新余市路灯设计.docx
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新余市路灯设计
新余市路灯设计
摘要
太阳能光伏组件支架是固定太阳能电池板的重要部件,在获得太阳能电池板最大发电效率的前提下,保证支架的安全可靠性是光伏组件厂家需要考虑和研究。
根据不同形式的太阳能光伏发电的需要,支架系统一般分为单立柱太阳能支架、双立柱太阳能支架、矩阵太阳能支架、屋顶太阳能支架、墙体太阳能支架、追踪系统系列支架等若干规格型号,同时按照不同的安装方式又分为地面安装系统、屋顶安装系统和建筑节能一体化支架安装系统。
目前,在全球能源供应紧张和环境问题日益严重的情况下,经济和社会的可持续发展受到了巨大挑战,发展和利用清洁而安全的可再生能源受到了广泛重视。
虽然目前已经实现利用的可再生替代能源种类较多,但从可用总量上看,水能、风能、潮汐能都太小,不足以满足人类需求。
太阳能作为一种资源丰富,分布广泛且可永久利用的可再生能源,具有极大的开发利用潜力。
特别是进入21世纪,太阳能光伏发电产业发展非常迅速。
太阳能光伏发电在不远的将来不仅要替代部分常能源,而且将为世界能源供应的主体,将给能源发展带来革命性的变化。
关键词:
组件支架;安装系统;设计
第1章
绪论
1.1太阳能发电系统设计的结构和工作原理
太阳能发电是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的装置。
太阳能电池组件(Solar cells)是利用半导体材料的电子学特性实现P-V转换的固体装置,在广大的无电力网地区,该装置可以方便地实现为用户照明及生活供电,一些发达国家还可与区域电网并网实现互补。
目前从民用的角度,在国外技术研究趋于成熟且初具产业化的是"光伏--建筑(照明)一体化"技术,而国内主要研究生产适用于无电地区家庭照明用的小型太阳能发电系统。
成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了"光伏--建筑照明一体化.意义绿色能源和可持续发展问题是本世纪人类面临的重大课题,开发新能源,对现有能源的充分合理利用已经得到各国政府的极大重视。
太阳能发电作为一种取之不尽,用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。
随着太阳能产业化进程和技术开发的深化,它的效率、性价比将得到提高,它在包括BIPV在内的各个领域都将得到广泛的应用,也将极大地推动中国"绿色照明工程"的快速发展。
1.2光伏发电的意义
光伏发电系统的设计要本着合理性、实用性、高可靠性和高性价比(低成本)的原则。
做到既能保证光伏系统的长期可靠运行,充分满足负载的用电需要,同时又能使系统的配置最合理、最经济,特别是确定使用最少的太阳能电池组件功率,协调整个系统工作的最大可靠性和系统成本之间的关系,在满足需要保证质量的前提下节省投资,达到最好的经济效益。
第2章新余市地理情况及基本气象
2.1新余市地理概况
新余市地理概况新余市位于江西省中部偏西,袁河中下游,鄱阳湖平原边缘,浙赣铁路西段,地处北纬27°33′~28°05′,东经114°29′~150°24′。
全境东西最长处101.9公里,南北最宽处65公里,东距省会南昌市150公里,土地总面积3164平方公里,占全省总面积的1.9%。
东临樟树市、新干县,西接宜春市袁州区,南连吉安市青原区、安福县、峡江县,北毗上高县、高安市。
赣粤高速公路、沪瑞高速公路分别自北向南、自东向西穿越市境。
地理环境优越,交通便利,经济发展迅速,工业化水平较高,是江西省的钢铁工业基地。
具有建设现代工业经济中心城市的得天独厚的条件。
2.2新余市基本气象
新余市属亚热带湿润性气候,雨量充沛,气候温和,无霜期长,严冬期短,土层肥厚。
既适宜喜温作物的栽培,也有利秋播作物的越冬。
目前新余为全省商品粮基地,也是全国优质棉区之一。
新余市历年平均基本气象资料如下表所示:
年水平辐射量
年斜面辐射量
气温
最低气温
相对
湿度
日照时数
最长连续
阴雨天数
13094KJ/m/m
13714KJ/m/m
29.4℃
-7.2℃
74%-84%
1655h
5天
总体来说,新余市气候温和,年平均气温17.7℃,年平均地温值20.1℃,年平均降雨量1594.8毫米,历年平均日照时数1655.4小时,年平均日照百分率38%。
季节
时段
气候特点
春季
3月下旬至5月下旬中
气温回升,雨量增加,冷暖多变,常有低温阴雨天气
夏
季
初夏
5月下旬中至6月下旬底
温度适宜,雨水充沛
盛夏
7月——8月
天气炎热,常有干旱
秋季
9月下旬中至11月下旬初
晴天多雨天少,有干旱
冬季
11月下旬初至3月下旬初
严冬多霜雪,冻害常发生
第3章倾角和方位角的确定
选择朝南方向的安装场所,为了让太阳能电池组件在一年中接收到的太阳辐射能尽可能的多,我们要为太阳能电池组件选择一个最佳倾角。
关于太阳能电池组件最佳倾角问题的探讨,近年来在一些学术刊物上出现得不少。
固定安装的支架系统涉及到如何选择最佳倾角以及如何计算斜面上的太阳辐射。
对于其倾角的选择应结合以下要求进行综合考算斜面上的太阳辐射。
(1)连续性
(2)均匀性(3)极大性,在这里我们采用近似的方法来确定倾角。
一般的,在我国南方地区,方阵倾角可比当地纬度高10°—15°。
由于新余地区位于北纬27°33′~28°05′,因此取10°15′27°33′,当地的纬度大约为28°,由于独立系统最佳倾角应考虑全年的辐照,所以在方阵纬度上加2°,即方阵倾角为30°
方位角计算:
通过新余基本气象调查,一天中负荷的峰值时刻为20:
00,该地区的的经度为东经114°29′~150°24′,所以方位角Q1=(一天中负荷的峰值时刻-12)15+(经度-116)=(20-12)×20-12)15+(150-116)=154°
第4章太阳能电池阵列用支架设计基础
4.1假想荷重
1)固定荷重(G)
组件质量(包括边框)GM+框架自重GK1+其他GK2
固定载荷G=GM+GK1+GK2
2)风压荷重(W)(加在组件上的风压力(WM)和加在支撑物上的风压力(WK)的总和)。
W=1/2×(CW×σ×V02×S)×a×I×J
3)积雪载荷(S)。
与组件面垂直的积雪荷重。
4) 地震载荷(K)。
加在支撑物上的水平地震力
5)总荷重(W)
载荷的条件和组合
载荷条件
一般地方
多雪区域
长期
平时
G
G+0.7S
短期
积雪时
G+S
G+S
暴风时
G+W
G+0.35S+W
地震时
G+K
G+0.35S+K
4.2基础稳定性计算
1、风压载荷的计算
2、作用于基础的反作用力的计算
3、基础稳定性计算
当受到强风时,对于构造物基础要考虑以下问题:
①受横向风的影响,基础滑动或者跌倒
②地基下沉(垂直力超过垂直支撑力)
③基础本身被破坏
④吹进电池板背面的风使构造物浮起
⑤吹过电池板下侧的风产生旋涡,引起气压变化,使电池板向地面吸引
对于③~⑤须采用流体解析等方法才能详细研究。
研究风向只考虑危险侧的逆风状态
以下所示为各种稳定条件:
a.对滑动的稳定
平时:
安全率Fs≥1.5;地震及暴风时:
安全率Fs≥1.2
b.对跌倒的稳定
平时:
合力作用位置在底盘的中央1/3以内时
地震及暴风时:
合力作用位置在底盘的中央2/3以内时
c.对垂直支撑力的稳定
平时:
安全率Fs≥3;地震及暴风时:
安全率Fs≥2
4.3风荷载计算
(1)设计时的风压载荷
W=Cw×q×Aw(作用于阵列的风压载荷公式)
式中W——风压荷重
Cw——风力系数
q——设计用速度压(N/m2)
Aw——受风面积(m2)
(2)设计时的速度压
q=q0×a×I×J
式中q——设计时的速度压(N/m2)
q0——基准速度压(N/m2)
a——高度补偿系数
I——用途系数
J——环境系数
1)基准速度压。
设定基准高度10m,由下式算出:
q0=1/2×σ×V02
式中q0——基准速度压(N/m2)
σ——空气密度风速(Ns2/m4)
V0——设计用基准(m/s)
2)高度补正系数。
随地面以上的高度不同,速度压也不同,因此要进行高度补正。
高度补正系数由下式算出:
a=(h/h0)1/n
式中a——高度补正系数;
h——阵列的地面以上高度
h0——基准地面以上高度10米
n——表示因高度递增变化的程度,5为标准
3)用途系数。
通常1.0
用途系数
建设地点的周围地形等状况
1.15
①极重要的太阳能光伏发电系统
1.0
②普通的太阳能光伏发电系统
0.85
③短时间或者①以外的系统,且太阳能电池阵列在地面以上高度为2m以下场合
4)环境系数。
通常1.0
环境系数
建设地点的周围地形等状况
1.15
如海面一样基本没有障碍物的平坦地域
0.90
树木、低层房屋(楼房)分布平坦的地域
0.70
树木、低层房屋密集的地域,或者中层建筑(4-9层)物分布的地域
4.4积雪荷载计算
设计时的积雪载荷:
S=CS×P×ZS×AS
式中S——积雪荷重
CS——坡度系数
P——雪的平均单位质量(相当于积雪1cm的质量,N/m2)
一般的地方19.6N以上,多雪区域为29.4N以上。
ZS——地上垂直最深积雪量(cm)
AS——积雪面积
(1)坡度系数
坡度
<30°>
30°~40°
40°~50°
50°~60°
>60°
坡度系数CS
1.0
0.75
0.5
0.25
0
(2)雪的平均单位质量
雪的平均单位质量是指积雪厚度为1cm、面积为1m2的质量。
(3)积雪量
太阳能电池阵列面的设计用积雪量设定为地上垂直最深的积雪量
(ZS),但是,经常扫雪而积雪量减少的场合,根据状况可以减小ZS值。
4.5材料的选择
设计光伏发电系统的支架,要考虑的是支架的倾角以及其受力情况以及太阳电池的排布,在该系统中,采用6块电池排列成6行。
电池的规格为宽240wp多晶硅太阳电池,长1650mm、宽1030mm、厚50mm、重20.1kg。
钢材的分类
钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。
钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等,其中,钢材按照型材可以分为普通钢圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、等边和不等边角钢及螺纹钢等
本套系统主要使用的钢材为角钢,角钢有等边角钢和不等边角钢两种。
等边角钢以“L肢宽×肢厚”表示,不等边角钢以“L长肢宽×短肢宽×肢厚”表示,单位为mm,如L63×5,L100×80×8。
计算公式:
F=d(2b-d)+0.2146(rr-2qq)d:
边厚,b:
边宽,r:
内圆角半径,q:
边端圆角半径
钢结构设计
系统的结构设计为的是可以使系统朝向和最佳倾角不变,并且能够抵御自然界是对其的影响,因此,结构必须牢固。
在各种结构里,三角形结构最为牢固,所以,本系统的结构采用三角形结构
太阳能电池板铺设在结构的斜面上,作为一个整体,所采用的钢为槽钢,角钢,扁钢,空心圆钢。
在系统的斜面固上固定太阳能电池板的材质则为不锈钢的铝合金。
各种钢筋之间采用焊接或螺丝固定,通过计算设计选取了SS400材质的角钢。
第5章光伏组件的选择
光伏组件选择240Wp多晶硅光伏组件,单块功率240Wp,组件效率
图240Wp多晶硅太阳电池
240Wp多晶硅太阳电池的具体技术参数如下表:
表1-1240Wp多晶硅太阳电池太阳电池技术参数表
太阳电池种类
多晶硅
太阳电池组件规格
240Wp
指标
单位
数据
峰值功率
Wp
240
开路电压(Voc)
V
37.4
短路电流(Isc)
A
8.55
工作电压(Vmppt)
V
30
工作电流(Imppt)
A
8
尺寸
mm
1650×1030
安装尺寸
mm
1020×986
重量
kg
20.1
峰值功率温度系数
%/K
-0.45
开路电压温度系数
%/K
-0.37
短路电流温度系数
%/K
+0.06
10年功率衰降
%
93
20年功率衰降
%
86
课程设计总结
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练,着是我们迈向社会,从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”,通过这次课程设计,我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计,学会脚踏实地迈开这一步,就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.
通过这次光伏支架的设计,本人在多方面都有所提高。
在这次设计过程中,体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力,体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情,从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节,从而加以弥补。
在此感谢我们的李玲老师.,老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次支架设计的每个实验细节和每个数据,都离不开老师您的细心指导。
而您开朗的个性和宽容的态度,帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。
同时感谢对我帮助过的同学们,谢谢你们对我的帮助和支持,让我感受到同学的友谊。
由于本人的设计能力有限,在设计过程中难免出现错误,恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正,本人将万分感谢。
参考文献
[1]太阳能光伏发电系统的设计与施工,科学出版社,2006
[2]城市建设理论研究,2011年第16期
[3]杨洪兴,周伟。
太阳能建筑一体化技术与应用。
中国建筑工业出版社
[4]李玲,廖卫兵,刘波,张发云,杨祚宝。
新余高专报。
2010.12
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