不同安装位置光伏阵列的风载荷研究

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光伏系统是利用太阳能的重要装置,在强风的影响下光伏板和支架存在受力过大而被掀翻发生高空坠物。为提高安装在建筑不同位置的光伏阵列抗风性能,本文利用计算流体力学方法,研究安装在屋顶和外墙的光伏阵列风载荷影响因素,为光伏阵列的设计安装提供指导方案。首先,研究不同风向角、光伏阵列放置角度和屋面挑檐类型对屋顶光伏板倾覆效应、净载荷作用及屋顶流场分布的影响,结果表明:风向角的改变对阵列受到的倾覆效应和净载荷作用影响较大,放置角度在α=60°~75°时,光伏阵列各板净载荷作用均较弱,且阵列表面风压分布趋于均匀,放置角度的增大使光伏阵列对气流的阻挡面积减小,流动分离程度得到改善。下弯型挑檐使得阵列各板整体所受净载荷作用整体增强,在光伏支架的安装时要考虑下弯型挑檐类型对光伏板的风载荷影响。其次,研究光伏板安装倾角、风向角、光伏建筑高度对外墙光伏板所受升力、净载荷作用及阵列风压和建筑周围流场的影响,结果表明:外墙光伏阵列最不利风向角为0°,0°风向角下阵列各板所受升力和净载荷作均较强,75°风向角阵列各板所受风压较为均匀,阵列风压差异值较小。阵列各板所受载荷与外墙光伏板安装倾角的增大呈正比,在实际安装时要遵循小倾角原则,以提高外墙阵列各板的抗风性能。光伏建筑楼层高度的增加,使得高楼处安装的光伏板载荷有所增强,对阵列内部各板所受风压影响较大,要加强顶楼处光伏板及其支撑架的强度。最后,通过研究遮挡建筑对安装在屋顶和外墙的光伏阵列风载荷影响,结果表明:对于屋顶光伏系统,来流前沿遮挡建筑的存在会影响光伏板所受风载荷强弱,其中在光伏建筑和遮挡建筑的纵轴线夹角β接近15°时,屋顶各板所受倾覆效应和净载荷作用均较强,因此在屋顶光伏系统的安装时要考虑来流前沿遮挡物的影响。对于外墙光伏系统,当遮挡建筑高度超过光伏建筑时,阵列所受风载荷均较弱。遮挡建筑的偏移距离为8~12m时,阵列各板升力和体型系数均较小,此时外墙光伏系统安全性能较高。综合对光伏建筑不同安装位置的风载荷进行研究,风向角和遮挡建筑等外部因素和光伏系统安装参数的内部因素都会对光伏板所受风载荷产生影响。
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