一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法技术

本发明专利技术涉及光伏支架设计技术领域，更具体地说是一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，包括以下步骤：获取光伏场区所在地区的风资源多年实测数据，设计仿真模拟计算软件，仿真模拟计算光伏场区区域内的风压，然后计算光伏支架的总荷载，模拟计算场区区域内的地基沉降量，进而预测光伏支架未来若干年的沉降数值，并设计沉降处理方案；计算风荷载和光伏支架重力的合力对光伏支架沉降量的影响，进而设计光伏支架的桩长；通过利用光伏场区所在地多年实测风资源数据，仿真模拟计算场区小区域内的风压，一定程度上提升了光伏支架基础设计的技术性、灵活性，实现了一定的技术效益，降低了支架的总体造价。低了支架的总体造价。低了支架的总体造价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法


[0001]本专利技术涉及光伏支架设计
，更具体地说是一种基于风能变化进行仿真计算调整光伏支架基础设计高度的方法。

技术介绍

[0002]光伏支架是一种用于支撑光伏电板的支撑组件，帮助光伏电板能够更好的吸收太阳光照，进而实现发电过程；目前为了保证光伏电板获取到足够多的太阳光照，往往会将光伏设备安装在高处或者沙漠中，而沙漠中因为昼夜温差大、地表温度高、会产生强烈的对流运动，同时沙漠地形较为平坦，没有阻挡风力的山脉和森林等，使得风力更容易流动，在大风沙暴的情况下，风速可能会突破每秒20米或者更高，对光伏支架的支撑能力带来严重挑战。
[0003]目前为了方便光伏支架的设计，通常会以当地最大的风速设计光伏支架，保证光伏支架能够抵抗住最大级风速，便会出现光伏支架基础全场区采用统一支架桩长，而光伏矩阵在设置分布时，外围的光伏支架与内围的光伏支架承载力呈现明显区别，若仍采用统一的支架桩长，易造成光伏支架的制造成本增加，进而导致整个光伏电场的建设成本增加。
[0004]其中中国专利技术专利公开了一种光伏支架阵列的分区方法、设计方法及光伏支架阵列(公告号CN1 12733287A)，其技术方案包括：获取光伏支架阵列所在地的极端气象信息；并根据所述极端气象信息采用动态分析模拟计算光伏支架的受力部件的动态放大系数T，结合光伏支架的受力部件的静态风载荷W
k
，算出总风载荷W，并将总风载荷W、雪载荷S以及自重D进行组合设计，根据组合设计后的总载荷W1计算光伏支架的受力部件的应力比σ，其中：A为光伏支架的受力部件的受风面积，σ1为材料的屈服应力；分别计算各受力部件应力比σ，按比例将应力比σ数值较大的受力部件所在的若干光伏支架设定为外围区域，按比例将应力比σ数值较小的受力部件所在的若干光伏支架设定为内围区域。
[0005]虽然上述方案有效的计算了光伏支架内外围区域不同载荷，并为其提供了不同的支架设计方案，但是支架在设计过程中未考虑到土质松软这一问题，例如在沙漠中安装光伏支架时，虽然能够提前计算出支架的高度，但是沙漠土地松软，没有考虑到沙漠沉降量问题，而且每一块的土质也存在区别，则需要更长的立柱才能满足光伏支架的支撑要求；同时上述方案在设计过程中主要的信息来源为当地的气象信息，数据信息获取存在一定程度的局限性，无法确保光伏支架在安装完成后能够适应多种环境。
[0006]因此，本专利技术提供一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，通过采用风能计算软件，利用光伏场区所在地区的风资源多年实测数据，仿真模拟计算场区小区域内的风压，以及分析计算当地的土壤、空气环境，以解决
技术介绍
中提到的技术问题。
[0008]本专利技术具体的技术方案如下：
[0009]一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，包括以下步骤：
[0010]S1：获取光伏场区所在地区的风资源多年实测数据，设计仿真模拟计算软件；
[0011]S2：通过风洞试验，仿真模拟计算光伏场区区域内的风压，然后计算光伏支架的总荷载；
[0012]S3：模拟计算场区区域内的地基沉降量，进而预测光伏支架未来若干年的沉降数值，并设计沉降处理方案；
[0013]S4：计算风荷载和光伏支架重力的合力对光伏支架沉降量的影响；
[0014]S5：通过CAD软件绘制光伏场区内的光伏支架分布图，以及设计光伏支架的桩长。
[0015]作为本专利技术的一种技术方案，步骤S2中，通过S1中的风资源实测数据，计算当地的基本风压，计算公式如下：
[0016][0017]其中w0为基本风压，v0为当地50年一遇的最大值风速。
[0018]作为本专利技术的一种技术方案，步骤S2中，通过已知的基本风压计算光伏支架单位面积上的风荷载标准值w
k
，然后计算总风荷载W，光伏支架及光伏支架上的光伏电板各表面承受的风力的合力为总风荷载，计算公式如下：
[0019][0020]其中，W为总荷载，n为建筑外围表面数，B
i
为第i个表面的宽度，μ
si
为第i个表面的风荷载体型系数，α
i
为第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角，β
z
为z高度处的风振系数，μ
z
为风压高度变换系数。
[0021]其中，μ
z
风压高度变换系数按照地面粗糙度类别和距离地面高度确定，粗糙度分为：
[0022]A
‑
近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠；
[0023]B
‑
田野、乡村、从林、丘陵、房屋稀少的乡镇及城郊；
[0024]C
‑
有密集建筑群的城市市区；
[0025]D
‑
有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
[0026]μ
s
风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，表示不同体型建筑物表面风力的大小，一般取决于建筑物的平面形状等；
[0027]β
z
风振系数反应了风荷载的动力作用，取决于建筑物的高度比、基本自振周期，以及地面粗糙度和基本风压。
[0028]同时因为风力作用在建筑物表面，其风压分布很不均匀，例如在光伏支架阵列中的一些拐角、边棱部位，并加上光伏支架上方光伏电板的阻挡，会存在窝风情况，局部风压会大大超过平均风压，由于气流不易向四周扩散，因此还需计算局部风荷载；计算公式如下：
[0029]w
k
＝β
gz
μ
s
μ
z
w0[0030]其中根据《建筑结构荷载规范》GB50009中的规定选择合适的风荷载体型系数。
[0031]作为本专利技术的一种技术方案，步骤S3，根据光伏场区的地质环境，根据《建筑地基基础设计规范》GB50007推荐的地基最终沉降量计算方法，即应力面积法，仿真模拟计算光
伏场区的地基沉降量，计算公式为：
[0032][0033]其中，n为地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；
[0034]s为最终沉降量，单位为mm；
[0035]ψ
s
为沉降计算经验系数，可参考《建筑地基基础设计规范》提供的采用表值；
[0036]P0为基底附加压力，单位为kPa；
[0037]E
si
为基础底面下，第i层土的压缩模量，按实际应力范围取值，单位为kPa；
[0038]z
i
，z
i
‑1为基础底面至第i层、第i
‑
1层土底面的距离，单位为m；
[0039]为基础底面计算点至第i层土，第i
‑
1层土底面范围内平均附加应力系数，可通过查表可知。
[0040]根据《建筑地基基础设计规范》的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取光伏场区所在地区的风资源多年实测数据，设计仿真模拟计算软件；S2：通过风洞试验，仿真模拟计算光伏场区区域内的风压，然后计算光伏支架的总荷载；S3：模拟计算场区区域内的地基沉降量，进而预测光伏支架未来若干年的沉降数值，并设计沉降处理方案；S4：计算风荷载和光伏支架力的合力对光伏支架沉降量的影响；S5：通过CAD软件绘制光伏场区内的光伏支架分布图，以及设计光伏支架的桩长。2.如权利要求1所述基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，其特征在于：步骤S2中，通过S1中的风资源实测数据，计算当地的基本风压，计算公式如下：其中w0为基本风压，v0为当地50年一遇的最大值风速。3.如权利要求2所述基于风能仿真计算的光伏支架基础设计方法，其特征在于：步骤S2中，通过已知的基本风压计算光伏支架单位面积上的风荷载标准值w
k
，然后计算总风荷载W，光伏支架及光伏支架上的光伏电板各表面承受的风力的合力为总风荷载，计算公式如下：其中，W为总荷载，n为建筑外围表面数，B
i
为第i个表面的宽度，μ
si
为第i个表面的风荷载体型系数，α
i
为第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角，β<...

【专利技术属性】
技术研发人员：武镜海，严峰峰，刘国栋，毕光明，史剡烽，杜艳，魏雯，
申请(专利权)人：聚合电力工程设计北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：