發(fā)布時(shí)間：2020-04-26 19:51

【摘要】：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)以建筑物為載體,為了提高太陽能的利用效率,一般安裝在體表面積較大的建筑物上并且存在一定的安裝傾角。安裝傾角增加了光伏面板的受風(fēng)面積,因此風(fēng)荷載對(duì)光伏系統(tǒng)的承載能力有重要影響。風(fēng)荷載的大小與風(fēng)向角以及光伏面板的安裝位置有關(guān),并且我國(guó)現(xiàn)行的荷載規(guī)范未提供光伏系統(tǒng)風(fēng)荷載的計(jì)算公式,因此,開展單層金屬屋面鋁合金太陽能支架的抗風(fēng)性能研究十分必要。本文利用數(shù)值風(fēng)洞技術(shù),對(duì)太陽能鋁合金支架屋面的風(fēng)壓進(jìn)行計(jì)算,并對(duì)支架在風(fēng)荷載、雪荷載以及自重作用下的承載能力進(jìn)行了分析。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:1、通過鋁合金型材的拉伸試驗(yàn),獲得6063-T5型材的應(yīng)力—應(yīng)變數(shù)據(jù),并且與目前常用的鋁合金材性公式進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果顯示,彈性階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與公式較吻合,塑性階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比公式計(jì)算結(jié)果高。拉伸試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)為有限元模擬提供了必備的材性參數(shù)。2、通過研究數(shù)值風(fēng)洞理論,來確定模擬中風(fēng)場(chǎng)入口處的邊界條件、湍流模型以及對(duì)近壁面采用的處理方式。3、利用SOLIDWORKS、ICEM和FLUENT軟件分別進(jìn)行三維建模、網(wǎng)格處理和風(fēng)場(chǎng)模擬,通過將數(shù)值風(fēng)洞模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,判斷擬采用的湍流模型和參數(shù)設(shè)置的正確性。采用SST k-ω湍流模型計(jì)算安裝傾角為10°的光伏面板上風(fēng)壓系數(shù)和風(fēng)壓分布,以及X軸、Y軸和Z軸正負(fù)六個(gè)方向的受力情況。模擬采用兩個(gè)變量進(jìn)行分析,分別為風(fēng)向角(0°和180°)以及光伏陣列在建筑物屋面上的安裝位置,得到光伏面板主要受升力作用。當(dāng)風(fēng)向角為0°且光伏系統(tǒng)位于屋頂中間時(shí),Y軸方向主要受壓力的作用。4、使用有限元軟件ABAQUS分別建立光伏組件和支架、壓型鋼板和連接件的三維模型,通過施加荷載來分析各個(gè)模型的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況和極限承載力,分析光伏面板安裝位置對(duì)壓型鋼板承載力的影響,得到壓型鋼板屋面上鋁合金支架的極限承載力。承載能力由弱到強(qiáng)依次是壓型鋼板、光伏組件和支架、連接件。結(jié)合數(shù)值風(fēng)洞的模擬結(jié)果以及由我國(guó)的荷載規(guī)范計(jì)算出來的荷載組合數(shù)值,采用最不利原則得到在實(shí)際環(huán)境中施加在光伏面板上的壓力和升力,并將該結(jié)果與模型的極限承載力進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,若光伏面板安裝在壓型鋼板的屋面上時(shí),需要對(duì)屋面進(jìn)行加固或增加鋁合金支架的個(gè)數(shù);若光伏面板安裝在混凝土屋面或地面上時(shí),需要對(duì)鋁合金支架薄弱部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【圖文】：

太陽能的開發(fā)和利用帶動(dòng)了各個(gè)國(guó)家的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展。20 世紀(jì) 90 年代，德國(guó)率先在世界上推出屋頂計(jì)劃，隨后又提出十萬屋頂計(jì)劃，并在 2000 年實(shí)行可再生能源法[1]。美國(guó)通過政策法規(guī)為新能源提供良好的發(fā)展環(huán)境，制定能源結(jié)構(gòu)改革和發(fā)展可再生能源的方針和戰(zhàn)略[2]。日本自 1974 年啟動(dòng)著名的“陽光計(jì)劃”之后，又出臺(tái)了一系列法規(guī)和補(bǔ)貼制度用來支持光伏產(chǎn)業(yè)[3]。在我國(guó)，《可再生能源法》的頒布以及金太陽工程等項(xiàng)目的開展為新能源的利用提供了政策和資金上的支持，同時(shí)也對(duì)節(jié)能減排、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整起到了積極的推進(jìn)作用[4]。在國(guó)家大力發(fā)展可再生能源戰(zhàn)略時(shí)，人們提出將太陽能技術(shù)應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，將建筑體作為太陽能利用的載體，即將光伏系統(tǒng)與建筑相結(jié)合。1986 年，世界能源組織提出太陽能光伏建筑一體化，，我國(guó)用 BMPV（BuildingMountedPhotovoltaic）表示安裝在建筑物上的光伏發(fā)電系統(tǒng)，如圖 1-1 所示。該系統(tǒng)又分為 BIPV（BuildingIntegratedPhotovoltaic）（圖 1-1a）和 BAPV（Building Attached Photovoltaic）（圖 1-1b）兩種。前者為構(gòu)建型，太陽能板不僅用于發(fā)電，還是建筑物的幕墻、屋頂或天棚的重要組成部分；后者為安裝型，主要用于發(fā)電，不破壞或削弱原有建筑物的功能。光伏發(fā)電系統(tǒng)分為獨(dú)立光伏發(fā)電、并網(wǎng)光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電。

風(fēng)荷載是空氣在流動(dòng)過程中對(duì)建筑物或者構(gòu)筑物表面產(chǎn)生的壓力或者吸力。在我國(guó)東南沿海區(qū)域，每年的夏季都會(huì)出現(xiàn)多次臺(tái)風(fēng)，對(duì)建筑物造成了嚴(yán)重的破壞，例如低矮建筑物和大跨度場(chǎng)館的屋頂被掀起，高層建筑的玻璃幕墻被吹落，如圖1-2所示。1999 年 9 月，“約克”臺(tái)風(fēng)登陸香港期間造成數(shù)棟大樓的玻璃幕墻被吹毀；2002 年 8月，蘇州新建體育場(chǎng)和體育館屋頂被強(qiáng)風(fēng)掀去 4000 多平方米；2003 年 8 月，上海大劇院大屋蓋屋頂?shù)囊粔K覆面材料被強(qiáng)風(fēng)撕裂成兩段；2018 年 9 月，臺(tái)風(fēng)“山竹”登陸我國(guó)東南沿海，摧毀了許多建筑物。因此需要在進(jìn)行建筑物及其圍護(hù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意風(fēng)荷載對(duì)其產(chǎn)生的影響。（a）低矮建筑 （b）高層建筑（c）大跨屋蓋圖 1-2 風(fēng)對(duì)建筑物的破壞對(duì)于分布式光伏電站的安裝于單層金屬屋面的情況，屋面受到的風(fēng)荷載以及風(fēng)荷
【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM615

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐東臣;杜建良;;基于測(cè)試支架連接螺栓預(yù)緊力的分析計(jì)算[J];航空精密制造技術(shù);2015年04期

2 劉梅;張露露;王培軍;孫新城;常qご

本文編號(hào)：2641834