塑料光伏组件的结构设计与注塑工艺研究

发布时间：2017-10-08 06:05

  本文关键词：塑料光伏组件的结构设计与注塑工艺研究

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【摘要】：光伏组件是重要的太阳能发电设备。目前以铝合金、不锈钢等金属为原料的光伏组件制造成本高、安装过程繁琐且使用过程容易出现电化学腐蚀等问题。相比于金属制光伏组件,以塑料为材料的光伏组件在国内市场并不多见。一些工程塑料可加工性能、绝缘性能和耐腐蚀性能等非常好。因此以这些工程塑料为原料的光伏组件会避免或改善以上金属制光伏组件出现的问题。本文以纤维增强聚丙烯为材料,设计了一种特定结构的新型光伏组件,并对该结构的光伏组件依次进行了系统的力学分析、注塑成型工艺研究及注塑模具设计。本文首先论述了光伏组件在国内外的发展状况,包括光伏组件应用时所受的载荷、以光伏建筑一体化为主的光伏组件结构形式以及国外光伏组件制造材料的进展。然后,论述了光伏组件结构设计及制造所用的方法和理论基础。设计了光伏组件几何结构,并确定了模型尺寸及所用材料等详细参数。根据《GB50009-2012建筑结构荷载规范》和《GB50797-2012光伏发电站设计规范》等标准确定了光伏组件在项目要求应用场合中所受载荷种类,并给出光伏组件在强度校核和刚度校核时所受荷载条件的公式及具体数值。利用ANSYS Workbench软件对光伏组件结构进行了受力分析,以及强度和刚度的校核。计算结果表明：设计的光伏组件结构在现行光伏组件规范标准下,强度和刚度校核结果合格。利用Moldflow对光伏支架进行注塑成型工艺过程的数值模拟。确定了浇注系统、冷却系统和初始注塑成型工艺参数,并得到该条件下的充填时间、平均收缩率、气穴位置、熔接线位置及翘曲变形量等。通过改变保压压力进行优化制品的翘曲变形问题。结果表明：该光伏支架具有良好的注塑加工性能,通过保压压力曲线的优化可以有效改善注塑制品的翘曲变形问题。利用IMOLD辅助设计模块针对新型光伏支架分别进行了型腔／型芯设计、浇注系统设计、注塑模模架设计和冷却系统设计,实现了利用SolidWorks-IMOLD三维设计软件对光伏支架注塑模具的整体辅助设计。这种注塑模具设计相比于传统的模具设计方法,既降低了成本,又缩短了开发周期。
【关键词】：光伏组件 载荷 力学分析 注塑工艺 模具设计
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-15
• 符号说明15-18
• 1 绪论18-24
• 1.1 课题的研究背景及研究意义18-19
• 1.2 光伏组件的发展状况19-23
• 1.3 研究内容23-24
• 2 光伏组件结构分析与注塑工艺分析理论基础24-32
• 2.1 光伏组件结构受力分析理论基础24-26
• 2.1.1 有限元基本理论24
• 2.1.2 弹性力学变分原理24
• 2.1.3 数值计算过程24-26
• 2.2 光伏支架注塑工艺参数数值模拟分析基础26-31
• 2.2.1 注塑成型过程中的物理现象26
• 2.2.2 光伏支架注塑成型过程的模型化及其基本方程26-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 光伏组件结构设计与力学分析32-48
• 3.1 光伏组件几何模型及相关材料32-37
• 3.1.1 光伏组件几何模型32-36
• 3.1.2 力学分析所涉及的材料36-37
• 3.2 光伏组件所受载荷分类37-42
• 3.2.1 恒载荷37
• 3.2.2 风载荷37-38
• 3.2.3 雪载荷38-39
• 3.2.4 地震载荷39-40
• 3.2.5 荷载组合40-42
• 3.3 光伏组件结构力学分析42-47
• 3.3.1 光伏组件材料参数42
• 3.3.2 光伏组件整体模型42
• 3.3.3 模型网格划分42-43
• 3.3.4 约束与载荷43-44
• 3.3.5 计算结果44-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 光伏支架注塑工艺的数值模拟48-65
• 4.1 模型导入及网格划分48
• 4.2 浇注系统设计48-53
• 4.2.1 浇口位置及数量设置48-50
• 4.2.2 浇注系统的型腔数选择50-52
• 4.2.3 热流道设置52-53
• 4.3 冷却系统设计53-55
• 4.3.1 冷却系统设计考虑因素54-55
• 4.3.2 冷却回路设置55
• 4.4 注塑成型工艺参数设计及优化55-64
• 4.4.1 注塑成型初始设计及分析56-61
• 4.4.2 翘曲变形问题优化设计及分析61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 5 光伏支架注塑模具系统的结构设计65-78
• 5.1 光伏支架注塑设备选型65-67
• 5.2 模具初始化设计67-69
• 5.2.1 数据准备68
• 5.2.2 创建新的项目68-69
• 5.3 型腔/型芯设计69-71
• 5.3.1 分型面设计69
• 5.3.2 注塑模成型尺寸计算69-70
• 5.3.3 模具型腔/型芯设计70-71
• 5.4 浇注系统的设计71-73
• 5.4.1 型腔数量确定及布局设计72
• 5.4.2 浇口设计72
• 5.4.3 热流道设计72-73
• 5.5 注塑模模架设计73-75
• 5.5.1 注塑模具模架的典型结构73
• 5.5.2 模架尺寸的确定73-74
• 5.5.3 模架的其他要求74-75
• 5.6 冷却系统设计75-76
• 5.6.1 冷却管路尺寸设计75-76
• 5.7 脱模系统设计76
• 5.8 注塑模具模型图76-77
• 5.9 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 创新点79
• 6.3 展望79-80
• 参考文献80-84
• 作者简介84

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本文编号：992383