Design und Anwendung von Aluminiumprofilen in der Photovoltaikindustrie

Energie ist die materielle Grundlage für das Überleben des Lebens. Es ist ein großes Problem, mit dem die Menschheit im 21. Jahrhundert konfrontiert ist. Grüne Energie wie Windkraft, Wasserkraft mittlerer Größenordnung, Bioenergie, Solarenergie, Geothermie usw. werden von den Menschen zunehmend geschätzt. Unter ihnen ist Solarenergie die potenziellste und unerschöpflichste saubere Energie. Mit der Entwicklung der Photovoltaikindustrie wurden ihre Halterungen von Stahlprodukten zu Aluminiumlegierungsprofilen umgewandelt , was ihre umweltfreundlichen Vorteile wie Leichtigkeit, Haltbarkeit, vielfältige Strukturen und Recyclingfähigkeit hervorhebt. Zu diesem Zweck wird durch mechanische Analyse eine sinnvolle Produktstruktur entworfen, die nicht nur die Nutzungsanforderungen erfüllen kann, sondern auch eine einfache und leichte Struktur aufweist.

1.2 Designanforderungen:

(1) Spezifikationen des Solarmoduls: 1650 mm × 990 mm × 50 mm

(2) Anzahl der installierten Solarmodule: 14 (

3) Solarpanel-Array: 2×7=14

(4) Neigungswinkel der Halterung: 30°

(5) Maximale Windgeschwindigkeit: 42 m/s

(6) Schneelast: 0,65 kN/m2

(7) Belastung des Solarmoduls: 0,2 kN/m2

(8) Einbaubedingungen: Boden, Bodenrauheitskategorie II

(9) Berechnungsstandard: JIS C8955: 2011

(10) Lebensdauer des Produktdesigns: 20 Jahre

2 Festigkeitsdesign

2.1 Konstruktionsbedingungen

①Die Schneelast beträgt 0,65 kN/m2 und die maximale Windgeschwindigkeit ist auf 42 m/s eingestellt. Erdbebenlasten werden nicht berücksichtigt. Es kann berechnet werden, dass die vertikale Schneedicke weniger als 1 m beträgt, was eine Berechnung für normale Orte ist.

② Gemäß dem oben Gesagten kann davon ausgegangen werden, dass es sich um die maximale Last an einem allgemeinen Ort handelt, und es wird die kurzfristige zusammengesetzte Last aus der festen Last G und der durch den Sturm erzeugten Winddrucklast W verwendet, d. h. G+ W; die Lastkombination G+S bei Schnee.

③ Berechnen Sie die Biegefestigkeit und den Biegebetrag des Materials, die durch den Winddruck von der Vorderseite der Halterung (gegen den Wind) und den Winddruck von hinter der Halterung (Gegenwind) verursacht werden, und bestätigen Sie die Festigkeit.

④ Maximale Höhe H=2,175m.

2.2 Angenommene Belastungen

①Solarmodul mit fester Last: Gm =0,2 kN/m2; Gewicht der T-förmigen Schiene 110: G2= 1,703×9,8/(1,65/2)=0,021 kN/m2; Festes Lastgewicht der einzelnen T-förmigen Schiene 110 G= 0,2+0,021=0,221 kN/m2;

②Winddrucklast: Nehmen Sie an, dass die Winddrucklast des Windes, der von der Vorderseite des Arrays (in Windrichtung) weht, Wp Wp=Cw×(0,6×V0 2 ×E×I) Cw – Windkoeffizient ist. Dieses Schema ist Überdruck. Die Berechnungsformel lautet: 0,65+0,009θ=0,65+0,009×30=0,92 V0 – Windgeschwindigkeit 42 m/s E – Umweltkoeffizient, da H=2,175 m kleiner als Zb=5 m ist. Gemäß Formel (4) die Bodenrauheit Kategorie ist II Er=1,7×(Zb /ZG)α =1,7×（5/350）0,15=0,8988 E=Er 2 /m2 Die Winddrucklast des Windes (Gegenwind), der von hinter dem Array weht, ist Wp, und die Der Windkoeffizient wird geändert in: Cw – Windkoeffizient. Dieser Plan ist Unterdruck. Die Berechnungsformel lautet: 0,71+0,016θ=0,71+0,016×30=1,19 Wp=1,19×（0,6×422×1,777×1,0）=2,238kN/m2

③Schneedrucklast Sp Schneelast q: q=0,65 kN/m2 Schneefläche As ist die horizontale projizierte Fläche der Array-Oberfläche: As=A×cos30°

Neigungskoeffizient Cs=0,84 Sp=Cs×q×As=0,84×0,65×cos30°=0,473 kN/m2

④Einzelne T-förmige Gleislast: Last bei kurzfristiger Schneeansammlung: G + S = 0,221 + 0,473 = 0,694 kN/m2 Last bei kurzfristigem Sturm: G + W = 0,221 + 1,73 = 1,951 kN/m2 (gegen den Wind) GW =0,221- 2,238=-2,017 kN/m2 (nach oben gegen den Wind) Da die Kraft gegen den Wind größer ist als die Kraft entlang des Windes, berücksichtigen die folgenden Berechnungen nur den Gegenwind. Nimmt man die Lastberechnung der Gegenwindlast während eines kurzfristigen Sturms, ergibt sich für eine einzelne T-förmige Schiene q = 2,017 kN/m2 × 1,65/2 = 1,664 kN/m2

2.3 Spannungsanalyse von Vierkantrohren

Da die Länge des quadratischen Aluminiums 60×1505 größer ist als die des quadratischen Aluminiums 60×600, muss lediglich die Stabilität des quadratischen Aluminiums 60×1505 überprüft werden. Die Kraft von quadratischem Aluminium 60×1505 beträgt: F=FB/cos30°=13319,5/ cos30°=15380N. Die beiden Enden des quadratischen Aluminiums 60×1505 sind klappbar, also μ= 1. Aus den Querschnittsparametern ergibt sich: I=300653mm4, i=22,1mm; der Elastizitätsmodul von Aluminium E =6,9×104 MPa. Die Stablänge l = 1505mm. Aluminiumlegierung σp =175 MPa, dann ist die Flexibilität λ= μl i = 1×1505 22,1 =68 λ1=π E σp =3,14× 6,9×104 175 =62,3. Erhalten Sie: λ>λ1 Daher ist der quadratische Aluminiumstab 60×1505 ein großer Nachgiebigkeitsstab. Die Euler-Formel wird zur Berechnung von Fcr= π2 EI (μl)2 = 3,142 × 6,9 × 104 × 300653 (1×1505)2 =90303N F=15380N＜Fcr verwendet, sodass das Gesamtsystem stabil ist.

Mit der weit verbreiteten Verwendung von Aluminium-Industriematerialien und der Förderung von Umweltschutzkonzepten in der Photovoltaikindustrie hat die Verwendung von Aluminiumlegierungen in ihren Bereichen immer mehr an Bedeutung gewonnen, insbesondere in Ländern wie Europa und Japan. Derzeit entwickelt unser Unternehmen intensiv Solarhalterungen und Rahmenprofile. Während des Entwurfsprozesses erfolgt eine mechanische Analyse des Entwurfsabschnitts unter Sicherstellung der Festigkeitsanforderungen, um Wind- und Schneedruck standzuhalten, die Struktur und die rationelle Nutzung zu optimieren und einen Profilabschnitt zu entwerfen, der technisch machbar, materialsparend und einfach zu montieren ist , um den Entwicklungsbedürfnissen der Branche besser gerecht zu werden.