一种用于光伏组件安装的檩条的制作方法

本实用新型涉及光伏组件技术领域，具体涉及一种用于光伏组件安装的檩条。

背景技术：

太阳能光伏电站所用檩条一般采用冷弯热镀锌钢板成型的u型结构、c型结构和z型钢制材料，其是光伏组件安装结构中用钢量较大的一个重要部分。为适应不同跨距和风压雪压等荷载要求，檩条的结构和尺寸、基材的厚度、以及规格型号均可以根据跨距、风压、以及雪压进行选择；然而，现有技术中的檩条大多采用镀锌钢板制作成实心的u型、c型或z型结构，这些结构的檩条的壁厚多为2mm及以上,，其单位长度的重量大、价格高，二铝合金的檩条的重量虽然可以降低，但是其成本却会大大增加。

鉴于此，研发一种新的檩条的结构形式，以在不影响檩条原有强度要求的前提下，能够降低单位长度的重量，不同材料选用不同的制作工艺，本例中选用的钢质薄板。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于光伏组件安装的檩条。

本实用新型提供的一种用于光伏组件安装的檩条，所述檩条采用耐腐蚀性、强耐候性的薄钢板冷弯成型，所述檩条内设置有至少一个闭合空腔，所述闭合空腔内设置有用于增强檩条抗压强度的发泡材料。

本实用新型提供的一种用于光伏组件安装的檩条，还包括如下附属技术方案：

其中，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成型，其外表面设置有耐腐蚀的金属涂层，或涂刷涂料保护层；或，

所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成型，所述铝合金或镁合金的表面进行氧化处理，或涂刷涂料保护层。

所述檩条的上下两个表面和/腔体的两侧壁上均设置有锯齿状结构或波浪形结构。

其中，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成c型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成c型结构；

所述c型结构的檩条内设置有一个闭合空腔，所述闭合空腔内设置有用于增强c型结构檩条强度的发泡材料。

其中，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成u型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成u型结构；

所述u型结构的檩条内设置有两个闭合空腔，所述闭合空腔内设置有用于增强u型结构檩条强度的发泡材料。

其中，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成z型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成z型结构；

所述z字型结构檩条内设置有一个闭合空腔，所述闭合空腔内设置有用于增强z字型结构檩条强度的发泡材料。

其中，所述檩条的边缝处进行翻边咬合或焊接处理。

本实用新型的实施包括以下技术效果：

本实用新型提供的用于光伏组件安装的檩条适用于单面组件和双面组件，通过在檩条内设置闭合的空腔，以降低檩条单位长度的重量，通过在空腔内设置填充材料，以增加檩条的整体抗压强度和稳定性；并且，本实用新型中的檩条可根据强度要求，对空腔的形状、大小、以及薄钢板的厚度进行调整，以满足不同地区、以及不同载荷对檩条强度的要求。

并且，考虑到檩条材料从铝合金材质变成钢材时，其强度虽然增加了，但选用较厚的钢材，其重量也会大大增加，特别是钢材没有铝合金那样的挤出成材条件，折弯的钢材焊接成整体的加工难度和工艺成本较高，本实用新型创造性地利用发泡材料非常轻的特效，在折弯的钢材成型框里发泡，使之形成蜂窝结构的整体式框架，既能保证檩条的强度，又不影响檩条的重量。

附图说明

图1为本实用新型的一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈c型结构。

图2为本实用新型的一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈u字型结构。

图3为本实用新型的一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈z型结构。

图4为本实用新型的另一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈c型结构。

图5为本实用新型的另一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈u字型结构。

图6为本实用新型的另一个实施例的用于光伏组件安装的檩条的结构示意图，其呈z型结构。

图7为图4-6中a处的局部放大图。

图8为图4-6中b处的局部放大图。

图9为z型复合截面檩条和u型截面檩条承受的载荷分布示意图；

图10为z型复合截面檩条承载力的位置和方向示意图；

图11为u型截面檩条承载力的位置和方向示意图；

图12为z型复合截面檩条的网格划分示意图；

图13为u型截面檩条的网格划分示意图；

图14为z型复合截面檩条有限元分析图；

图15为u型截面檩条有限元分析图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

一般地，卷板是利用卷板机对板料进行连续三点弯曲的过程。设备在进行卷板时将板料放在上、下工作辊之间。上辊垂直升降，两下辊做旋转运动且相对于上辊轴心面水平移动。上辊下降时，板材在上下工作辊之间发生塑性变形而弯曲。下辊连续旋转通过板与辊之间的摩擦力带动钢板进、退，完成卷制，整个过程中还包含了如预弯、对中、卷圆、矫圆等操作。

化工领域发泡材料种类很多，按硬度分类可分为软质、硬质和半硬质，按密度分类分为低发泡泡沫材料、中发泡泡沫材料和高发泡泡沫料等。常见的发泡工艺方法如间歇发泡法、模压发泡法、挤出发泡法等，优选的采用挤出发泡法。挤出发泡法是将含发泡剂的塑料原料加入挤出机中，经螺杆旋转和机筒外的加热，物料被剪切、熔融、塑化、混合，熔融物料从机头模口挤出时由高压变为常压，使溶于物料内的气体膨胀而完成发泡。这种成型方法最突出的特点是连续化生产，通过更换机头就可以生产不同类型的产品。

比较优选的聚氨酯pu发泡填缝材料已广泛应用于家装门窗等领域。聚氨酯硬质泡沫是一种具有闭孔结构的低密度微孔材料，具有质轻、比强度高、导热系数小、吸水率低、施工操作方便的优点，可以通过改变材料的组成、配方比例、合成条件方法等来制得不同软硬度、耐化学性以及机械强度的泡沫材料。聚氨酯发泡材料的许多物理特性都取决于他的泡孔结构，对硬质泡沫来说，泡孔以闭孔结构为宜。

本实用新型提供的一种用于光伏组件安装的檩条，所述檩条采用耐腐蚀性、强耐候性的薄钢板冷弯成型，所述檩条内设置有至少一个闭合空腔，所述闭合空腔内设置有用于增强檩条抗压强度的发泡材料。

需要的说明的是，本实用新型中的卷制用钢板也可优选地采用新日铁开发的高耐腐蚀性镀膜钢板“superdyma”,或者韩国浦项钢铁的铝镁锌钢板。以新日铁superdyma为例，其镀膜成分以锌为主，由11％的铝、3％的镁以及微量的硅构成的新型耐腐蚀性镀膜钢板，具有良好的防锈、加工性能，如平面和端部的的防锈均不错，弯曲成形部分、拉伸部分不易生锈，加工部表面少有伤痕，焊接性、油漆性也很好。

并且，采用最新防腐措施或采用防腐成品钢材，可以为钢材提供30-50年的使用寿命，从而从根本上解决钢材的易腐蚀和寿命问题。

本实用新型提供的用于光伏组件安装的檩条适用于单面组件和双面组件，通过在檩条内设置闭合的空腔，以降低檩条单位长度的重量，通过在空腔内设置填充材料，以增加檩条的整体抗压强度和稳定性；并且，本实用新型中的檩条可根据强度要求，对空腔的形状、大小、以及薄钢板的厚度进行调整，以满足不同地区、以及不同载荷对檩条强度的要求。

可选地，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成型，其外表面设置有耐腐蚀的金属涂层，或涂刷涂料保护层；或，

所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成型，所述铝合金或镁合金的表面进行氧化处理，或涂刷涂料保护层。

在一些实施例中，如图4-8所示，所述檩条的上下两个表面和/腔体的两侧壁上均设置有凹凸结构。该凹凸结构可以增大组件檩条与空腔内部填充结构的有效接触面积，从而可以有效地提高檩条的强度；同时在檩条上设置凹凸结构，该凹凸结构与空腔内部的填充结构充分接触，甚至是填充结构可以包裹檩条上凹凸状结构与填充结构接触的一面以及两个侧面，以使得该凹凸状结构相当于填充结构的加强筋，从而可以有效地提高组檩条与空腔填充物结合后的共同抗压能力。

在一些更优选的实施例中，该凹凸结构为锯齿形结构或波浪形结构。

在一个实施例中，如图1、4所示，选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成c型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成c型结构；所述c型结构的檩条内设置有一个闭合空腔1，所述闭合空腔内设置有用于增强c型结构檩条强度的发泡材料。

在一个实施例中，如图2、5所示，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成u型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成u型结构；所述u型结构的檩条内设置有两个闭合空腔2，所述闭合空腔2内设置有用于增强檩条强度的发泡材料。

在一个实施例中，如图3、6所示，所述檩条选用钢板或金属合金板作为基材冷弯成z型结构，或，所述檩条选用铝合金或镁合金作为基材挤压成z型结构；所述z字型结构的檩条内设置有一个闭合空腔3，所述闭合空腔3内设置有用于增强z字型结构檩条强度的发泡材料。

优选地，发泡材料可以采用有机材料或无机材料制作，优选硬质聚氨酯泡沫塑料或不饱和聚酯塑料制作，不饱和聚酯塑料包括a和b两种组分，a组分包括不饱和聚酯树脂、增稠剂、引发剂、以及填料，b组分为玻璃纤维粗砂或玻璃纤维毡。

具体地，本实用新型中的聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯硬泡，具有重量轻、强度高等优良性能，且尺寸稳定性好，粘结力强，对钢、铝、不锈钢等金属，木材、混凝土、沥青等大多塑料材料具有良好的粘结强度。并且，由于硬质聚氨酯的闭孔率在95％以上，属于憎水性材料，从而使得本申请中的组件檩条具有防潮、防水性能；再者，由于聚氨酯在添加阻燃剂后，是一种难燃的自熄性材料，它的软化点可达到250℃以上，从而使得本申请中的组件檩条具有防火，阻燃，耐高温性能。最后，本申请中的组件檩条抗变形能力强，不易开裂，饰面稳定、安全。

在一些实施例中，如图1-3所示，可在檩条的边缝处进行翻边咬合或焊接处理，以达到防水的目的。

其中，本实施例中的焊接方式包括电阻焊、激光焊和冷焊。

在一些实施例中，在采用钢板或金属合金板卷制所述檩条，或采用铝合金或镁合金挤压成型所述檩条的过程中，在所述檩条的腔体中设置填充结构进行发泡。本实施例中的钢卷制工艺和发泡工艺可同时进行，即实现一边卷制一边发泡，这对于采用注塑工艺的铝檩条制作工艺是实现不了的。此外，边卷制边发泡的制作工艺简单，容易实现；并且可以控制发泡区域，同时能控制发泡速度，从而控制檩条的制作质量以及发泡的均匀性。

本实用新型的实施从软件模拟计算方面增加受力分析：

1.计算条件：

以图3-5中的檩条的结构的截面为计算模型，表层薄板厚度取0.6mm，内部填充采用聚氨酯等发泡材料。

2.计算假定：

1)、内部填充发泡材料可以与表层薄板协同工作；

2)、外部环境温度(-20°～30°)对内部填充材料抗弯、抗压等强度无影响；

3)、表层薄板采用q345钢材制作；

4)、内部填充聚氨酯材料δ填充取30mpa；

5)、计算图形和截面。

3.承载力计算：

抗弯承载力计算公式如下；

m＝δ铁×w铁+γ×δ填充×w填充；

其中，δ铁：卷制钢材屈服强度，可取值305mpa；

w铁：卷制钢材截面模量，根据实际截面高度和宽度计算确定；

γ：填充材料强度折减系数，根据填充材料的不同而不同，取值0.5～0.9；

δ填充：填充材料屈服强度，如聚氨酯材料可取值30mpa；

w填充：填充材料截面模量，根据实际截面高度和宽度计算确定。

本实施例选用本实用新型中的z型复合截面檩条z45×40×0.6，与现有技术中常规u型截面檩条41×41×2.0进行计算比较。

z型复合截面檩条的抗弯承载力用mz表示：

mz＝δ铁z×w铁z+γ×δ填充×w填充

＝305×2.28+0.7×30×4＝0.78kn·m；

常规u型截面檩条抗弯承载力用mu表示：

mu＝δ铁u×w铁u＝215×3.48＝0.748kn·m。

从上述的计算结果可以得知：本实用新型中采用高强度的薄钢板制成的z型复合截面檩条可承受的弯矩值可以达到，甚至强于常规构件的承载值。其中填充材料提供强度值0.084kn·m，约占复合构件总承载力的11％。

有限元模拟：

分别取本案例中的z型复合截面檩条z45×40×0.6与现有技术中常规u型截面檩条41×41×2.0重分别为1.23kg/m和2.15kg/m，计算长度按2米简支梁计算，风荷载按0.85kn/m²(组件承受约2400pa设计荷载)。两种檩条布置方式受荷方式相同，如图9所示，根据风载及自重计算传导至檩条上的线荷载为1.2kn/m。

根据图10-15所示及上述计算可知，

a、发泡填充材料与卷制钢材紧密结合共同受力，其中卷制钢材内填充材料根据整体截面形式、空腔体积、填充材料等的不同可提供约10～15％的承载力，有限元模拟值与理论计算值相符。

b、优选的市场中檩条计算跨度在2米，风压0.85kn/m²(组件承受约2400pa设计荷载),常用檩条采用u41×41×2.0，构件米重为2.15kg/m，采用本例复合檩条构件(z45×40×0.6)，厚度取0.6mm，构件米重为1.23kg/m，结果显示两种构件在给定条件下的计算结果相近且均满足承载要求。

由此认为发泡材料可以为整体檩条提供强度和稳定，使檩条构件厚度降低；复合檩条构件相比较常规檩条节省钢材约42％，成本降低显著。

本领域技术人员在考虑说明书及实践后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由权利要求指出。