太阳能行业正在迅速发展，而光伏系统——一种利用由许多太阳能电池组成的太阳能电池板将阳光直接转化为电能的技术——在这一变革中发挥着关键作用。随着对太阳能需求的持续增长，工程师们越来越需要开发出不仅高效，而且安全可靠的坚固系统。用于工业建筑和工业太阳能系统的太阳能电池板而言，这些挑战更为突出。工程师们必须仔细考虑各种结构和环境因素，以确保这些大型安装项目的成功。
本文探讨了其中七个关键挑战，并展示了 Dlubal 软件如何帮助应对这些挑战，从而设计出安全、高效且可靠的光伏系统。
Dlubal 的解决方案:
1. 考虑外部荷载（风、雪、地震力）
在设计光伏系统时，必须考虑风、雪和地震力等外部荷载，这些荷载可能会严重影响结构的稳定性和安全性。这些荷载变化很大，取决于地理位置、海拔高度和其他环境因素。例如，积雪可能会不均匀地堆积在光伏组件上，导致产生显著的集中应力，而风力则会因方向和强度而变化，影响结构的定位。同样，地震力对整个系统的影响也必须考虑在内，这进一步增加了设计过程的难度。工程师必须仔细模拟和分析所有这些因素，以确保结构在各种条件下都能保持稳定和安全。
Dlubal 软件配备了先进的分析工具，其中的在线荷载查询工具是一款交互式地图，可提供全球关键荷载参数。工程师能够快速获取目标地点的雪荷载、风速、地震带等信息，并结合本地数据进行校准，从而确保太阳能设备及其安装系统能够有效抵御区域环境条件的影响，显著提升整体的安全性与可靠性。
2. 对太阳能设备基础和支撑系统的评估
在规划太阳能系统时，还必须考虑支撑系统和基础，它们对系统的稳定性至关重要。对于屋顶光伏系统，建筑结构必须能够承受额外的负荷，而对于地面系统，则必须考虑土壤条件和合适的基础类型。准确评估支撑系统的适用性对于防止结构故障和确保设备使用寿命至关重要。
Dlubal 的解决方案:
RFEM 6 和 RSTAB 9 软件提供了免费且多功能的建模环境，工程师可以使用它来设计太阳能系统主要结构，并对基础支撑系统进行模拟和评估。这包括针对屋顶光伏系统的屋顶结构建模/模拟，以及针对地面光伏系统的基础设计。Dlubal 软件还提供基于特定场地条件优化基础性能的工具，以确保主体结构和支撑系统在安全性和稳定性方面均得到合理设计。
3. 优化太阳能系统的荷载传递
规划太阳能系统的一个关键方面，是选择最佳的荷载传递系统。该系统能将来自太阳能电池板、安装系统及其他组件的荷载分散传递到基础结构。工程师必须确保所有组件都得到适当支撑，并最大限度地减少应力或应变集中，以保证结构的完整性。
Dlubal 的解决方案:
借助 RFEM 6 和 RSTAB 9，工程师能够在统一平台上模拟多种荷载场景与设计配置。此项功能使工程师能够测试不同方案，优化荷载传递系统以实现效率最大化，从而确保系统兼具结构稳固性与成本效益，最终提升太阳能装置的整体性能。
4. 考虑冷弯薄壁型钢构件
冷弯薄壁型钢因其经济性和加工便捷的特点，在光伏设备中得到广泛应用。然而，该类材料在特定荷载条件下（尤其在大型工业光伏项目中）容易出现屈曲失稳等破坏模式，这要求工程师必须进行细致的结构分析，通过充分考虑材料特性来预防结构性破坏。
Dlubal 的解决方案:
RFEM 6 配备专业的针对冷弯薄壁钢型构件的分析工具，使工程师能够依据相关设计规范评估构件的屈曲稳定性及其他失效模式。此外，Dlubal 的独立程序 RSECTION 还支持多种型材的建模——包括铝合金挤压型材——在进行详细分析与优化后，可将结果导出至 RFEM 6 以完成后续设计。这种集成化分析方法实现了对所有类型型材进行全面精准的评估，确保其满足结构安全与性能要求的规范标准。
5. 特殊模块结构和荷载场景的评估
在光伏系统设计中，各类太阳能电池板（包括玻璃基板等特殊类型）都需要进行独立的承载能力验证。工程师必须考虑这些特殊材料的特性，以及可能出现的荷载场景——比如不均匀积雪或维护作业产生的额外荷载。通过对这些特殊设计特性和荷载条件进行严谨评估，才能确保光伏系统在各种工况下始终保持可靠的结构安全性和运行性能。
Dlubal 的解决方案:
Dlubal 软件提供一系列设计模块（如玻璃结构设计模块），可辅助工程师设计特殊太阳能组件。其先进的荷载分析功能使用户能够在统一平台上模拟多种荷载场景。这种集成化设计方法能同时兼顾特殊模块结构的特性与特定荷载条件，从而有效保障系统安全并优化整体性能。
6. 结构模型的有效管理和再利用
在大型光伏电站（例如工业太阳能系统）的设计中，工程师常常需要高效管理多个结构相似的模型。对于设计方案与既往项目类似的新项目，同样如此。如果没有合适的专业工具，模型的存储、修改和重复利用会变得十分繁琐，不仅耗时耗力，还容易导致数据不一致和效率低下等问题。
Dlubal 的解决方案:
Dlubal 软件配备了强大的多模型管理工具，支持工程师为同类结构创建标准化模板。这一功能支持快速再利用与灵活调整，无需每次都从零开始。同时，其批处理功能可大幅提升大型项目的处理效率，轻松应对场地特定条件、荷载变更或设计调整等需求。通过高效的项目存储与管理机制，工程师能够有效节约时间、减少重复劳动，在保障各设计方案一致性的同时，全面提升项目执行的效率、精确度与及时交付能力。
7. 确保光伏系统符合标准且文档管理高效
在光伏电站规划中，确保符合规范并完成完备的文档编制是一项至关重要且颇具挑战的工作。这不仅需要生成详尽的报告、计算书和相关佐证材料，更要求所有文件必须数据精准、条理清晰，并能便捷地供日后查阅或审计调用。这类任务具有高度重复性，同时还需对细节保持高度专注——若缺乏专业工具的支持，整个流程将变得异常耗时且难以有效管理。
Dlubal 的解决方案:
Dlubal 软件支持众多国家和地区规范，包括欧洲规范、美国标准等。能够自动生成多语种详细的计算书，确保设计方案完全符合当地法规要求。其计算书的生成与主程序并行工作，使工程师能够进行实时交互式修改并快速生成修改后的计算书。这一功能显著减少了人工编制文档工作量，在保证百分百合规的同时，大幅提升了整体工作效率。
结论
总而言之，光伏电站的结构工程设计面临诸多挑战，包括外部荷载的精准计算、规范合规性以及复杂设计的管理。Dlubal 软件提供了一系列强大工具，能够有效优化这些流程，助力工程师高效完成建模、分析与优化，最终实现最大的结构性能与安全性。通过整合设计与荷载分析、高效管理模型并确保符合国际标准，以及能够协助工程师们打造出不仅可靠、安全，而且经济、高效的太阳能设备。