76m~2太阳光伏系统支架结构的力学分析与设计优化

发布时间：2017-05-20 08:23

  本文关键词：76m~2太阳光伏系统支架结构的力学分析与设计优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着能源危机问题日趋严重,太阳能以其普遍性和洁净性等诸多优点在众多新能源中占据主导地位。在各种利用太阳能的方式中,光-热转换和光-电转换为最为常见的两种方式。双支架跟踪系统是在力学性能和太阳能利用效率上均较为优越的一种太阳能支架系统形式。现有国内外已建成的大型太阳能发电站均出现不同程度上的结构破坏、电机齿轮打滑等情形。主要原因有三个:○1现有风荷载设计规范及相关文献均未涉及迎风角对风荷载所施加外力的影响;○2现有风荷载设计规范对风力的设定并不足够;○3太阳光伏系统支架结构设计不合理导致光伏系统在实际应用过程中出现弯曲、变形。针对以上问题,本文以76m2太阳光伏系统支架结构作为研究对象,进行了以下研究工作:○1对太阳运行轨迹理论进行研究,根据太阳运行轨迹确定光伏组件的仰视角度;○2对中日美三国的风荷载相关设计规范进行研究与比较,确定最适合太阳光伏系统支架结构的风荷载计算方法;○3利用流体力学计算软件对光伏组件在风场下的受力情况,比较不同迎风角的状况下光伏组件承受的压力;○4利用SolidWorks软件中SolidWorks Simulation模块对太阳光伏系统支架结构的日晷盘、日晷梁、南支架和北支架进行力学分析和优化设计。通过本文研究得出以下结论:○1根据太阳运行轨迹确定了光伏组件的仰视角度为44.9°;○2对中日美三国的风荷载相关设计规范进行研究与比较,最终选用日本规范作为本文风荷载计算的主要依据;○3利用流体力学计算软件SolidWorks中SolidWorks Flow模块对76m2太阳光伏系统迎风面进行模拟模拟,结果显示当迎风角为80°时,风荷载对光伏组件产生的外力荷载最大,后续对太阳能支架系统的设计及研究均应以迎风角为80°时的受力情况作为标准;○4模拟分析结果显示:日晷盘初步设计中斜圆支撑杆及日晷盘面间节点的承载力不足,应力达到2.573×108N/m2,大于屈服应力,安全系数最低为0.86,优化后日晷盘模拟结果显示最大应力为1.869×108N/m2,小于材料的屈服应力,而安全系数在1.2~1.8范围内;日晷梁两端应力最大,数值为2.993×107N/m2,日晷梁整体的安全系数较高,最低值达到7.307,优化后日晷梁在材料的利用上更有效,最小应力为1.235×108N/m2,从应力云图上来看,最大应力为1.848×108N/m2;南支架顶部应力最大,数值为1.772×108 N/m2,北支架顶部应力最大,数值为1.834×108 N/m2,优化后北支架的重量较优化前减少了50%以上。本文的研究成果可以为太阳光伏系统支架结构的设计及优化提供借鉴,具有重要的现实意义。
【关键词】：太阳能 光伏系统 支架结构 风荷载
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU312.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-12
• 1.2 太阳光伏系统的研究现状12-19
• 1.2.1 太阳光伏技术研究的历史与现状12-14
• 1.2.2 太阳光伏跟踪器的发展现状14-17
• 1.2.3 太阳光伏系统支架结构的发展现状17-19
• 1.3 结构优化设计方法的研究现状19-20
• 1.4 本文的主要研究工作20-22
• 2 太阳光伏系统组成及风荷载的确定22-40
• 2.1 太阳光伏支架结构的组成22-23
• 2.2 太阳能电池板仰视角度的确定23-24
• 2.3 风荷载的确定24-27
• 2.3.1 已有风荷载的计算方法24-25
• 2.3.2 日本相关设计规范25-26
• 2.3.3 美国相关设计规范26-27
• 2.4 基于计算流体力学对迎风角度的确定27-37
• 2.4.1 计算流体力学方法简介27-28
• 2.4.2 CFD分析的基本假设28-29
• 2.4.3 CFD分析的基本控制方程29-30
• 2.4.4 CFD分析的优化设计30-31
• 2.4.5 CFD模拟结果的分析31-37
• 2.5 失效准则37
• 2.6 结构稳定性分析方法37-39
• 2.7 本章小结39-40
• 3 日晷盘的力学性能分析及优化设计40-51
• 3.1 Solid Works Simulation概述40
• 3.2 日晷盘的设计方案40-43
• 3.3 日晷盘的应力数值模拟分析43-46
• 3.4 日晷盘的优化设计及分析46-49
• 3.4.1 日晷盘的优化设计方案46-47
• 3.4.2 日晷盘优化后的力学分析47-49
• 3.5 优化后日晷盘稳定性分析49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 4 日晷梁的力学性能分析及优化设计51-63
• 4.1 日晷盘的设计方案51-53
• 4.2 日晷梁的力学模拟分析53-56
• 4.3 日晷梁的优化设计及模拟分析56-61
• 4.3.1 日晷梁的优化方案57-58
• 4.3.2 优化后日晷梁的模拟分析58-61
• 4.4 优化后日晷梁稳定性分析61-62
• 4.5 本章小结62-63
• 5 南支架的力学性能分析及优化设计63-70
• 5.1 南支架的设计方案63-65
• 5.2 南支架的模拟分析65-68
• 5.3 南支架稳定性分析68-69
• 5.4 本章小结69-70
• 6 北支架的力学性能分析及优化设计70-78
• 6.1 北支架的设计方案70-71
• 6.2 北支架的模拟分析71-74
• 6.3 北支架优化设计及分析74-76
• 6.4 优化后北支架稳定性分析76-77
• 6.5 本章小结77-78
• 7 结论与展望78-80
• 7.1 结论78-79
• 7.2 展望79-80
• 参考文献80-89
• 攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果89-90
• 致谢90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵杰;曾一平;;新型高效太阳能电池研究进展[J];物理;2011年04期

2 同鹏英;武晨光;刘歆;;SolidWords中有限元分析在瓦楞包装机械设计中的应用[J];装备制造技术;2010年10期

3 王宏华;;光伏发电技术系列讲座(1) 光伏发电原理及发展现状[J];机械制造与自动化;2010年04期

4 陈建彬;沈惠平;丁磊;危凤江;;太阳能光伏发电二轴跟踪机构的研究现状及发展趋势[J];机械设计与制造;2010年08期

5 赵书利;叶烽;朱刚;;太阳能电池技术应用与发展[J];船电技术;2010年04期

6 张文涛;;基于PLC的太阳自动跟踪系统的设计与实现[J];制造业自动化;2010年03期

7 陈诺夫;;清洁可再生能源——大型聚光光伏电站[J];现代物理知识;2010年01期

8 成小江;宋加建;沈杰;邓天池;;计算流体动力学(CFD)原理及其在结构风工程中的应用[J];江苏建筑;2009年06期

9 郭丰;;聚光光伏的发展[J];电源技术;2009年10期

10 张仁醒;;新型太阳光自动跟踪装置的设计[J];长春理工大学学报(高教版);2009年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张微娜;50MW级槽式太阳能集热器支架在风荷载下的动态性能研究[D];内蒙古科技大学;2013年

2 尹喜;大功率碟式太阳能聚光器网架静载特性有限元分析[D];湖南科技大学;2013年

3 黄磊;大型聚光光伏跟踪装置结构优化[D];武汉理工大学;2013年

4 管勋;槽式太阳能热发电系统中聚光装置的结构分析与优化[D];华南理工大学;2013年

5 孙进;多定日镜风场数值模拟[D];湖南大学;2012年

6 孔祥兵;槽式太阳能聚光器支架结构的拓扑优化设计[D];重庆大学;2012年

7 冯东亮;基于CFX太阳能追日器风载仿真[D];武汉理工大学;2011年

8 郎龙军;太阳能自动跟踪发电控制系统的开发与设计[D];河南科技大学;2010年

9 张庆祝;太阳能光伏组件风载负荷计算及支架结构的研究[D];内蒙古工业大学;2010年

10 任松林;主动式太阳跟踪及驱动系统研究与设计[D];重庆大学;2008年

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本文编号：381098