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光伏阵列支架布置及结构件 优化专题 上海电力设计院有限公司 一、 概述 光伏支架通常为镀锌钢构件拼装而成的三角形钢结构。以某100 兆瓦光伏发 电工程中采用的光伏支架（图1）为例。该工程的光伏组件采用横向布置，两端 搁置在檩条上，并通过压块固定。单榀支架由前立柱、后立柱、斜撑和斜梁组成， 支架的倾角根据工程所在地的纬度等因素确定，该工程中为 36 °。檩条与斜梁 间通过螺栓连接，前后立柱则焊接在支架基础顶部预埋的钢板上。根据当地地质 条件，支架基础采用钻孔灌注桩的形式。 图1 支架侧视图 二、 计算分析 该工程中采用4 排 11 列组件组成单个光伏阵列。光伏支架则采用7 榀支架 组成6 跨、跨度均为2.85 米、两边悬挑0.5 米的钢结构。前、后立柱间距为2.6 米。出于安全性的考虑，支架结构中檩条、斜梁、斜撑和立柱间的连接均近似简 化为铰接。由于立柱通过端板焊接在基础埋件上，立柱底部的约束则考虑为固定 支座。简化后的支架力学模型如图2 所示。 第1 页 共8 页 图2 支架结构的力学模型 据《光伏发电站设计规范》光伏支架结构主要承受光伏组件和自身重量产生 的恒荷载、风荷载、雪荷载、温度荷载、地震荷载以及施工检修荷载等作用。工 程设计表明，风荷载控制的基本组合作用下支架结构的应力最大。本次计算中主 要针对该荷载组合下的受力情况进行计算。 在钢结构设计通用软件 SAP2000 中，建立三维模型，并按规范要求施加荷 载和组合。施加荷载后的模型简图如下图所示。 图3 SAP2000 的支架模型 经计算，支架结构在风荷载控制的基本组合作用下，结构的弯矩图、轴力图 和剪力图如下图所示。 第2 页 共8 页 图4 结构弯矩图 图5 结构轴力图 图6 结构剪力图 由上图可以看出，支架结构中，檩条和主梁承受的弯矩和剪力较大、轴力较 小，支撑和立柱则由于近似简化为二力杆，承受的轴力较大，几乎没有弯矩和剪 力。这与支架结构的实际受力情况较接近，计算结果较合理，这也为后续的优化 工作提供了技术支持。 第3 页 共8 页 三、 结构布置形式的优化 根据SAP2000 的计算结果，檩条主要承受弯矩和剪力，其中尤以弯矩为主。 选取受力最大的檩条弯矩图如图7 所示。如图所示，檩条边跨的跨中弯矩为最大 正弯矩0.467kNm，比中间跨的跨中弯矩0.246kNm 大90% 。而第二支座处的支 座弯矩则为最大负弯矩0.676kNm，也比其他支座弯矩0.583kNm 大 16%。因此 可考虑缩小边跨跨度并适当增加中间跨跨度的方法，使边跨和中间跨的受力情况 趋于均匀，从而降低整根檩条的最大弯矩。 图7 檩条弯矩图 斜梁也主要承受弯矩作用，选取原结构中受力最大的斜梁弯矩图 （图 8 ）。 如图所示，斜梁第一跨的跨中弯矩为最大正弯矩 0.809kNm，比第二跨的跨中弯 矩0.312kNm 大160%。而斜撑处的支座弯矩则为最大负弯矩0.653kNm，与其他 支座弯矩 0.62kNm 较为接近。因此可考虑调节斜撑的位置，使斜撑和第三根檩 条的位置重合，尽可能降低檩条传递的集中力对斜梁的作用；并适当调整前、后 立柱的间距使斜梁的受力情况趋于均匀，从而降低整根斜梁的最大弯矩。 图8 斜梁弯矩图 第4 页 共8 页 由于支架结构中节点连接假定为铰接，因此斜撑和前、后立柱均接近两端铰 接的二力杆，因此主要承受轴力作用。经计算，原支架斜撑、前立柱和后立柱的