Ervoor zorgen dat uw zonnepaneel niet in de wind wordt betrapt

- Aug 25, 2019-

Bron: hernieuwbareenergiewereld


Wind is een van de meest voorkomende oorzaken van schade aan zonnepanelen, aldus verschillende industrie-ambtenaren. In Spanje faalden in het midden van het laatste decennium verschillende grote dubbelassige zonnetrackers als gevolg van wind, volgens Dan Shugar, de CEO van NEXTracker, gevestigd in Fremont, CA. "Maar horizontale trackers als categorie zijn sindsdien zeer betrouwbaar, dus de zonne-industrie is op het horizontale spoor samengekomen als de beste praktische manier om energiewinst te krijgen, waarbij al het staal wordt vermeden dat nodig is om een dubbele as te beschermen," zei hij. .

 

Ontwerpen om hoge wind te weerstaan

Windafbuiging op zonne-trackers kan de meest gecompliceerde ontwerpberekening zijn bij het vervaardigen van het product, omdat de trackeronderdelen tegelijkertijd in verschillende richtingen bewegen. "Als u geen mitigatiesysteem hebt, zoals een torsiebeperker of dempers, kan de wind een reeks wild laten oscilleren", aldus John Williamson, technisch directeur bij Array Technologies, gevestigd in Albuquerque.

 

Wind load design of the solar rack 1

 

Het SunLink Precision-Modular RMS aluminium systeem is beschikbaar voor 60 en 72-cel modules en 10 graden kanteling. Credit: SunLink.

 

Verschillende ontwerpen proberen de invloed van wind op trackers te beperken. "We zijn naar een ronde buis gegaan in tegenstelling tot de meeste andere fabrikanten die vierkant of ander gevormd staal gebruiken - dus nemen we 30 procent meer torsiesterkte op", zei Shugar. "We hebben ook gekozen voor een uitgebalanceerd ontwerp," zei hij en merkte op dat de array onder zwaartekracht terugkeert naar een opslagplaats of vlakke positie. "En onze opbergsnelheid is snel - van volledige rotatie tot stuwen in één minuut," zei hij. "Omdat de wind snel groeit, willen we snel opbergen", voegde hij eraan toe.

 

Wind load design of the solar rack 2

 

Meerdere DuraTrack HZ v3-volgrijen worden verbonden door een roterende aandrijfas en aangedreven door een enkele industriële 2 HP, 3-fase A / C-motor. Elke v3-motor kan tot 28 rijen van elk 80 modules aansturen. Credit: Array Technologies.

 

Het is belangrijk op te merken dat stuwen een voorgeschreven reactie is op wind aan de rand van een veld en niet noodzakelijk kan zijn in het meer beschermde centrum. In feite is het opbergen van een zonnepaneel niet noodzakelijk de beste oplossing voor een snelle opbouw, beweren anderen. "We hebben nog nooit vertrouwd op stow voor onze systemen; we ontwerpen voor geen stow. Windkrachten op een tracker in een nul graden positie kunnen nog steeds een aanzienlijke belasting hebben op de array en een bijna piekkoppel op het systeem", aldus Array Technologie Williamson. "Met ons nieuwe V3-ontwerp hebben we een passief opbergsysteem bedacht en een torsiebeperkend apparaat toegevoegd waarmee het naar een positie kan bewegen waar er minder torsie op de array is", zei hij. "Onze vorige generatie was typisch gebouwd tot 115 mph, maar de installatie in het slechtste geval werd gebouwd om tot 175 mph te verwerken. Dit werd in het veld op meerdere locaties bewezen, waaronder een installatie in het NREL Wind Technology Center in Boulder, Colorado De nieuwe versie zou de standaard van 135 km / u aankunnen en op dezelfde manier kunnen worden geconfigureerd om hogere snelheden te weerstaan, "zei hij. Wind microbursts, of downbursts, kunnen winden tot 175 mph veroorzaken op droog land, dus blootstelling aan de wind is een gegeven, ongeacht de locatie.

 

Omdat wind de buitenranden van een zonnepaneelveld veel intenser kan beïnvloeden, moeten buitenste rijen worden gebouwd om zowel stijver als sterker te zijn. NEXTracker gebruikt bijvoorbeeld dikker staal op de buitenste rijen om dit effect te helpen ontwerpen. Wind is echter moeilijk te voorspellen. "Wat sommige zonne-energiebedrijven aannemen, is dat wind blijft afnemen naarmate je verder in een reeks komt, wat niet noodzakelijk het geval is. Arrays bevinden zich in een turbulente laag van de atmosfeer en wind is erg willekeurig en chaotisch van aard," zei Williamson.

 

Testen en analyse

Het kraken van de cijfers voor dergelijke windvariabelen vereist een set tools die zowel computermodellen als full-scale modellen omvat. "Computationele vloeistofdynamica zal de windbelasting berekenen, maar er gaat niets boven de windtunnel vanuit het standpunt dat u een schaalmodel test," zei Shugar.

 

Wind load design of the solar rack 3

 

AllEarth Renewables voerde een in-tunnel, volledige (dubbele) tracker windbelastingstest uit. Credit: AllEarth Renewables.

 

Een groot aantal testfaciliteiten voor windtunnels, waaronder overheidslaboratoria, in de Verenigde Staten en Canada, maken de analyse van een volledig zonnepaneel mogelijk om te voldoen aan de vereisten voor certificering of bouwvoorschriften. Sommige bedrijven maken hier uitgebreid gebruik van. "We hebben een toonaangevende 120 km / u windbelasting en zijn de enige fabrikant waarvan we weten dat ze een in-tunnel, volledige (dubbele) tracker windbelastingstest uitvoeren. We wilden de industrie onze ontwerpsterkte en toewijding tonen om een tracker die de elementen zal weerstaan, "merkte Andrew Savage op, de chief strategy officer voor AllEarth Renewables, gevestigd in Williston, VT.

 

Array Technologies heeft ook uitgebreide windtunneltests uitgevoerd, waaronder tests in de Langley Full-Scale Wind Tunnel in Hampton, VA, die inmiddels is gesloten. Het werk daar is opgepakt door Frank Batten College of Engineering and Technology van de Oude Dominion Universiteit, Norfolk, VA.

 

PV-windstandaarden komen nog steeds voor

Niet alle rechtsgebieden accepteren echter windtunneltests als voldoende. Tot 2013 had de stad Los Angeles traditionele verankerde bevestigingsoplossingen nodig voor daken in plaats van niet-doordringende geballasteerde ontwerpen, omdat het LA Department of Building and Safety geen gegevens over windtunnels accepteerde om lagere ballastvereisten te rechtvaardigen. Pas toen PanelClaw het eerste bedrijf voor montagesystemen werd dat de volledige windtunneldata-resultaten had goedgekeurd en toegestaan door LADBS voor gebruik in ballastontwerpen, veranderde de regelgeving. Het North Andover, MA-gebaseerde bedrijf Polar Bear Gen III geballast, is bestand tegen winden van meer dan 120 km / u, gelijk aan een orkaan van categorie 3.

 

Wind load design of the solar rack 4

 

Zonnepaneelmodules verplaatst door windkrachten. Credit: CASE Foresnics.

 

De zonne-industrie volgt voorzieningen voor windbelasting die momenteel zijn afgekondigd door de American Society for Civil Engineers (ACSE), gevestigd in Reston, VA. De nieuwste standaard is de 2013 ASCE / SEI 7-10. Maar die norm heeft meer betrekking op gebouwen dan op zonnepanelen, klagen verschillende fabrikanten. In een verklaring van 2012 aan Renewable Energy World zei Christopher Tilley, CEO van SunLink: "Hoewel er gevestigde sneeuw- en seismische belastingnormen zijn die op een redelijk eenvoudige manier op PV-systemen kunnen worden toegepast, is er zeer weinig begeleiding bij windbelastingen. Ingenieurs en vergunningen ambtenaren hebben daarom de keuze gelaten om de bouwcode toe te passen op manieren die niet bedoeld zijn of om ontwerpen op basis van windtunneltesten te accepteren zonder een standaardmiddel om de testbenadering of resultaten te valideren. Geen van beide methoden verzekert dat geschikte windontwerpwaarden worden gebruikt. "

 

Het Underwriters Laboratory, gevestigd in Northbrook, Illinois, behandelde nominaal de windbelasting voor PV-installaties in de 2015-versie van UL 2703, maar wordt ook bekritiseerd omdat het tekort schiet. "UL 2703 is goed geweest voor de industrie, maar het is geen absolute standaard. Het hebben van een echte code zou het speelveld gelijk maken door bedrijven weg te werken die geen rekening houden met belangrijke veiligheids- en prestatiefactoren, zoals wind- en sneeuwbelasting testen, corrosietesten en brandwerendheid, "zei John Klinkman, VP engineering bij Applied Energy Technologies, in Clinton Township, MI.

 

Wind load design of the solar rack 5

 

Zonnepaneelmodules verplaatst door windkrachten. Credit: CASE Foresnics.

 

De Structural Engineers Association of California (SEAOC), gevestigd in Sacramento, heeft veel werk verzet om een industriestandaard te stellen voor de vereisten voor PV-windbelasting, zei Rob Ward, de hoofdconstructeur voor SunLink. Het PV-comité van SEAOC voert voortdurend werkzaamheden uit voor de ontwikkeling van voorstellen voor codewijziging van de bepalingen voor windontwerp in ASCE. De groep heeft zijn eigen richtlijnen voor windbelasting en zonne-energie opgesteld, waaronder de meest recente SEAOC PV2-2012, Wind Design voor laag profiel zonne-fotovoltaïsche arrays op platte daken.

 

SunLink begon zijn lijn van PV-producten in 2006 te testen met behulp van Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory (BLWTL) aan de Universiteit van West-Ontario, gevestigd in Londen, ONT. BLWTL heeft onlangs zijn faciliteiten geüpgraded met vier nieuwe windtunnelbesturing en data-acquisitiesystemen die volledig geautomatiseerde tests mogelijk maken waarbij gegevens worden vastgelegd met snelheden tot 100.000 monsters per seconde per stuk.

 

SunLink heeft 70 modellen en configuraties uitgevoerd via meer dan 1.000 tests in het BLWTL-laboratorium en ontwikkelde een unieke database. De tests omvatten variaties in kantelhoek, dakhoogte, rijafstand, bouwhoogte, tegenslagen vanaf de dakrand en verschillende deflector / afschermingsstrategieën die worden beïnvloed door wind. Het bedrijf heeft deze database met SEAOC gedeeld, en als gevolg daarvan is de organisatie dichter bij het ontwikkelen van een norm voor windbelasting met een brede consensus in de industrie, aldus Ward.

 

SunLink werkte ook samen met BLWTL en het ingenieursbureau van Rutherford & Chekene, gevestigd in San Francisco, Californië om software te ontwikkelen waarmee productontwerpers hun ontwerpen kunnen testen aan de normen van ACSE 7-10.

 

Hoewel constant sterke, zware winden een zegen zijn voor eigenaren van windparken, geldt hetzelfde niet voor eigenaren en exploitanten van PV-systemen. Maar met zorgvuldige ontwerpoverwegingen, meer gericht op normen en technologie die goed reageert op alle windbelastingen, kunnen PV-installatiebedrijven ervoor zorgen dat hun arrays niet worden weggeblazen.