一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域，特別設(shè)及一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著綠色建筑和低碳節(jié)能理念越來(lái)越受到重視，太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)逐步興起。由于 太陽(yáng)能光伏板一般為面積較大的平面矩形板，并且光伏板的鋪設(shè)角度W最大發(fā)電率來(lái)確定 傾角，強(qiáng)風(fēng)下光伏陣列結(jié)構(gòu)承受較大的風(fēng)載荷。對(duì)于北半球，北風(fēng)下對(duì)光伏陣列結(jié)構(gòu)所受載 荷可分解為：豎直方向上的掀起力和水平方向上的拖拽力。當(dāng)風(fēng)力較大時(shí)，風(fēng)載荷不容忽 視。無(wú)論是地面電站還是屋頂電站，為避免風(fēng)載荷對(duì)光伏組件及支架系統(tǒng)的破壞，保證光伏 電站的正常運(yùn)行，風(fēng)載荷都是整個(gè)光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建造的關(guān)鍵考慮因素。
[0003] 目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的光伏陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均采用"直接抵抗"的方法，其一般結(jié)構(gòu)如圖 1(a)至圖1(d)所示。屋頂電站多采用預(yù)制混凝±梁或預(yù)制壓塊來(lái)增大陣列結(jié)構(gòu)的自重及 摩擦力W抵御掀起力和拖拽力，但此種方案增加了原有屋面的負(fù)重，不利于原有建筑物的 安全；采用現(xiàn)誘支架基礎(chǔ)則對(duì)原建筑物及屋頂防水層破壞較大。地面電站則多采用增大條 形基礎(chǔ)或增大基礎(chǔ)埋深的形式，并增大支撐結(jié)構(gòu)的規(guī)格W抵御風(fēng)荷載，但此種方案增加了 混凝±量及用鋼量。因此，無(wú)論是屋頂還是地面電站，采用"直接抵抗"的方式進(jìn)行方案設(shè) 計(jì)會(huì)導(dǎo)致對(duì)光伏電站場(chǎng)地要求較高，且建設(shè)成本較大。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 基于此，本實(shí)用新型的目的在于提供一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板包括 氣動(dòng)型面板和氣動(dòng)型面板外側(cè)沿面板軸向分布的尾翅；所述氣動(dòng)型面板安裝在光伏陣列結(jié) 構(gòu)上。
【附圖說明】
[0005] 圖1 (a)至圖1 (d)為現(xiàn)有技術(shù)中光伏裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖1 (a)為光伏裝 置的結(jié)構(gòu)俯視圖，圖1(b)為光伏裝置的結(jié)構(gòu)立體圖，圖I(C)為光伏裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，圖 1(d)為光伏裝置的結(jié)構(gòu)另一個(gè)方向的側(cè)視圖；
[0006] 圖2(a)至圖2化）為一個(gè)實(shí)施例中光伏結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，
[0007] 圖2(a)為光伏結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板尾翅結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2(b)為光伏結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu) 不意圖；
[0008] 圖3為一個(gè)實(shí)施例中光伏陣列導(dǎo)流板氣動(dòng)型剖面曲線及尾翅高度計(jì)算示意圖；
[0009] 圖4(a)至圖4(b)為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中光伏陣列加裝導(dǎo)流板后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示 意圖；其中，圖4(a)為一個(gè)實(shí)施例中光伏陣列加裝導(dǎo)流板后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖的俯視圖，圖 4(b)為一個(gè)實(shí)施例中光伏陣列加裝導(dǎo)流板后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化示意圖的側(cè)視圖；
[0010] 圖5(a)至圖5(c)為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中計(jì)算模型示意圖，包括未安裝導(dǎo)流 板和安裝了導(dǎo)流板后的相關(guān)計(jì)算模型示意圖；
[0011] 圖6為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中光伏陣列近壁面處網(wǎng)格劃分示意圖；
[0012] 圖7為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中氣動(dòng)導(dǎo)流板尾翅附近壁面處網(wǎng)格劃分示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。W下 實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用于限制本實(shí)用新型的范圍。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，本實(shí)用新型公開了一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板包括：氣動(dòng)型面板 和面板外側(cè)沿面板軸向分布的尾翅，所述氣動(dòng)型面板安裝在光伏陣列結(jié)構(gòu)上。
[0015]如圖2(a)、圖2(b)所示，所述氣動(dòng)型面板和尾翅組成氣動(dòng)導(dǎo)流板，在氣動(dòng)載荷影 響光伏陣列結(jié)構(gòu)之前將其抵消、轉(zhuǎn)移。導(dǎo)流板尾翅可增大來(lái)流剪切層分離的角度及尺度，形 成良好的遮擋效應(yīng)，降低來(lái)流對(duì)下游光伏陣列的影響，減少光伏陣列支撐結(jié)構(gòu)材料用量。
[0016] 本實(shí)施例針對(duì)現(xiàn)有的光伏陣列支撐結(jié)構(gòu)主要是針對(duì)風(fēng)載荷進(jìn)行直接防護(hù)，增加了 光伏電站場(chǎng)地的要求及電站建設(shè)成本的缺點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)換觀念，將"直接抵抗"轉(zhuǎn)變 為"疏通、導(dǎo)流"甚至"有效利用"，在減小風(fēng)載荷影響的同時(shí)增大光伏陣列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。
[0017] 本實(shí)施例在光伏陣列結(jié)構(gòu)的一側(cè)安裝了氣動(dòng)型面板和分布在面板外側(cè)分布的尾 翅，用此結(jié)構(gòu)來(lái)替換原有的增大光伏結(jié)構(gòu)的自重來(lái)抵擋風(fēng)力，不用增加原有建筑物的重量， 能夠有效的減少風(fēng)載荷引起的掀起力，并將其轉(zhuǎn)換為下壓力W增大光伏陣列結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固 性，提高光伏裝置抵御風(fēng)載的能力。
[0018] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述氣動(dòng)型面板剖面曲線為余弦曲線。
[0019] 本實(shí)施例之所W將氣動(dòng)型面板的剖面曲線做成余弦曲線，是為了通過其氣動(dòng)外形 將來(lái)流吸收并引導(dǎo)至多陣列區(qū)域外，從而減少陣列所受風(fēng)荷載的大小。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述余弦曲線表達(dá)式為：
[0021]
[0022] 式中，Hd為氣動(dòng)導(dǎo)流板豎向高度，S為氣動(dòng)導(dǎo)流板水平方向跨度。
[0023] 在一個(gè)實(shí)施例中，參見相關(guān)附圖，所述氣動(dòng)型面板的寬度Bd不小于光伏陣列的寬 度B，氣動(dòng)型面板的豎向高度Hd不小于光伏組件最低至最高處的豎向距離H;所述光伏陣列 結(jié)構(gòu)最高處與氣動(dòng)型面板上邊緣的間距不大于30mm。
[0024] 本實(shí)施例尺度上的要求及控制導(dǎo)流板與陣列間隙是為了使氣動(dòng)導(dǎo)流板的導(dǎo)流范 圍完整覆蓋光伏陣列，從而增強(qiáng)氣動(dòng)導(dǎo)流板的導(dǎo)流效果，更大程度的減少風(fēng)荷載。
[00巧]由于我國(guó)南北跨締度較大，約49°，不同地區(qū)相應(yīng)的太陽(yáng)能電池方陣最佳傾角差 異明顯，范圍在10。-45°之間。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光伏陣列傾角a在5° -50°之 間，覆蓋了最佳傾角范圍。同時(shí)，在本實(shí)施例中，光伏支架安裝在水平面上。在一個(gè)實(shí)施例 中，所述氣動(dòng)型面板上包含至少一個(gè)尾翅，當(dāng)包括多個(gè)尾翅時(shí)，所述多個(gè)尾翅均勻的分布在 氣動(dòng)型面板上。
[00%] 進(jìn)一步，所述尾翅高度的確定公式為：
[0027]
[0028] 式中，L為光伏陣列寬度，Hd為氣動(dòng)導(dǎo)流板豎向高度，S為氣動(dòng)導(dǎo)流板水平方向跨 度，a為光伏陣列傾角。
[0029] 進(jìn)一步，所述尾翅垂直于水平面，其長(zhǎng)度W等于導(dǎo)流板長(zhǎng)度。
[0030] 一個(gè)具體的實(shí)施例為：新疆某光伏電站項(xiàng)目光伏結(jié)構(gòu)導(dǎo)流板設(shè)計(jì)：
[0031] (1)確定光伏陣列的尺度，模型及尺寸如圖1(a)至圖1(d)所示；
[0032] 光伏陣列長(zhǎng)度B= 7. 29m，光伏陣列寬度L= 2. 48m，陣列厚度T= 0.Im,陣列傾角 曰=25。，陣列傾斜后豎直方向投影H=L*Sina巧/cosa= 1.50m。
[003引 似計(jì)算光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板各參數(shù)，模型示意圖如圖2(a)、圖2(b)所示；尺寸計(jì) 算如圖3所示；
[0034] 設(shè)計(jì)氣動(dòng)導(dǎo)流板豎向高度Hd=H= 1. 50m，氣動(dòng)導(dǎo)流板水平方向跨度S= 1. 25m， 導(dǎo)流板寬度Bd=B= 7. 29m。
[0035] 氣動(dòng)型面板剖面余弦曲線表達(dá)式：
[0036] 尾翅高度：
'尾翅寬度W=B= 7. 29m.
[0037] 安裝導(dǎo)流板后光伏陣列示意圖如圖4(a)至圖4(b)所示。
[0038] (3)利用CFD數(shù)值方法，計(jì)算安裝氣動(dòng)導(dǎo)流板前后各陣列所受的載荷大??；
[0039] 陣列離地高度為0. 6m，陣列間距3. 5m，計(jì)算模型取5排陣列。計(jì)算模型及尺寸示意 圖如圖5(a)至圖5(c)所示；陣列最高點(diǎn)離地距離冊(cè)=2.Im。計(jì)算模型縱向?qū)挾葹?0冊(cè)。 光伏陣列位移計(jì)算模型中間。
[0040] 來(lái)流風(fēng)向垂直于光伏板排布方向（北風(fēng)）；
[0041] 來(lái)流參數(shù)：V= 26m/s，P= 1.01Xl〇5pa，Re= 2. 17Xl〇6l/m，T= 288. 15K;
[0042] 其中，V為來(lái)流風(fēng)速，P為壓強(qiáng)，Re為雷諾數(shù)，T為溫度；
[0043] 流場(chǎng)求解方程采用基于化vre平均的N-S方程，為保證方程封閉，本實(shí)施例中采 用端流粘性系數(shù)法中的（SST)k-co雙方程端流模型，數(shù)值算法為有限體積法。為保證計(jì)算 精度，靠近結(jié)構(gòu)壁面區(qū)域網(wǎng)格逐漸加密。壁面邊界層為10層，最小尺寸0.OOlm,增長(zhǎng)系數(shù) 1. 2。光伏陣列近壁面處網(wǎng)格劃分如圖6所示，氣動(dòng)導(dǎo)流板尾翅附近壁面處網(wǎng)格劃分如圖7 所示；
[0044] 將區(qū)域內(nèi)空氣參數(shù)，初值和邊界條件代入理論模型中得到流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。
[0045] (4)對(duì)比安裝光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板前后陣列所受風(fēng)壓變化；
[0046] 表1為不同陣列所受風(fēng)載荷的計(jì)算結(jié)果：
[0047] 由表1可得，增裝導(dǎo)流板后，陣列首排水平力大小為直接支撐的5. 3%，首排豎向 力大小為直接支撐的7. 7%，其余各陣列所受水平力、豎向力的絕對(duì)值均有所減小。整個(gè)陣 列所受水平力減小18. 2%，豎向力減小90. 3%。增裝光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板后，氣動(dòng)載荷下 降明顯。
[0048]
[0049] 表I
[0050] 應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下， 還可W做出若干改進(jìn)和替換，運(yùn)些改進(jìn)和替換均不脫離本實(shí)用新型的精神W及權(quán)利要求記 載的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板，其特征在于：所述導(dǎo)流板包括氣動(dòng)型面板和氣動(dòng)型面板 外側(cè)沿面板軸向分布的尾翅；所述氣動(dòng)型面板安裝在光伏陣列結(jié)構(gòu)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述氣動(dòng)型面板剖面曲線為余弦曲線。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述氣動(dòng)型面板剖面余弦曲線表達(dá)式 為：式中，Hd為氣動(dòng)導(dǎo)流板豎向高度，S為氣動(dòng)導(dǎo)流板水平方向跨度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述氣動(dòng)型面板的長(zhǎng)度不小于光伏陣 列中光伏組件的長(zhǎng)度，氣動(dòng)型面板的豎向高度不小于光伏組件的高度。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述氣動(dòng)型面板上包含至少一個(gè)尾翅， 當(dāng)包括多個(gè)尾翅時(shí)，所述多個(gè)尾翅均勻的分布在氣動(dòng)型面板上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述尾翅高度的確定公式為：式中，L為光伏陣列寬度，Hd為氣動(dòng)型面板豎向高度，S為氣動(dòng)型面板水平方向跨度，a為光伏陣列傾角。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述尾翅垂直于水平面，其長(zhǎng)度與氣動(dòng) 型面板長(zhǎng)度相同。8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)流板，其特征在于：所述光伏陣列結(jié)構(gòu)最高處與氣動(dòng)型面 板上邊緣的間距不大于30mm。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光伏陣列氣動(dòng)導(dǎo)流板，包括一塊氣動(dòng)型面板和面板外側(cè)沿面板軸向分布的尾翅。本實(shí)用新型的導(dǎo)流板采用了氣動(dòng)型面板，使得光伏陣列附近氣流的速度及方向改變，減小了風(fēng)載荷作用下光伏陣列所受上拔力，同時(shí)產(chǎn)生一定的下壓力，增加了光伏陣列的穩(wěn)固性；導(dǎo)流板尾翅可增大來(lái)流剪切層分離的角度及尺度，形成良好的遮擋效應(yīng)，降低來(lái)流對(duì)下游光伏陣列的影響，減少光伏陣列支撐結(jié)構(gòu)材料用量。本實(shí)用新型具有尺寸變化范圍寬，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，對(duì)于光伏地面電站和光伏屋頂電站均可適用，在實(shí)際中易于操作，在增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的同時(shí)可大大降低光伏陣列支撐結(jié)構(gòu)的工程費(fèi)用。
【IPC分類】H02S40/00
【公開號(hào)】CN204859098
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520307557
【發(fā)明人】牛斌, 張超, 黃小東, 侯巍, 王立敏
【申請(qǐng)人】中國(guó)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司
【公開日】2015年12月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月13日