太阳能电池板表面风荷载数值风工程研究

摘要

太阳能电池板是太阳能光伏发电站进行能量转换的核心部件。确保其安全稳定运行条件之一是电池板及电池支架抗风设计合理，故电池板抗风设计问题已成为光伏电站急需解决的关键技术难题，已引起各方面的高度重视。目前，用于抗风设计荷载计算，大多采用风洞试验或参照规范，然而这两种方法存在很大的局限性，都未考虑建筑表面的局部问题和无法真实模拟现场地貌问题，导致电池板表面荷载体型系数存在一定偏差。因此，本文采用CFX技术数值模拟了电池板表面荷载体型系数，结论如下:
　　本文借鉴经典低矮房屋建筑TTU模型的研究成果，以TTU三维定常流动数值计算为基础，并考虑TTU模型各表面在两种风向角下的压力系数分布情况。结果表明，数值计算能满足工程精度要求。
　　基于上述数值计算结果，选取单个太阳能电池板为研究对象，详细分析了该类细长大跨度建筑在不同风向角下其表面风荷载分布的特性及成因。通过改变电池板安装角、离地面高度两参数，获得了电池板表面的风荷载分布情况和板后尾涡分离点位置分布情况。研究表明:在不同的风向角下，电池板表面局部分块域存在危险;与规范值相比，对于不同安装角的电池板其表面分块域(A)和(F)荷载体型系数分别超出规范值12％～31％和33％～81％。
　　在上述工作的基础上，进一步对该类低矮细长大跨度电池阵列进行了数值模拟研究。而此类细长大跨度电池板阵列其表面风压分布较为特殊，需充分考虑风向角和电池板安装间距等主要因素，以获得电池板表面净荷载体型系数分布情况。研究表明:电池阵列对电池板表面的荷载分布影响不一，危险点出现在电池板下表面分块区域(A2，F2)，最大荷载体型系数是规范给定荷载推荐值的几倍;在不同风向角下，电池板1表面大部分分块区域净荷载体型都要大于规范值，而电池板2～5表面的净荷载体型系数仅在区域2处要远大于规范值。同时每块电池板表面绝对荷载体型系数最大值为规范值的几倍。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外相关技术研究现状

1．3 国内外建筑结构计算风工程研究现状

1．4 本文的主要工作

2 流动控制方程和湍流模型

2．1 控制方程

2．1．1 标准SST模型

2．1．2 边界条件

2．2 控制方程的离散

2．3 离散化方程的求解

3 风荷载的计算与TTU模型的数值模拟研究

3．1 风荷载的计算与体型系数的获得

3．1．1 风荷载的计算

3．1．2 风荷载体型系数的计算

3．2 标准TTU模型概述

3．3 标准TTU模型网格无关解数值模拟

3．3．1 计算域及工况点选取

3．3．2 边界条件的设置

3．3．3 计算结果

3．4 不同风向角的TTU数值模拟

3．4．1 90度风向角

3．4．2 60度风向角

3．5 本章小结

4 单个太阳能电池板的数值模拟研究

4．1 绪言

4．2 太阳能电池板基本模型的数值计算

4．2．1 计算域及网格划分

4．2．2 边界条件的设置

4．2．3 数值计算结果分析与比较

4．3 太阳能电池板参数对板面风压参数的影响

4．3．1 基本模型和计算模型工况

4．3．2 安装角的影响

4．3．4 离地面高度的影响

4．4 净荷载体型系数及分离点位置分布

4．4．1 净荷载体型系数分布

4．4．2 分离点位置的分布

4．5 本章小结

5 太阳能电池板阵列的数值模拟计算

5．1 引言

5．2 数值模型的建立

5．2．1 几何模型与网格划分

5．2．2 边界条件的设定

5．3 数值计算结果与分析

5．3．1 太阳能电池板表面风压的数值模拟结果

5．3．2 太阳能电池方阵上下表面风压分布分析

5．3．3 太阳能电池板净风荷载体型系数的分析

5．4 安放距离对电池板结构风荷载分布的影响

5．4．1 计算结果及其分析

5．4．2 模型1与模型2、模型3的比较

5．4．3 模型1与模型4、模型5的比较

5．5 本章小节

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献