一种马鞍形索网柔性光伏系统

摘要

本发明公开了一种马鞍形索网柔性光伏系统，包括光伏组件及用于支撑光伏组件的马鞍形索网柔性支架，所述马鞍形索网柔性支架主要包括外围钢框架结构及纵横交错设置在外围钢框架结构内以用于安装光伏组件的稳定索和承重索；所述外围钢框架结构主要包括抛物线形钢梁及设置在抛物线形钢梁底部的支撑柱，所述支撑柱的外侧壁上设置有斜拉索，斜拉索的一端与支撑柱连接，另一端锚固在地面上；所述稳定索为单根纵向布置的拉索，所述承重索为两根一组横向平行布置的拉索，光伏组件通过组件边框设置在所述承重索上，所述稳定索和承重索交叉连接并在外围钢框架结构的支撑作用下形成稳定的马鞍形曲面；稳定索和承重索的连接处通过节点底板和U形螺栓固定。

说明书

技术领域

本发明涉及光伏发电设备领域，具体涉及一种马鞍形索网柔性光伏系统。

背景技术

由于能源枯竭和环境污染问题的不断加剧，以太阳能为典型代表的可再生清洁能源逐渐受到重视并推动全球能源转型不断发展，利用光伏发电系统可以直接将太阳能转化为电能。工程中，光伏电站通常由光伏组件、光伏支架、箱变及其他电气设备组成，其中光伏支架是用于安装光伏组件的特殊支架，多采用钢结构和铝合金结构。传统的刚性光伏支架包括斜梁、檩条、立柱、撑杆等构件，安装场地主要位于建筑屋顶和空旷地面，结构基础一般采用混凝土灌注桩、钢螺旋桩和条形基础等形式。目前，国内外学者已针对刚性光伏支架的设计方法、力学性能和风荷载效应等内容进行了研究，并取得了相应成果。

随着屋面可利用资源和优质土地资源日趋紧张，传统刚性光伏支架的发展因占地面积广、场地平整度要求较高等原因逐渐受到限制。为拓展光伏支架的空间适应性，可利用大跨越的支架体系将组件架设于空中。这样既能够摆脱常规支架落地带来的地形条件限制，又可以保证原有场地的继续使用。这种大跨度支架也为光伏市场的未来发展提供了一个新的方向。

柔性预应力索结构体系是目前最为高效的一种大跨度空间结构体系，因具有造型美观、形式轻盈和性能优良的典型特点被广泛应用于体育场馆、展览馆和机场等大型公共建筑领域。该结构体系以拉索为核心构件，基于施工张拉引入的预应力建立结构整体刚度，使其能够抵抗荷载引起的变形并维持结构自身稳定。因此，可以考虑基于柔性预应力索结构体系设计柔性光伏支架。相比于刚性支架，柔性支架具有用钢量小、对场地基础要求小、广泛适用于各种复杂地形条件等优势。目前工程中已经投入使用的少数柔性支架仍以单纯的悬索结构体系为主，即把光伏组件直接铺设在两根平行布置的拉索上。此类悬索结构在平面外刚度较弱，导致结构竖向变形较难控制，尤其是地处沿海地区受台风影响较大时，支架在风荷载作用下容易发生剧烈振动，从而引起光伏组件内部出现隐裂而发生破坏。因此，针对柔性支架的结构设计仍需进一步改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够实现较大跨度和较强稳定性的马鞍形索网柔性光伏系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种马鞍形索网柔性光伏系统，主要包括光伏组件及用于支撑光伏组件的马鞍形索网柔性支架，所述马鞍形索网柔性支架主要包括外围钢框架结构及纵横交错设置在外围钢框架结构内以用于安装光伏组件的稳定索和承重索；所述外围钢框架结构主要包括抛物线形钢梁及设置在抛物线形钢梁底部的支撑柱，所述支撑柱的外侧壁上设置有斜拉索，该斜拉索的一端与支撑柱连接，另一端锚固在地面上；所述稳定索为单根纵向布置的拉索，所述承重索为两根一组横向平行布置的拉索，所述光伏组件通过组件边框设置在所述承重索上，所述稳定索和承重索交叉连接并在外围钢框架结构的支撑作用下形成稳定的马鞍形曲面。

进一步地，所述稳定索和承重索的交叉连接节点处通过节点底板和U形螺栓进行固定，所述节点底板的顶部沿承重索的长度方向开设有弧形槽，节点底板靠近弧形槽的两侧端面上分别穿设有用于安装U形螺栓的安装孔，所述承重索设置在两U形螺栓之间的弧形槽内，所述稳定索设置在承重索的上侧以利于维持相对位置稳定，所述U形螺栓的开口侧穿过稳定索及节点底板上的安装孔并通过双螺母设置在所述节点底板上。

进一步地，所述组件边框的底部设置有U形夹头，且所述组件边框通过该U形夹头设置在承重索上，所述U形夹头包括U形螺栓及设置在U形螺栓与组件边框连接端面上的夹头连接件，该夹头连接件的底部设置有用于固定承重索的弧形槽。

进一步地，所述稳定索及承重索的拉索均为不锈钢丝绳，拉索的一端设置有压制螺杆，拉索的另一端设置有压制索头，拉索与拉索间通过设置有内螺纹的张拉套筒连接，拉索与抛物线形钢梁之间通过端部锚具连接，所述端部锚具包括双耳板及销轴螺栓，所述拉索的压制索头通过销轴螺栓铰接在双耳板上。

进一步地，所述支撑柱包括设置在纵向抛物线形钢梁底部的V字形钢斜柱及设置在横向抛物线形钢梁底部的竖向钢立柱。

进一步地，所述抛物线形钢梁、V字形钢斜柱及竖向钢立柱均为H型钢或方钢管。

本发明的有益技术效果在于：本发明提供的光伏系统基于马鞍形索网结构形式，利用构件材料提供的弹性刚度和拉索预应力提供的几何刚度共同抵抗外荷载引起的变形，使其能够实现较大跨度并具备较强的稳定性，各个连接节点间稳定牢固，可有效提高光伏系统的使用寿命，减小了生产成本和维护成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明所述稳定索和承重索交叉连接节点的结构示意图；

图3为本发明所述组件边框的结构示意图；

图4为本发明所述拉索压制螺杆端的结构示意图；

图5为本发明所述拉索压制索头端的连接结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“横向”、“竖向”等术语所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或原件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-5所示，本发明所述的一种马鞍形索网柔性光伏系统，主要包括光伏组件1及用于支撑光伏组件1的马鞍形索网柔性支架，所述马鞍形索网柔性支架主要包括外围钢框架结构2及纵横交错设置在外围钢框架结构2内以用于安装光伏组件1的稳定索3和承重索4；所述外围钢框架结构2主要包括抛物线形钢梁5及设置在抛物线形钢梁5底部的支撑柱，所述支撑柱的外侧壁上设置有斜拉索6，该斜拉索6的一端与支撑柱连接，另一端锚固在地面上；抛物线形钢梁5为多段折线拟合而成的近似抛物线，所述稳定索3为单根纵向布置的拉索，所述承重索4为两根一组横向平行布置的拉索，所述光伏组件1通过组件边框7设置在所述承重索4上，所述稳定索3和承重索4交叉连接并在外围钢框架结构2的支撑作用下形成稳定的马鞍形曲面，索网的形状和预应力分布由结构找形分析确定，找形分析可采用动力松弛法或力密度法。

参照图2所示，所述稳定索3和承重索4的交叉连接节点处通过节点底板8和U形螺栓9进行固定，所述节点底板8的顶部沿承重索4的长度方向开设有弧形槽，节点底板8靠近弧形槽的两侧端面上分别穿设有用于安装U形螺栓9的安装孔，所述承重索4设置在两U形螺栓9之间的弧形槽内，所述稳定索3设置在承重索4的上侧以利于维持相对位置稳定，所述U形螺栓9的开口侧穿过稳定索3及节点底板8上的安装孔并通过双螺母设置在所述节点底板8上。

参照图3所示，所述组件边框7的底部设置有U形夹头10，且所述组件边框7通过该U形夹头10设置在承重索4上，所述U形夹头10包括U形螺栓及设置在U形螺栓与组件边框连接端面上的夹头连接件，该夹头连接件的底部设置有用于固定承重索的弧形槽,U形夹头10材质为不锈钢，组件边框7材质为铝合金。

参照图4-5所示，所述稳定索3及承重索4的拉索均为不锈钢丝绳，拉索的一端设置有压制螺杆11，拉索的另一端设置有压制索头12，拉索与拉索间的压制螺杆11通过设置有内螺纹的张拉套筒13连接，张拉套筒13为一个中部开孔、两端留有反向内螺纹的圆管，拉索与抛物线形钢梁5之间通过端部锚具连接，所述端部锚具包括双耳板14及销轴螺栓15，所述拉索的压制索头12通过销轴螺栓16铰接在双耳板14上。

参照图1所示，所述支撑柱包括设置在纵向抛物线形钢梁5底部的V字形钢斜柱17及设置在横向抛物线形钢梁5底部的竖向钢立柱18。所述抛物线形钢梁5、V字形钢斜柱17及竖向钢立柱18均为H型钢或方钢管。所述钢梁抛物线形状由跨度L、跨中垂度f和两端支座高差C确定。抛物线横坐标为x，对应矢高为z，则抛物线方程为：

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。