计算所得的在该受力方向上所受力的理论值相等的力，并对所施加作用力的频率进行调节；
4）对光伏支架各受力点进行扫频、定频、变换力的方向及大小的受力实验，在实验过程中以及实验完毕后对光伏支架钢结构的疲劳情况、紧固件的工作情况进行检查、记录、汇总，并与理论数据进行比较，得出实验结论；
5）根据步骤4）的实验结论，对模拟计算得出的理论数据进行反向校正和优化。
优选地，对于简支梁或受力集中的结构，根据受力点的受力方向、受力大小、组件的结构及材质进行有限元分析，对各受力点的受力情况分析得出所述结构中主要受力部分的变形情况，以所有受力点中形变量最大的一个受力点的形变为基准，计算出致使该受力点发生形变时其余各受力点的受力方向及大小。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的试验方法，将变化的风载荷看成是一段时间的静载荷，并利用风速风压公式计算得出各受力点受力情况的理论值，并通过模拟自然界中的风载荷，给受力点施加一与理论值相等的力，该力的方向、大小、频率可调，根据不同的受力方向，调节受力大小，并改变施力频率来模拟自然界风载荷对光伏支架的作用，并根据作用效果来评估支架的设计，从实验角度来检验支架的性能，该方法原理简单、易于实施。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
一种模拟光伏支架风载荷的试验方法，具体步骤如下：
1）根据已知光伏支架中组件的排布方式、数量、安装方式及其与主梁间的受力关系来确定受力点，这里，组件包括檩条在内；
2）将变化的风载荷看成是某一时间的静载荷，根据实际情况选择风速风压公式，结合步骤1）所采集到的组件信息计算出光伏支架上各受力点的受力情况，即各受力点在不同受力方向上所受风载荷的理论值，这里的风速风压公式采用了P=pV^2/2，式中P为风压，p为空气密度，V为风速；
3）根据步骤2）中计算得出的各受力点的受力情况，按照受力点的布局，对各受力点施加一作用力，该作用力与步骤2）中计算所得的该受力点在该受力方向上所受的力的理论值相等，所施加的作用力要求大小、方向、频率可调，通过控制施加力的方向、大小、频率来模拟自然界中风载荷，以此来试验风载荷对于该光伏支架的影响；通常情况下，所施加的作用力频率较低、数值较大、方向多种，在模拟过程中，可根据步骤2）理论计算过程中风选取的方向来确定施加在支架上的力的大小与方向，而后调节力的频率，这里，该频率的调节范围由光伏支架安装地的实际环境决定；
而在实际过程中，风载荷在一定范围内可以看成是一种均布的载荷，在一定范围内风载荷对于支架各个部位的力的方向、大小、频率是相同的，在实际操作过程中需要较高的同步性，控制难度大，为此，这里对模拟方式做了简化，具体如下：
对于光伏支架中简支梁结构或者受力比较集中的结构，根据相关的数据如受力点的受力方向、大小、组件结构、材质进行有限元分析，根据对各受力点的受力情况分析得出该结构的主要受力部分的变形情况，以所有受力点中形变量最大的一个受力点的形变为基准，计算出致使该受力点发生形变时其余各受力点的受力方向及大小。这里将多点受力转换成单点受力，虽然存在一定程度的失真，但是仍在可控范围内，这样采用单点的方式简化了控制方式，在试验中更容易模拟。
4）对光伏支架各受力点进行扫频、定频、变换力的方向及大小的受力试验，并且持续一定的时间，持续时间根据支架的实际使用过程中的环境情况来确定所需模拟的严酷程度，在实验过程中以及实验完毕后对光伏支架钢结构的疲劳情况、紧固件的工作情况进行检查、记录、汇总，并与理论数据进行比较得出实验结论；
5）根据步骤4）所得的实验结论，对模拟计算得出的理论数据进行反向校正和优化，使理论计算或仿真软件模拟的准确度不断提高。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种模拟光伏支架风载荷的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）根据已知光伏支架中组件的排布方式、数量、安装方式及其与主梁间的受力关系来确定受力点；
2）根据风速风压公式计算出各受力点的受力情况，即各受力点在不同的受力方向上所受风载荷的理论值，这里所采用的风速风压公式为P=pV^2/2，式中P为风压，p为空气密度，V为风速；
3）模拟风载荷，对各受力点施加作用力，具体的，选取受力方向，对所述受力点施加一与步骤2）中计算所得的在该受力方向上所受力的理论值相等的力，并对所施加作用力的频率进行调节；
4）对光伏支架各受力点进行扫频、定频、变换力的方向及大小的受力实验，在实验过程中以及实验完毕后对光伏支架钢结构的疲劳情况、紧固件的工作情况进行检查、记录、汇总，并与理论数据进行比较，得出实验结论；
5）根据步骤4）的实验结论，对模拟计算得出的理论数据进行反向校正和优化。
2.根据权利要求1所述的模拟光伏支架风载荷的试验方法，其特征在于，对于简支梁或受力集中的结构，根据受力点的受力方向、受力大小、组件的结构及材质进行有限元分析，对各受力点的受力情况分析得出所述结构中主要受力部分的变形情况，以所有受力点中形变量最大的一个受力点的形变为基准，计算出致使该受力点发生形变时其余各受力点的受力方向及大小。
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