浙江正泰新能源開發(fā)有限公司 ■ 周承軍 陳亮 陳創(chuàng)修 李科慶

0 引言

平單軸光伏支架是通過跟蹤太陽來提高光伏組件對(duì)太陽輻射的利用率，進(jìn)而增加光伏電站的發(fā)電量。相對(duì)于其他光伏支架跟蹤形式，平單軸光伏支架具有性價(jià)比高、故障率低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用，但其在風(fēng)荷載大的地區(qū)應(yīng)用時(shí)，也暴露出了結(jié)構(gòu)可靠性低的缺陷。

組件固定在光伏支架的檁條上，光伏組件的傾角即為光伏支架的傾角。因此對(duì)光伏支架而言，除自重外，組件所受風(fēng)荷載也就是其所受的外荷載。根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，組件的傾角不同，其表面風(fēng)荷載分布也必然存在差異，對(duì)光伏支架結(jié)構(gòu)的影響也不同。研究平單軸光伏支架在大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)的最佳傾角對(duì)于提高支架結(jié)構(gòu)的可靠性具有重要意義。最佳傾角的設(shè)置主要需考慮2 個(gè)方面：1)風(fēng)荷載對(duì)支架旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的扭矩。扭矩越小，對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備、支架和大風(fēng)保持裝置的危害越小，支架基礎(chǔ)傾覆的風(fēng)險(xiǎn)越低。2)風(fēng)荷載的合力。合力越小，整個(gè)支架的內(nèi)力就越小，支架基礎(chǔ)抗拉拔性能就越好。光伏項(xiàng)目中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備被破壞和支架基礎(chǔ)傾覆的情況，這說明支架所受風(fēng)荷載的扭矩對(duì)支架結(jié)構(gòu)的影響大于風(fēng)荷載的合力對(duì)支架結(jié)構(gòu)的影響。因此，將支架所受扭矩最小時(shí)的角度作為支架在大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)的最佳傾角。

1 組件表面風(fēng)荷載分布的理論計(jì)算

假設(shè)近地空氣為定常不可壓縮有粘性理想流體，在不考慮溫度影響時(shí)，低風(fēng)速的馬赫數(shù)為0.4，音速為340 m/s，則小于136 m/s 的風(fēng)速為低風(fēng)速。光伏項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的最大風(fēng)速通常為56 m/s，屬于低風(fēng)速。本文忽略光伏支架對(duì)組件周圍流場(chǎng)分布的影響。

在數(shù)學(xué)分析中，若某個(gè)函數(shù)滿足拉普拉斯方程，則這個(gè)函數(shù)就具有疊加性[1]。

進(jìn)行理論計(jì)算可以采用不斷逼近的研究思路，先得到在一定條件下的結(jié)論，然后放寬約束條件，不斷修正結(jié)論，最后獲得最接近實(shí)際情況的理論結(jié)果。因此根據(jù)實(shí)際空氣粘性很小、近似忽略不計(jì)的情況，先求解無粘性流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，再考慮粘性對(duì)結(jié)果的影響。

無粘性定常不可壓縮理想流體的無旋運(yùn)動(dòng)規(guī)律滿足方程：

式中，φ為關(guān)于變量x、y、z的速度位函數(shù)，其中x、y、z分別為流體微團(tuán)的三維坐標(biāo)系中的3 個(gè)正交方向的位移。

由于式(1)和式(2)滿足拉普拉斯方程，則流場(chǎng)中各點(diǎn)的速度分量都可以疊加。因此，平單軸光伏支架所處風(fēng)場(chǎng)的速度位函數(shù)具有疊加性。

若要求解平單軸光伏支架所受風(fēng)荷載的扭矩，需先求解光伏組件外表面風(fēng)荷載分布的體型系數(shù)或風(fēng)荷載分布函數(shù)，然后根據(jù)體型系數(shù)或分布函數(shù)與實(shí)際風(fēng)荷載的關(guān)系推導(dǎo)出支架所受的扭矩系數(shù)，再結(jié)合扭矩系數(shù)、風(fēng)荷載及力臂的關(guān)系求出扭矩。

由于風(fēng)也是一種流體，同樣滿足伯努利方程，因此也可以先求解出風(fēng)的速度分布函數(shù)，再利用伯努利方程求解出風(fēng)荷載。

反映流體速度和壓強(qiáng)關(guān)系的伯努利方程為：

式中，ρ為流體密度；p為流場(chǎng)中某處壓強(qiáng)；U為重力勢(shì)函數(shù)；C為總壓，在求解風(fēng)場(chǎng)問題時(shí)其為總風(fēng)荷載；v為流體速度。

在求解空氣繞流問題時(shí)，重力可忽略不計(jì)，并以駐點(diǎn)的壓強(qiáng)p0代替總風(fēng)荷載C，則式(3)可表示為：

光伏組件近地繞流情況可視為高空繞流和地面效應(yīng)的疊加，即小擾動(dòng)位流場(chǎng)下組件表面繞流與地面效應(yīng)產(chǎn)生的流場(chǎng)變化的組合。

1.1 不考慮地面對(duì)流場(chǎng)影響時(shí)的風(fēng)荷載分布規(guī)律

大組件的常規(guī)尺寸為1956 mm×990 mm×40 mm，小組件的常規(guī)尺寸為1650 mm×990 mm×40 mm。組件外形為長(zhǎng)方形，弦線平直，因此其彎度為零；并且不論是大組件，還是小組件，其厚度都遠(yuǎn)小于其長(zhǎng)度，滿足薄翼型的判定條件，組件空氣動(dòng)力學(xué)問題可根據(jù)薄翼型理論進(jìn)行討論。大風(fēng)狀態(tài)下，風(fēng)場(chǎng)中并未有旋渦產(chǎn)生，因此可看作是小擾動(dòng)位流場(chǎng)。在小擾動(dòng)條件下，組件表面的邊界條件和壓強(qiáng)系數(shù)的表達(dá)式都是呈線性的，因此平單軸光伏支架所處風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)荷載分布系數(shù)Cp也具有疊加性，因而組件表面繞流問題可分解為組件傾角和厚度問題。

采用面渦法求解組件傾角問題。根據(jù)庫(kù)塔-儒可夫斯基升力定理可知，當(dāng)給定了彎度函數(shù)yf(x)和組件傾角α后，可根據(jù)式(5)～式(8)求得變強(qiáng)度渦面分布的渦強(qiáng)的三角級(jí)數(shù)解γ(θ)。

式中，v∞為遠(yuǎn)處平直均勻來流的初速度，A0、An為系數(shù)；n為三角級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù)；θ為三角級(jí)數(shù)中的角度。

式中，θ1為根據(jù)廣義積分公式進(jìn)行求解時(shí)作x的變量置換； dθ1為θ1的微元；為彎度函數(shù)yf(x)對(duì)x的微分。

求解出A0與An后，代入式(5)，求得γ(θ)?？捎忙缺硎緓，即：

式中，b為組件截面長(zhǎng)度。

風(fēng)荷載分布函數(shù)為：

再結(jié)合式(8)，可得出：

進(jìn)一步結(jié)合式(9)，則有：

式中，當(dāng)組件近風(fēng)端抬頭時(shí)，α取正號(hào)計(jì)算，當(dāng)組件近風(fēng)端低頭時(shí)，α取負(fù)號(hào)計(jì)算。

考慮到組件的前緣吸力，則γ(θ)可表示為：

式中，為相對(duì)彎度。

可由渦面函數(shù)的三角級(jí)數(shù)解γ(θ)求解渦面函數(shù)常規(guī)解即：

式中，為組件表面上某點(diǎn)在組件弦線上投影點(diǎn)的坐標(biāo)。

再結(jié)合式(9)，可得：

組件前緣吸力系數(shù)CF可表示為：

前緣吸力在組件表面垂直方向上的分力Cyt可表示為：

考慮組件厚度時(shí)的風(fēng)荷載分布系數(shù)的求解問題被稱為厚度問題。由于組件屬于薄翼型，可以用弦線上的布源近似代替表面上的布源，進(jìn)而根據(jù)物面條件求出源強(qiáng)的分布，即：

考慮組件厚度時(shí)，組件表面的風(fēng)荷載分布系數(shù)的函數(shù)為：

式中，v′xωc為組件表面上某點(diǎn)的風(fēng)速，下標(biāo)xωc 表示厚度給速度位造成的影響。

綜合式(18)～式(20)可知：

1.2 近地影響

遠(yuǎn)處平直均勻來流經(jīng)過組件表面后會(huì)有旋渦產(chǎn)生，組件上的渦系可用2 個(gè)翼尖渦代替，當(dāng)組件距離地面較近時(shí)，地面就會(huì)對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生影響。為了便于分析，本文將地面看作一個(gè)直壁面，直壁面的作用可用鏡像法分析，即地面對(duì)流場(chǎng)產(chǎn)生的影響可看作是在直壁面另一側(cè)布置等強(qiáng)度反向鏡像點(diǎn)渦，直壁面的存在將實(shí)有渦的下半部分的流動(dòng)擠到一起，流速增大；鏡像渦和實(shí)有渦疊加后的流場(chǎng)中有一條流線剛好與直壁面重合，從而可模擬直壁面對(duì)流場(chǎng)的作用。點(diǎn)渦強(qiáng)度Γ逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)為正，在流場(chǎng)中沿著一條封閉曲線計(jì)算環(huán)量時(shí)，若封閉曲線包含點(diǎn)渦在內(nèi)，那么所確定的環(huán)量值就等于點(diǎn)渦的強(qiáng)度。1 個(gè)實(shí)有點(diǎn)渦在直壁面作用下的流函數(shù)ψ為：

式中，a為點(diǎn)渦到壁面的法向距離。

組件是平直的板件，可以看作空氣動(dòng)力學(xué)中的平板。平板構(gòu)型的點(diǎn)渦強(qiáng)度Γ為：

式中，c為平板弦長(zhǎng)。

1.3 傾角分析

隨著傾角的增大，組件表面附面層會(huì)發(fā)生分離，分離的內(nèi)因是空氣具有粘性，外因則是由于物面彎曲而出現(xiàn)逆壓梯度。附面層分離后，組件背面壓強(qiáng)會(huì)低于其正面壓強(qiáng)，此時(shí)絕對(duì)風(fēng)荷載會(huì)垂直于組件表面，由組件正面指向組件背面。由于風(fēng)荷載在組件表面的分布是由近風(fēng)端向遠(yuǎn)風(fēng)端不斷減小的，從而造成了其對(duì)組件產(chǎn)生的扭矩不同，而附面層分離導(dǎo)致組件遠(yuǎn)風(fēng)端風(fēng)荷載的增大，縮小了組件近風(fēng)端和遠(yuǎn)風(fēng)端的風(fēng)荷載差，從而削弱了其對(duì)組件產(chǎn)生的扭矩大小。而且附面層的分離區(qū)域越大，絕對(duì)風(fēng)荷載就越大。絕對(duì)風(fēng)荷載的變化是壓差阻力變化的結(jié)果。隨著組件傾角的不斷增大，組件后端產(chǎn)生的分離區(qū)會(huì)向前端擴(kuò)展，當(dāng)角度增大到一定值后，組件表面的附體流動(dòng)會(huì)被破壞，流動(dòng)變得不太穩(wěn)定。當(dāng)附面層轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鲿r(shí)，壓差阻力會(huì)突然減小。此時(shí)，總的風(fēng)荷載會(huì)被轉(zhuǎn)化，作用在組件表面的風(fēng)力也會(huì)減小。從附面層發(fā)生分離到轉(zhuǎn)變?yōu)槲闪鳎L(fēng)荷載對(duì)組件產(chǎn)生的扭矩都未有附面層發(fā)生分離前的大。

1.4 扭矩系數(shù)與組件傾角變化的曲線分析

根據(jù)上述理論繪制組件傾角不同時(shí)扭矩系數(shù)絕對(duì)值的變化曲線。

不考慮地面效應(yīng)時(shí)，扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線如圖1所示。

圖1 不考慮地面效應(yīng)時(shí)扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

考慮地面效應(yīng)時(shí)，扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線如圖2所示。

對(duì)比圖1、圖2可知，在同樣的組件傾角下，考慮地面效應(yīng)時(shí)組件受到的扭矩系數(shù)比不考慮地面效應(yīng)時(shí)的大，進(jìn)而組件所受的扭矩也變大。

由于組件表面的風(fēng)荷載分布情況在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)可直接加載到支架上進(jìn)行計(jì)算，則組件所受扭矩最小時(shí)，支架所受扭矩也最小。

圖2 考慮地面效應(yīng)時(shí)扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

2 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬

2.1 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

根據(jù)整體支架風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，獲取不同組件傾角、風(fēng)向時(shí)平單軸光伏支架所受的扭矩系數(shù)，并繪制曲線，如圖3所示。

圖3 不同組件傾角、風(fēng)向時(shí)平單軸光伏支架所受的扭矩系數(shù)曲線

取風(fēng)洞試驗(yàn)中風(fēng)向?yàn)?0°、90°和 170°這 3 個(gè)最具代表性的風(fēng)向?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)，并繪制變化曲線，如圖4所示。

由圖3和圖4可知，整體而言，不同風(fēng)向時(shí)，平單軸光伏支架所受的扭矩系數(shù)隨組件傾角變化趨勢(shì)差別不大。除90°風(fēng)向時(shí)扭矩系數(shù)不變外，其他風(fēng)向下，扭矩系數(shù)都是先降后升，且下降幅度大于上升幅度。整體來看，組件傾角為30°時(shí)是平單軸光伏支架所受的扭矩系數(shù)最小的角度。

圖4 隨組件傾角變化的3個(gè)風(fēng)向時(shí)平單軸光伏支架所受的扭矩系數(shù)曲線

值得注意的是，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中以單排平單軸光伏支架作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，其反映了橫向風(fēng)荷載分布和截面風(fēng)荷載分布對(duì)整體支架產(chǎn)生的綜合效果。

2.2 數(shù)值模擬

取2 塊豎排組件進(jìn)行流體仿真和有限元分析，并對(duì)組件上、下表面的風(fēng)荷載進(jìn)行求差獲得組件絕對(duì)風(fēng)荷載數(shù)據(jù)，求得力矩，并分別對(duì)組件在傾角為 0°、5°、10°、30°、45°時(shí)進(jìn)行有限元分析，繪制各傾角下絕對(duì)風(fēng)荷載隨相對(duì)坐標(biāo)變化的曲線，如圖5所示。圖中，曲線上標(biāo)注的是組件傾角，傾角的下標(biāo)分別代表2塊組件，其中1 代表近風(fēng)端開始第1 塊組件，2 代表近風(fēng)端開始第2 塊組件。橫坐標(biāo)是以近風(fēng)端第1 塊組件的近風(fēng)端為原點(diǎn)，組件弦線上各點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)。因絕對(duì)風(fēng)荷載也是組件分析模型的弦線上的風(fēng)荷載，所以縱坐標(biāo)絕對(duì)風(fēng)荷載也標(biāo)注為弦風(fēng)荷載。

圖5 各傾角弦風(fēng)荷載隨相對(duì)坐標(biāo)變化的曲線

由圖5可知，在不考慮組件的前端位置處和尾端位置處的風(fēng)荷載分布時(shí)，即圖中曲線的中段，組件的弦風(fēng)荷載都近似線性分布，且隨著不斷遠(yuǎn)離風(fēng)源，組件的弦風(fēng)荷載不斷衰減。第1 塊和第2 塊組件的弦風(fēng)荷載分布近似，但第2 塊組件的弦風(fēng)荷載的幅值都比第1 塊組件在相同位置處的要小，這也說明風(fēng)流體經(jīng)過第1 塊組件后，風(fēng)荷載被削弱。

假設(shè)組件低頭時(shí)為迎風(fēng)，抬頭時(shí)為背風(fēng)。選取組件在迎風(fēng)和背風(fēng)情況下不同傾角進(jìn)行有限元分析，并將獲取的數(shù)據(jù)繪制迎風(fēng)和背風(fēng)時(shí)組件所受扭矩隨傾角變化的曲線，如圖6所示。

圖6 迎風(fēng)、背風(fēng)情況下組件所受扭矩隨組件傾角變化的曲線

由圖6可知，因受地面影響，當(dāng)組件傾角相同時(shí)，組件迎風(fēng)時(shí)所受扭矩比背風(fēng)時(shí)的大，也就是說，組件迎風(fēng)時(shí)的受力對(duì)支架結(jié)構(gòu)不利。

為了更直觀地反映組件所受扭矩大小和組件傾角的關(guān)系，繪制迎風(fēng)、背風(fēng)情況下組件所受扭矩絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線，如圖7所示。

由圖7可知，在迎風(fēng)情況下，組件所受扭矩先升后降，且組件傾角為0°時(shí)所受扭矩最小，但不為零；在背風(fēng)情況下，組件所受扭矩先升后降再升，在組件傾角為30°時(shí)所受扭矩最小，接近零。

圖7 迎風(fēng)、背風(fēng)情況下組件所受扭矩絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

綜合以上模擬結(jié)果可知，在迎風(fēng)和背風(fēng)情況下，組件所受扭矩值最小時(shí)的角度不同，因平單軸光伏支架在實(shí)際應(yīng)用中迎風(fēng)和背風(fēng)情況都會(huì)遇到，因此，取迎風(fēng)和背風(fēng)兩種工況下其所受扭矩值都較小時(shí)的角度作為大風(fēng)保護(hù)時(shí)的組件最佳傾角。通過觀察圖7可以發(fā)現(xiàn)，0°是大風(fēng)保護(hù)時(shí)的組件最佳傾角，但0°時(shí)組件仍會(huì)受到扭矩作用。

為探究?jī)A角為0°時(shí)組件所受扭矩不為零的原因，選取1 塊組件，對(duì)其傾角為0°時(shí)的風(fēng)荷載分布情況進(jìn)行分析，并獲取流場(chǎng)風(fēng)荷載分布和組件上、下表面風(fēng)荷載分布圖，如圖8、圖9所示。

圖8 傾角為0°時(shí)組件上、下表面風(fēng)荷載分布圖

圖9 傾角為0°時(shí)組件流場(chǎng)風(fēng)荷載分布圖

由圖8可知，傾角為0°時(shí)組件左右兩端的絕對(duì)風(fēng)荷載(上、下表面風(fēng)荷載差)是不相等的，即傾角為0°時(shí)組件仍會(huì)受到扭矩作用。由圖9可知，傾角為0°時(shí)扭矩產(chǎn)生的原因是下壁面受風(fēng)荷載的影響，而實(shí)際應(yīng)用中，近地面由于地形等原因，風(fēng)荷載對(duì)扭矩的影響更明顯。因此在分析時(shí)考慮地面效應(yīng)是合理的。

3 國(guó)內(nèi)外規(guī)范分析

我國(guó)建筑荷載規(guī)范中關(guān)于組件風(fēng)荷載體型系數(shù)的計(jì)算內(nèi)容可用于平單軸光伏支架的體型系數(shù)取值。體型系數(shù)是建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要依據(jù)，體現(xiàn)了不同結(jié)構(gòu)型式的風(fēng)荷載分布規(guī)律。對(duì)組件風(fēng)荷載體型系數(shù)進(jìn)行處理，可以在規(guī)范基礎(chǔ)上獲取組件的最佳傾角。本文主要對(duì)我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)荷載體型系數(shù)進(jìn)行比較、處理和分析。

3.1 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

GB 50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》續(xù)表8.3.1[2]中對(duì)組件風(fēng)荷載體型系數(shù)有明確的規(guī)定，如圖10所示。

圖10 國(guó)標(biāo)中組件風(fēng)荷載體型系數(shù)相關(guān)內(nèi)容

由圖10可知：

1)迎風(fēng)工況下，風(fēng)荷載體型系數(shù)為正；背風(fēng)工況下，風(fēng)荷載體型系數(shù)為負(fù)。

2)組件傾角≤10°時(shí)，不管迎風(fēng)工況還是背風(fēng)工況，組件兩端風(fēng)荷載體型系數(shù)差值的絕對(duì)值都為0.8。

3)組件傾角為30°時(shí)，不管迎風(fēng)工況還是背風(fēng)工況，組件兩端風(fēng)荷載體型系數(shù)差值的絕對(duì)值也都為0.8。

4)根據(jù)圖10并結(jié)合線性插值法，計(jì)算10°～30°之間的風(fēng)荷載體型系數(shù)可知，不管是迎風(fēng)工況還是背風(fēng)工況，組件兩端風(fēng)荷載體型系數(shù)差值的絕對(duì)值也都為0.8。

5)組件傾角＞30°時(shí)，關(guān)于組件風(fēng)荷載體型系數(shù)，國(guó)標(biāo)暫時(shí)未找到依據(jù)。

求組件中心力矩時(shí)，由于力臂相等，不同傾角時(shí)，風(fēng)荷載在組件兩端的分布系數(shù)差值的絕對(duì)值即可反映不同角度時(shí)風(fēng)荷載產(chǎn)生的扭矩。此理論結(jié)合圖10可知，組件傾角＜30°時(shí)，國(guó)標(biāo)中風(fēng)荷載在組件兩端的分布系數(shù)差值的絕對(duì)值不隨傾角變化而變化。結(jié)合扭矩的定義可知，不同組件傾角時(shí)，組件所受扭矩是不變的，因此，大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件的最佳傾角只能通過探討風(fēng)荷載合力來解決。分析圖10可以發(fā)現(xiàn)，組件傾角越大，風(fēng)荷載合力越大，因此國(guó)標(biāo)條件下，0°為大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件的最佳傾角。

3.2 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的圖表27.4-4，求取A 荷載與B 荷載下組件所受的扭矩系數(shù)值，如表1所示。

根據(jù)表1繪制各種工況下扭矩系數(shù)絕對(duì)值變化曲線，如圖11所示。

為了便于分析，分別繪制A 荷載情況和B荷載情況下，扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線，如圖12和圖13所示。

通過分析圖12和圖13可以發(fā)現(xiàn)：

1)A 荷載時(shí)，除背風(fēng)有阻礙條件下扭矩值變化規(guī)律是遞增外，其他條件下扭矩值都是先降后升。也就是說，背風(fēng)有阻礙情況下，0°是扭矩值最小的角度；其他工況下，20°～40°是扭矩值最小的角度。

2)B 荷載時(shí)，各工況扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨傾角變化規(guī)律大致相同，即先升后降，但拐點(diǎn)處組件的角度不同。而且不管哪種工況，0°都是扭矩值最小的角度。

表1 美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于迎風(fēng)和背風(fēng)時(shí)組件所受扭矩系數(shù)的分析表

圖11 各工況下扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

圖12 A荷載下扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

圖13 B荷載時(shí)扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線

3)綜合比較2 種荷載和所有工況，取最不利情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，B 荷載時(shí)，迎風(fēng)無阻礙是最不利工況，而0°是該條件下扭矩值最小的角度。

綜上所述，除非跟蹤支架能夠定性到具體的荷載條件，且排除掉迎風(fēng)無阻礙情況，否則0°都為大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件的最佳傾角。

4 結(jié)論

本文使用面渦法建立了平單軸光伏支架風(fēng)場(chǎng)繞流理論模型，并據(jù)此模型繪制了風(fēng)荷載分布曲線，進(jìn)一步得到扭矩系數(shù)絕對(duì)值隨組件傾角變化的曲線，從而得到理論上0°是大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件最佳傾角，并且0°時(shí)仍有扭矩存在的結(jié)論。然后就國(guó)內(nèi)和美國(guó)建筑荷載規(guī)范進(jìn)一步比較分析，得出美國(guó)考慮的情況更復(fù)雜的結(jié)論，立足于設(shè)計(jì)取最不利情況的原則，針對(duì)不同工況選取最不利工況作為分析對(duì)象，得出0°是大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件最佳傾角的結(jié)論。再結(jié)合數(shù)值模擬和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了0°是大風(fēng)保護(hù)狀態(tài)時(shí)組件最佳傾角。因此，可以明確平單軸跟蹤支架設(shè)計(jì)的指導(dǎo)方法為：結(jié)構(gòu)計(jì)算按照當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)，對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的計(jì)算需要考慮扭矩的存在，取一定的扭矩系數(shù)加以核算，從而可以保證設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。