成果介绍：
针对1.9KW装机容量的地面电站支架（效果图1），进行优化设计后的综合成本分析比较结果 如表1，经过设计优化后的电站支架（效果图2），综合成本降低0.22元/瓦，成效显著。
表1 优化支架结构综合成本比较
两种电站效果图如下：
效果图1 190W×10人字形地面电站支架
效果图2 优化设计后190W×10人字形地面电站支架
成果依据：
摘 要：以C型钢地面支架系统为研究对象，对系统关键连接点进行优化设计模拟计算，对
我公司太阳能支架系列产品（灯杆板架、屋顶支架等）进行结构与经济合理性分析，
并提出基于三维软件AutoDesk Inventor Professional（以下简称AIP）的参数
化设计流程，可快速响应不同的工程设计需求，为支架系统承载分析、质量优化提供基础。
关键词：光伏；支架；优化；参数化
一. 引言
光伏系统的设计过程中，支架系统作为直接支撑光伏组件的核心结
构，其成本在整个光伏系统中所占比重虽然不大，但对系统的安全性却至关重要。合理的支架结构布置能够提升系统抗风抗雪载的能力，合理运用支架系统在承载方面的特性，可以进一步对其尺寸参数做优化，节约材料，为光伏系统进一步降低成本做出贡献。
以均布载荷作用下光伏组件的变形均值为参数目标，通过对C型钢
光伏支架系统的分析模拟，可找出系统个连接点的优化值；以光伏组件的尺寸参数为基础，应用三维软件的参数化设计功能，按照个连接点之间的参数关系式，可快速建立完整的支架系统结构模型。
二. 地面电站C型钢支架介绍
1. C型钢支架系统如图1所示，以光伏组件纵向安装为例，大规模光伏电站使用的光伏组件长边尺寸在1.5m以上，组件纵向排列最多取5块，太多导致最上排组件位置太高，不利于现场安装。
1.光伏组件；2.混凝土基础；3.槽钢底座；
4.角钢斜撑梁；5.角钢斜撑次梁；6. C型钢主支撑梁；
图1 地面C型钢支架系统构成
三. 光伏组件及梁支撑点优化计算
在C型钢支架系统中，每块光伏组件在铝合金边框处，由4个压块牢固约束于主支撑梁上，以英利135W的光伏组件为例见图2，在AIP中，建立组件的四分之一分析模型，施加垂直光伏组件表面均布压力2000Pa（采用AIP中基于ANSYS技术支持的FEA,对线性模型的假设，荷载具体取值以分析模型不产生大变形即可，与IEC61215对光伏组件的机械性能要求无关），得到图3所示的变形结果。
图2 光伏组件尺寸结构示意图
1.光伏组件短边框中心点 2.光伏组件支撑边框中心点 3.光伏组件中心点
图3 光伏组件变形云图及变形监测点分布
如图3
所示，光伏组件间在铝合金边框的保护作用下，最大变形位
置发生在模型中心点。为考察C型钢主支撑梁间距的变化对光伏组件受力变形的影响，在分析模型上定义三个监测点（见图3中1、2、3点），结果如图4所示
图
4 光伏组件变形趋势图
由图4可知，支撑梁间距值350mm时，光伏组件中心点（监测点3）及组件支撑边中心点（监测点2）变形量达到最小，而光伏组件短边中心点（监测点1）变形量则相对较高；支撑梁间距值为850mm时，光伏组件全局变形均值达到最小。进一步对支撑梁间距为350mm、850mm两种情况分析，得到光伏组件支撑边边框上的应力分布，如图5所示。
图5 光伏组件铝合金边框结合处应力分布
从图5可以看出，当光伏组件全局变形均值达到最小时，光伏组件在铝合金边框与玻璃结合处的应力分布更加均衡，支撑位置应力集中地现象较小，这对于光伏组件整体稳定承受外部载荷有利，因此可将850mm作为本例组件最优的支撑梁间距。
根据以上对光伏组件的支撑情况分析，考虑一定的结构安装可靠度系数，可计算出任何光伏组件所对应最佳支撑梁间距以及斜撑梁长度尺寸，分析如图6所示
L1 ：组件支撑边长度；L2：支撑梁间距；L3：斜撑梁外缘安全距离；
L4：斜撑梁总长；L5：前后支撑间距
图6 斜撑梁长度计算分析模型
假设L1为1470mm，L3取150mm，组件之间预留缝隙20mm，根据以上分析L2取850mm，则斜撑梁长度计算为：
L4=2×150+20+1470+850=2640mm
与光伏组件支撑点分析方法类似，根据对称情况建立一半长度的斜撑梁分析模型（图7），考虑相对刚性的光伏组件边框将外部荷载经由主支撑梁直接传递至斜撑梁，通过检测斜撑梁全局变形量确定间距L5的最优值，如图8、图9所示。
图7 典型C型钢模型示意图
1.斜撑梁终点 2.主梁与斜梁接触点1 3.主梁与斜梁接触点2
图8 斜撑梁变形监测点分布
图9 斜撑梁变形趋势图
由图9 可知，立柱支撑间距值为1500mm时，光伏组件全局变形均值达到绝对值最小，即L5为最优值。
以上分析得出，次梁及立柱间距优化值存在的前提条件为长宽比例约为2.16（1470/680）含铝合金边框的常规光伏组件，对分析结果做线性推理可得到其他类似长宽比的光伏组件安装尺寸最优值：
●支撑梁间距优化值：850/1470≈0.57，即主梁间距约为组件长边 尺寸的57％。
●立柱间距优化值：1500/1470≈1.02，即前后支撑点间距约为组件长边尺寸的1.02倍。
考虑到众多光伏组件厂家的产品尺寸存在差异性，多数组件长宽比大致在1.5~2之间，以上归一的比例值可分别取0.6、1.0进行初步安装估算。
四. 支架系统参数化设计
光伏系统设计过程中，通常以组件串为单位进行结构设计，以光伏组件支撑边长度参数为基本值。根据以上优化安装尺寸，在AIP软件中以参数方程式的形式对个参数建立关系，并以系列零件设计表设计可视化设计界面，既可得到方便结构设计人员使用的参数化模型，AIP参数化设计界面见图10：
图10 AutoDesk Inventor Professional（AIP）参数化设计界面
五. 结论
根据光伏组件及其支架系统在不同安装连接位置情况下的力学分析，得出最优化的安装连接位置，再将优化设计值与光伏组件尺寸建立线性关系，使计算结果具备一定的普遍应用的实际意义。在实际工程中，按此优化尺寸进行设计安装的光伏系统在沈阳三环高速地面电站、12运并网项目屋顶电站以及先锋集团并网屋顶电站等工程中已经得到验证，具有较高的安全度和较低的结构件成本，达到一个成本与安全度最为合理的成效。
以组件串列为单元的参数化三维设计可为结构设计人员带来很大的便利，三维设计与二维工程图建立关系后，可快速获得个性化需求的设计方案图纸，极大地节约了结构设计人员的时间。
成果介绍：
针对1.9KW装机容量的地面电站支架（效果图1），进行优化设计后的综合成本分析比较结果 如表1，经过设计优化后的电站支架（效果图2），综合成本降低0.22元/瓦，成效显著。
表1 优化支架结构综合成本比较
两种电站效果图如下：
效果图1 190W×10人字形地面电站支架
效果图2 优化设计后190W×10人字形地面电站支架
成果依据：
摘 要：以C型钢地面支架系统为研究对象，对系统关键连接点进行优化设计模拟计算，对
我公司太阳能支架系列产品（灯杆板架、屋顶支架等）进行结构与经济合理性分析，
并提出基于三维软件AutoDesk Inventor Professional（以下简称AIP）的参数
化设计流程，可快速响应不同的工程设计需求，为支架系统承载分析、质量优化提供基础。
关键词：光伏；支架；优化；参数化
一. 引言
光伏系统的设计过程中，支架系统作为直接支撑光伏组件的核心结
构，其成本在整个光伏系统中所占比重虽然不大，但对系统的安全性却至关重要。合理的支架结构布置能够提升系统抗风抗雪载的能力，合理运用支架系统在承载方面的特性，可以进一步对其尺寸参数做优化，节约材料，为光伏系统进一步降低成本做出贡献。
以均布载荷作用下光伏组件的变形均值为参数目标，通过对C型钢
光伏支架系统的分析模拟，可找出系统个连接点的优化值；以光伏组件的尺寸参数为基础，应用三维软件的参数化设计功能，按照个连接点之间的参数关系式，可快速建立完整的支架系统结构模型。
二. 地面电站C型钢支架介绍
1. C型钢支架系统如图1所示，以光伏组件纵向安装为例，大规模光伏电站使用的光伏组件长边尺寸在1.5m以上，组件纵向排列最多取5块，太多导致最上排组件位置太高，不利于现场安装。
1.光伏组件；2.混凝土基础；3.槽钢底座；
4.角钢斜撑梁；5.角钢斜撑次梁；6. C型钢主支撑梁；
图1 地面C型钢支架系统构成
三. 光伏组件及梁支撑点优化计算
在C型钢支架系统中，每块光伏组件在铝合金边框处，由4个压块牢固约束于主支撑梁上，以英利135W的光伏组件为例见图2，在AIP中，建立组件的四分之一分析模型，施加垂直光伏组件表面均布压力2000Pa（采用AIP中基于ANSYS技术支持的FEA,对线性模型的假设，荷载具体取值以分析模型不产生大变形即可，与IEC61215对光伏组件的机械性能要求无关），得到图3所示的变形结果。
图2 光伏组件尺寸结构示意图
1.光伏组件短边框中心点 2.光伏组件支撑边框中心点 3.光伏组件中心点
图3 光伏组件变形云图及变形监测点分布
如图3
所示，光伏组件间在铝合金边框的保护作用下，最大变形位
置发生在模型中心点。为考察C型钢主支撑梁间距的变化对光伏组件受力变形的影响，在分析模型上定义三个监测点（见图3中1、2、3点），结果如图4所示
图
4 光伏组件变形趋势图
由图4可知，支撑梁间距值350mm时，光伏组件中心点（监测点3）及组件支撑边中心点（监测点2）变形量达到最小，而光伏组件短边中心点（监测点1）变形量则相对较高；支撑梁间距值为850mm时，光伏组件全局变形均值达到最小。进一步对支撑梁间距为350mm、850mm两种情况分析，得到光伏组件支撑边边框上的应力分布，如图5所示。
图5 光伏组件铝合金边框结合处应力分布
从图5可以看出，当光伏组件全局变形均值达到最小时，光伏组件在铝合金边框与玻璃结合处的应力分布更加均衡，支撑位置应力集中地现象较小，这对于光伏组件整体稳定承受外部载荷有利，因此可将850mm作为本例组件最优的支撑梁间距。
根据以上对光伏组件的支撑情况分析，考虑一定的结构安装可靠度系数，可计算出任何光伏组件所对应最佳支撑梁间距以及斜撑梁长度尺寸，分析如图6所示
L1 ：组件支撑边长度；L2：支撑梁间距；L3：斜撑梁外缘安全距离；
L4：斜撑梁总长；L5：前后支撑间距
图6 斜撑梁长度计算分析模型
假设L1为1470mm，L3取150mm，组件之间预留缝隙20mm，根据以上分析L2取850mm，则斜撑梁长度计算为：
L4=2×150+20+1470+850=2640mm
与光伏组件支撑点分析方法类似，根据对称情况建立一半长度的斜撑梁分析模型（图7），考虑相对刚性的光伏组件边框将外部荷载经由主支撑梁直接传递至斜撑梁，通过检测斜撑梁全局变形量确定间距L5的最优值，如图8、图9所示。
图7 典型C型钢模型示意图
1.斜撑梁终点 2.主梁与斜梁接触点1 3.主梁与斜梁接触点2
图8 斜撑梁变形监测点分布
图9 斜撑梁变形趋势图
由图9 可知，立柱支撑间距值为1500mm时，光伏组件全局变形均值达到绝对值最小，即L5为最优值。
以上分析得出，次梁及立柱间距优化值存在的前提条件为长宽比例约为2.16（1470/680）含铝合金边框的常规光伏组件，对分析结果做线性推理可得到其他类似长宽比的光伏组件安装尺寸最优值：
●支撑梁间距优化值：850/1470≈0.57，即主梁间距约为组件长边 尺寸的57％。
●立柱间距优化值：1500/1470≈1.02，即前后支撑点间距约为组件长边尺寸的1.02倍。
考虑到众多光伏组件厂家的产品尺寸存在差异性，多数组件长宽比大致在1.5~2之间，以上归一的比例值可分别取0.6、1.0进行初步安装估算。
四. 支架系统参数化设计
光伏系统设计过程中，通常以组件串为单位进行结构设计，以光伏组件支撑边长度参数为基本值。根据以上优化安装尺寸，在AIP软件中以参数方程式的形式对个参数建立关系，并以系列零件设计表设计可视化设计界面，既可得到方便结构设计人员使用的参数化模型，AIP参数化设计界面见图10：
图10 AutoDesk Inventor Professional（AIP）参数化设计界面
五. 结论
根据光伏组件及其支架系统在不同安装连接位置情况下的力学分析，得出最优化的安装连接位置，再将优化设计值与光伏组件尺寸建立线性关系，使计算结果具备一定的普遍应用的实际意义。在实际工程中，按此优化尺寸进行设计安装的光伏系统在沈阳三环高速地面电站、12运并网项目屋顶电站以及先锋集团并网屋顶电站等工程中已经得到验证，具有较高的安全度和较低的结构件成本，达到一个成本与安全度最为合理的成效。
以组件串列为单元的参数化三维设计可为结构设计人员带来很大的便利，三维设计与二维工程图建立关系后，可快速获得个性化需求的设计方案图纸，极大地节约了结构设计人员的时间。