Quelle: Erneuerbare EnergienWelt
Wind ist eine der häufigsten Ursachen für Schäden an Solaranlagen, sagten mehrere Branchenvertreter. In Spanien fielen Mitte des letzten Jahrzehnts mehrere große, zweiachsige Solartracker aufgrund von Wind aus, so Dan Shugar, CEO von NEXTracker mit Sitz in Fremont, Kalifornien. "Aber horizontale Tracker als Kategorie waren seitdem sehr zuverlässig. Die Solarindustrie hat sich daher auf die horizontale Strecke konzentriert, um den bestmöglichen Energiegewinn zu erzielen. Dabei wurde der gesamte Stahl vermieden, der zum Schutz einer Doppelachse erforderlich ist", sagte er .
Entwickelt, um starken Winden standzuhalten
Die Windablenkung auf Solartrackern ist möglicherweise die komplizierteste Konstruktionsberechnung bei der Herstellung des Produkts, da sich die Trackerteile gleichzeitig in verschiedene Richtungen bewegen. "Wenn Sie kein Abschwächungssystem wie einen Torsionsbegrenzer oder Dämpfer haben, kann der Wind ein Array wild schwingen lassen", sagte John Williamson, technischer Direktor bei Array Technologies in Albuquerque.
Das SunLink Precision-Modular RMS-Aluminiumsystem ist für Module mit 60 und 72 Zellen und einer Neigung von 10 Grad erhältlich. Bildnachweis: SunLink.
Verschiedene Konstruktionen versuchen, die Auswirkungen des Windes auf die Tracker zu begrenzen. "Im Gegensatz zu den meisten anderen Herstellern, die quadratischen oder anders geformten Stahl verwenden, haben wir uns für ein rundes Rohr entschieden. Dadurch erreichen wir eine um 30 Prozent höhere Torsionsfestigkeit", sagte Shugar. "Wir haben auch ein ausgewogenes Design gewählt", sagte er und merkte an, dass das Array unter der Schwerkraft in eine gestaute oder flache Position zurückkehren wird. "Und unsere Staugeschwindigkeit ist schnell - von der vollen Umdrehung bis zum Verstauen in einer Minute", sagte er. "Da der Wind schnell aufbaut, möchten wir schnell verstauen", fügte er hinzu.
Mehrere DuraTrack HZ v3-Trackerreihen sind über eine rotierende Antriebswelle miteinander verbunden und werden von einem einzigen industriellen 3-Phasen-A / C-Motor mit 2 PS angetrieben. Jeder v3-Motor kann bis zu 28 Reihen mit jeweils 80 Modulen antreiben. Bildnachweis: Array Technologies.
Es ist wichtig zu beachten, dass das Verstauen eine vorgeschriebene Reaktion auf Wind am Rande eines Feldes sein kann und nicht innerhalb des besser geschützten Zentrums erforderlich ist. Tatsächlich ist das Verstauen eines Solarmoduls nicht unbedingt die beste Lösung für einen schnellen Aufbau, argumentieren andere. "Wir haben uns bei unseren Systemen nie auf das Verstauen verlassen. Wir haben auf das Verstauen verzichtet. Windkräfte auf einen Tracker in einer Position von null Grad können das Array noch erheblich belasten und das System mit einem Drehmoment nahe der Spitze belasten", betonte Array Williamson von Technology. "Mit unserem neuen V3-Design haben wir ein passives Staukonzept entwickelt und eine Torsionsbegrenzungsvorrichtung hinzugefügt, mit der es möglich ist, das Array in eine Position zu bringen, in der weniger Torsion auftritt", sagte er. "Unsere Vorgängergeneration wurde in der Regel mit 115 Meilen pro Stunde gebaut, aber die Installation im schlimmsten Fall war für eine Geschwindigkeit von bis zu 175 Meilen pro Stunde ausgelegt. Dies wurde im Feld an mehreren Standorten bewiesen, einschließlich einer Installation im NREL Wind Technology Center in Boulder, Colorado Die neue Version würde in der Lage sein, 135 Meilen pro Stunde Standard zu handhaben, und auf ähnliche Weise konfigurierbar, um höheren Geschwindigkeiten zu widerstehen ", sagte er. Wind-Mikrobursts oder Downbursts können auf trockenem Land Windgeschwindigkeiten von bis zu 200 km / h verursachen, sodass die Exposition gegenüber dem Wind unabhängig vom Standort gegeben ist.
Da Wind die Außenkanten eines Solarfeldes viel stärker beeinflussen kann, müssen Außenreihen sowohl steifer als auch stärker gebaut werden. NEXTracker verwendet zum Beispiel dickeren Stahl für die äußeren Reihen, um das Design für diesen Effekt zu unterstützen. Wind ist jedoch schwer vorherzusagen. "Einige Solarunternehmen gehen davon aus, dass der Wind weiter abnimmt, je weiter Sie in ein Array geraten, was nicht unbedingt der Fall ist. Arrays befinden sich in einer turbulenten Schicht der Atmosphäre, und der Wind ist sehr zufällig und chaotisch", sagte er Williamson.
Testen und Analysieren
Die Berechnung der Zahlen für solche Windvariablen erfordert eine Reihe von Tools, die sowohl Computermodelle als auch Modelle in Originalgröße umfassen. "Computergestützte Fluiddynamik berechnet die Windlast, aber unter dem Gesichtspunkt, dass Sie ein Modell testen, ist nichts besser als der Windkanal", sagte Shugar.
AllEarth Renewables führte einen vollständigen (Doppel-) Tracker-Windlasttest im Tunnel durch. Gutschrift: AllEarth Renewables.
Eine Vielzahl von Windkanal-Testeinrichtungen, einschließlich staatlicher Labors in den USA und Kanada, ermöglichen die Analyse eines kompletten Solar-Arrays, um die Zertifizierungs- oder Bauvorschriften zu erfüllen. Einige Unternehmen nutzen sie in großem Umfang. "Wir haben eine branchenweit führende Windgeschwindigkeit von 120 Meilen pro Stunde und sind der einzige Hersteller, von dem wir wissen, dass er einen vollständigen (Doppel-) Tracker-Windlasttest im Tunnel durchführt. Wir wollten der Industrie unsere Konstruktionsstärke und unser Engagement für die Entwicklung von a Tracker, der den Elementen standhält ", sagte Andrew Savage, Chief Strategy Officer von AllEarth Renewables in Williston, VT.
Array Technologies hat außerdem umfangreiche Windkanaltests durchgeführt, darunter Tests im Langley Full-Scale-Windkanal in Hampton, VA, der inzwischen geschlossen wurde. Die Arbeit dort wurde vom Frank Batten College für Ingenieurwesen und Technologie der Old Dominion University in Norfolk, VA, aufgenommen.
PV-Windstandards entstehen weiter
Nicht alle Gerichtsbarkeiten akzeptieren Windkanalprüfungen jedoch als ausreichend. Bis 2013 verlangte die Stadt Los Angeles herkömmliche Lösungen für die Befestigung von Dächern anstelle von nicht durchdringenden Schotterkonstruktionen, da das LA Department of Building and Safety keine Windkanaldaten akzeptierte, um niedrigere Anforderungen an den Schotter zu rechtfertigen. Erst als PanelClaw das erste Unternehmen von Montagesystemen war, dessen vollständige Windkanaldatenergebnisse von LADBS für die Verwendung in Schotterkonstruktionen genehmigt und zugelassen wurden, änderte sich die Vorschrift. Das in North Andover, MA, beheimatete Eisbär-Gen-III-Ballast-Design des Unternehmens hält Windgeschwindigkeiten von über 120 Meilen pro Stunde stand, was einem Hurrikan der Kategorie 3 entspricht.
Solarmodule durch Windkräfte verschoben. Gutschrift: CASE Foresnics.
Die Solarindustrie befolgt die Windlastbestimmungen, die derzeit von der American Society for Civil Engineers (ACSE) mit Sitz in Reston, VA, erlassen werden. Der neueste Standard ist der 2013 ASCE / SEI 7-10. Dieser Standard bezieht sich jedoch mehr auf Gebäude als auf Solaranlagen, beklagen mehrere Hersteller. Christopher Tilley, CEO von SunLink, erklärte 2012 gegenüber Renewable Energy World: "Es gibt zwar etablierte Standards für Schnee und seismische Belastungen, die auf einfache Weise auf PV-Systeme angewendet werden können, aber nur sehr wenige Richtlinien für Windlasten. Ingenieure und Zulassungsingenieure Den Beamten blieb daher die Wahl, die Bauvorschriften in einer Weise anzuwenden, die nicht beabsichtigt war, oder Entwürfe auf der Grundlage von Windkanalprüfungen zu akzeptieren, ohne dass ein Standardverfahren zur Validierung des Prüfansatzes oder der Prüfergebnisse zur Verfügung stand.
Das Underwriters Laboratory mit Sitz in Northbrook, Illinois, deckte die Windlast für PV-Anlagen in der Version von UL 2703 für 2015 nominell ab, wird jedoch auch wegen Nichterfüllung kritisiert. "UL 2703 war gut für die Industrie, aber es ist kein absoluter Standard. Wenn ein echter Code vorhanden ist, werden die Wettbewerbsbedingungen ausgeglichen, indem Unternehmen ausgeschlossen werden, die wichtige Sicherheits- und Leistungsfaktoren wie Wind- und Schneelasten nicht berücksichtigen Prüfung, Korrosionstest und Feuerbeständigkeit ", sagte John Klinkman, Vice President of Engineering bei Applied Energy Technologies in Clinton Township, MI.
Solarmodule durch Windkräfte verschoben. Gutschrift: CASE Foresnics.
Die in Sacramento ansässige Structural Engineers Association of California (SEAOC) hat sich intensiv darum bemüht, einen Industriestandard für die Anforderungen an die PV-Windlast zu setzen, sagte Rob Ward, der Chefstrukturingenieur von SunLink. Das SEAOC-PV-Komitee arbeitet kontinuierlich an der Entwicklung von Vorschlägen zur Codeänderung der Winddesign-Bestimmungen in ASCE. Die Gruppe hat ihre eigenen Richtlinien für Windlast und Sonnenenergie erstellt, einschließlich der neuesten SEAOC PV2-2012, Winddesign für flache Solar-Photovoltaik-Anlagen auf Flachdächern.
SunLink begann seine PV-Produktlinie 2006 mit Hilfe des Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory (BLWTL) an der University of Western Ontario in London, ONT, zu testen. Vor kurzem hat BLWTL seine Einrichtungen mit vier neuen Windkanalsteuerungs- und Datenerfassungssystemen aufgerüstet, mit denen vollständig automatisierte Tests durchgeführt werden können, bei denen Daten mit einer Geschwindigkeit von jeweils bis zu 100.000 Proben pro Sekunde erfasst werden.
SunLink hat im BLWTL-Labor über 1.000 Tests mit 70 Modellen und Konfigurationen durchgeführt und eine einzigartige Datenbank entwickelt. Die Tests umfassten Variationen des Neigungswinkels, der Dachhöhe, des Reihenabstands, der Gebäudehöhe, Rückschläge von der Dachkante und verschiedene Strategien zur Ablenkung / Verkleidung, die vom Wind beeinflusst werden. Das Unternehmen hat diese Datenbank mit SEAOC geteilt, und infolgedessen ist die Organisation näher an der Entwicklung einer Windlastnorm mit einem breiten Branchenkonsens, sagte Ward.
SunLink arbeitete auch mit BLWTL und dem Ingenieurbüro Rutherford & Chekene in San Francisco, Kalifornien, zusammen, um Software zu entwickeln, mit der Produktdesigner ihre Entwürfe anhand der Standards von ACSE 7-10 testen können.
Während konstant starke, starke Winde ein Segen für Windparkbesitzer sind, gilt dies nicht für Besitzer und Betreiber von PV-Anlagen. Mit sorgfältigen Designüberlegungen, die sich verstärkt auf Standards und Technologien konzentrieren, die gut auf alle Windlasten reagieren, können PV-Installationsunternehmen sicherstellen, dass ihre Arrays nicht weggeblasen werden.