大型光伏电站支架结构的优化设计研究

随着西部光伏电站的大规模建设及电站收益的减少，光伏支架成本控制成为光伏电站建设中重点考虑问题。如何实现支架结构在满足强度、刚度、稳定性的条件下尽可能地节约钢材，是设计中面临的关键问题。本文将以公司常用光伏支架为研究对象，结合工程实际，从设计角度出发，使用有限元分析软件ANSYS及SAP2000，对支架结构的部分零部件进行优化设计研究。

由于西部地区光照资源丰富，以及光伏发电成本太高，中国开始在西部地区进行大型光伏并网电站的建设。西部地区尤其是西北地区的年有效光照小时数是东部地区的两倍左右，甚至超过2000小时。而西部地区遍布的大片荒漠化土地，对于需占地面积较大的光伏电站和光伏电站运营企业而言，具有较大的市场竞争力与吸引力。

一般在一个大型太阳能发电站项目中，建安成本占光伏项目总投资的21%左右，如果选用的支架不合适，会增加加工成本、安装成本及后期养护成本。因此，对光伏电站支架结构进行优化研究具有较重要的意义。

1光伏电站支架结构及优化方式

1.1大型光伏电站支架结构

目前西部地面光伏电站的支架普遍采用Q235-B钢。综合多种因素考虑，西部地面光伏电站建设一般采用固定式支架。目前普遍采用的固定式支架主要由横梁、斜梁、前后支腿、斜撑组成，受力性能良好。

1.2 优化方式简介

光伏支架为超静定结构，进行优化设计时，采用简单的手算等静力分析无法得出准确的计算结果，现在普遍采用电算方式进行结构分析，计算光伏支架的强度、刚度、稳定性时普遍使用的软件为PKPM和SAP2000。PKPM操作简单，设计效率较高，但该软件没有适用于光伏支架的截面，计算时只能用近似的截面代替，其加载方式也不是很合理，计算结果并不能让人满意;SAP2000也有一定的缺点，对支架节点等细部，其无法进行受力分析。ANSYS在结构计算上功能强大，它能够形象而准确地模拟出支架零部件中实体结构的细部受力特征，进而计算出不同工况下的结构强度。

2支架优化设计

主要对支架的部分构件进行有限元分析和优化。经过用钢量统计，得出支架横梁和前后立柱下方的底座用钢量较大，因此着重对这两部分进行有限元分析和优化。