[发明专利]一种光伏板连接件的拓扑优化方法及光伏板连接件

说明书

本发明公开了一种光伏板连接件的拓扑优化方法及光伏板连接件，具体步骤如下：步骤S1：根据需要的光伏板选定传统连接件设计，选定连接件材料；步骤S2：测量传统连接件尺寸；步骤S3：根据所述传统连接件尺寸绘制设计域；步骤S4：对所述设计域进行拓扑优化并得到拓扑优化结果；其中，拓扑优化的目标为最小化连接件的最大位移，约束条件为体积分数小于限定值；步骤S5：对所述拓扑优化结果进行后处理并得到合理优化设计；其中，后处理包括删除无法加工的孔洞、删除无法加工的枝杈；步骤S6：对所述合理优化设计进行有限元分析，判断是否满足应力、位移约束条件，若满足，则输出所述合理优化设计；否则转至步骤S4，放松约束条件，重新进行拓扑优化。

技术领域

本发明属于光伏板安装技术领域，尤其涉及一种光伏板连接件的拓扑优化方法及光伏板连接件。

背景技术

在城市核心地区，高层建筑在使用过程中对于电能的消耗极大。为了响应保护环境、使用清洁能源的国家政策，高层建筑可采用光伏板对本身消耗的电能进行补充。自从20世纪90年代光伏板技术在中国香港地区首次应用，光伏板在世界各地都得到了持续且快速的发展。光伏板是一种清洁、无污染、可持续的供能装置，用于将太阳能转化为电能，以供其所在的高层建筑使用。光伏板可布置在高层建筑顶部或外立面。相比而言，高层建筑的外立面面积更大，且更为闲置，更适用于悬挂光伏板。

光伏的悬挂方式类似于玻璃幕墙。目前国内尚未有成熟的光伏板连接件设计规范。光伏板连接件设计目前参考的是《玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-20》。玻璃幕墙的安装方式包括点支撑和框架支撑两种。点支撑连接方式更为灵活，能够适用的应用场景更广，同时由于连接件可做到隐形，使得外立面更加美观。考虑到适用性以及外立面美观，通常采用在光伏板外框上布置连接件的点支撑形式进行安装。

由于光伏板面积较大，同时高层建筑的高度较高，因此光伏板承受的风荷载较大。光伏板所承受的风荷载通过四个顶点的连接件传递到主体结构，连接件为应力集中区域，因而对于连接件的受力性能要求很高。光伏板连接件设计是保证光伏板安全的重要一环。

目前市场上最为广泛应用的光伏板连接件的设计。连接件分为两个部件，分别为连接件和固定件。固定件通过螺栓与主体结构相连，完全与主体结构固定。连接件通过螺丝与光伏板外框相连固定。在安装时，仅需将置于光伏板外框上的四个连接件挂在相应位置的固定件上，保证牢固相连即可。图2 为现有光伏板连接件横截面的典型尺寸。

传统的光伏板连接件设计在安装中非常方便，这一特性对于光伏板在高层建筑中的应用尤为重要。本发明也将保留其这一特性。但光伏板连接件最为重要的指标为重量和力学性能(位移、应力等)。由于光伏板本身较轻，连接件在承受光伏板的自重及风荷载的前提下，亦需承受自身自重。因此，重量越轻的连接件越能降低对其力学性能的要求，从而保证光伏板的安装安全。另外，由于使用光伏板的建筑一般高度较高，光伏板本身需承受的风荷载较大。而光伏板仅通过四个连接件与主体结构相连，其承受的所有风荷载均需通过连接件传递到建筑主体结构。因此，为保证光伏板不发生脱落，连接件在使用过程中需处于线弹性变形阶段，不能发生诸如屈服等造成较大位移的情形，因而对连接件的力学性能提出了较高的要求。

优良的力学性能与轻质量(少材料)之间存在平衡。一般来说，在传统的连接件设计中，更为优良的力学性能一般对应使用更多的材料(自重、厚度更大)，而更轻薄的连接件则对应较低的屈服极限值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光伏板连接件的拓扑优化方法及光伏板连接件，以解决现有光伏板连接件自重大、所需材料多的问题。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种光伏板连接件的拓扑优化方法，具体步骤如下：

步骤S1：根据需要的光伏板选定传统光伏板连接件设计，选定光伏板连接件材料；

步骤S2：测量传统光伏板连接件尺寸；