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Herausfordernde Wetterbedingungen werden für Solarentwickler und Anlagenbesitzer zur neuen Normalität, die neue Maßnahmen zur Risikominimierung und Gewährleistung von Renditen erfordern.
Das Verständnis der Bedeutung von Windtests und wie verschiedene Arten von Windkräften das Tracker-Design und die Produktion beeinflussen, kann Stromerzeugern helfen, die richtige einachsige Tracker-Technologie für ihren Standort und ihre Region zu sichern.
Eine Vielzahl von Elementen beeinflusst, wie der Wind Solartacker auf jeder einzelnen Baustelle beeinflusst, angefangen von lokalen Wetterphänomenen und Topographie bis hin zum Einfluss anderer nahegelegener Strukturen oder Objekte. Da keine zwei PV-Standorte gleich sind, erfordert jeder standortspezifische Anpassungen, was die Gestaltung dieser Projekte komplexer macht.
Wenn Windprofile nicht richtig in das Design eines Trackers einbezogen werden, können Anlagenbesitzer einer Reihe von Ereignissen gegenüberstehen, wie z. B. Sanierungskosten und Ausfallzeiten sowie geringere Energieerträge, und letztendlich ihre finanziellen Ziele verfehlen.
Ein Blick auf die technischen Feinheiten, die bei der Gestaltung für verschiedene Arten von Winden eine Rolle spielen, und das Verständnis dafür, wie eine ordnungsgemäße Tracker-Prüfung Tracker-Designmerkmale wie Stauwinkel und Dämpfungsantriebe beeinflussen kann, treibt die stabile Aerodynamik für eine langfristige Leistung an.
Da steckt etwas im Wind
Eine sorgfältige Bewertung der Windbedingungen eines Standorts ermöglicht es, von Anfang an die richtigen Fragen zu stellen.
Variabilität in Windgeschwindigkeit, Turbulenz und Richtung können alle unerwartete Auswirkungen auf Solartacker und ihre Umgebung haben. Das Verständnis von Windeffekten hilft Entwicklern und EPCs, Unsicherheiten zu berücksichtigen und den Ertrag zu optimieren.
Windeffekte können in drei Hauptkategorien eingeteilt werden: statisch, dynamisch und aeroelastisch.
Statische Windkräfte üben einen gleichmäßigen und konstanten Druck auf einen Tracker aus, der eine Verformung oder Biegung der Struktur verursachen kann, die sich auf die Leistung und Genauigkeit des Nachführmechanismus auswirkt.
Dynamische Windkräfte sind weniger vorhersehbar, schwanken in Geschwindigkeit und Richtung, was zu erheblichen Vibrationen und Belastungen an einem Tracker führen kann, die die Nachführgenauigkeit reduzieren und eine Fehlausrichtung der Paneele sowie Verschleiß und Abnutzung der Komponenten verursachen. Um diese dynamischen Windlasten zu berücksichtigen, sollten fortgeschrittene aerodynamische Modelle verwendet werden, die Turbulenzen, Böen und andere Variationen berücksichtigen.
Aeroelastische Windkräfte treten auf, wenn ein Tracker mit der umgebenden Luftströmung interagiert. Zu den aeroelastischen Effekten gehören Resonanzschwingungen, Torsionsflattern und Torsionsgaloppieren, die alle unkontrollierte Schwingungen oder Oszillationen verursachen können, die zu Fehlausrichtungen, verminderter Nachführgenauigkeit oder Komponentenausfällen führen. Das Tracker-Design muss sich darauf konzentrieren, diese Effekte zu bekämpfen, um eine aerodynamische Stabilität zu erreichen.
Das Tracker-Design muss sich darauf konzentrieren, diese Effekte zu bekämpfen, um eine aerodynamische Stabilität zu erreichen, so das kanadische Ingenieurbüro RWDI, das sich auf Windtests spezialisiert hat. Jede Komponente in der Struktur eines Trackers muss bewertet werden, um einen optimierten Widerstand gegen Windlasten zu gewährleisten. Eine Reihe von potenziellen Ausfällen müssen berücksichtigt werden, darunter:
Resonanzschwingung, die auftritt, wenn die Frequenz einer Windböe mit der natürlichen Frequenz der Struktur übereinstimmt, was zu einem katastrophalen Versagen führen kann.
Torsionsflattern, das eine selbstangeregte aerodynamische Instabilität ist, die große Amplituden in der Torsionsbewegung des Arrays verursachen kann, was zu einem Tracker-Ausfall führt.
Torsionsgaloppieren, das einzigartig eine vertikale Bewegung beinhaltet. Tracker-Ausfall tritt auf, wenn hohe Windgeschwindigkeiten den Widerstand der Struktur überwinden.
Nicht nur das Verständnis von Windeffekten ist entscheidend für die Gerätekonstruktion, sondern auch das Wissen, wie man Windböen trotzt, kann die Leistung eines Trackers optimieren. Wenn man zum Beispiel über anomalen Wind auf einem bestimmten Teil einer PV-Baustelle Bescheid weiß, bedeutet das, dass ein Windschutz verwendet werden könnte, um die Windgeschwindigkeit und Turbulenzen zu reduzieren, die Stabilität und Genauigkeit des Trackers zu verbessern. Ausgeklügelte Sensoren könnten eingesetzt werden, um Windvariationen zu erkennen und die Position eines Trackers anzupassen, um die Energieproduktion zu optimieren. Es ist auch möglich, das Profil eines Trackers zu reduzieren, seine Steifigkeit zu erhöhen oder ihn mit speziellen Materialien zu konstruieren, die Windlasten und aeroelastischen Effekten widerstehen.
Den Wind aus dem Tracker-Design mit Tests herausnehmen
Windkanaltests spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Solartackern. Kleinskalige Modelle werden verwendet, um zu beurteilen, wie ein neuer Tracker mit einer beliebigen Anzahl von Windbedingungen zurechtkommen könnte, wobei Designbeschränkungen frühzeitig in der Entwicklung aufgedeckt werden. Nach Anpassungen an das Design kann ein kostengünstiger Tracker in Originalgröße hergestellt werden, der das Risiko minimiert.
Die Simulation des Aufwindgeländes gehört zu den kritischen Komponenten der Windkanaltests. Diese Art von Simulation repliziert reale Hindernisse, die die Windkräfte beeinflussen könnten, wie z. B. Bäume und Gebäude oder sogar andere Tracker-Reihen auf dem Gelände.
Die Simulation des Aufwindverhaltens umfasst verschiedene Höhenkurven, modifizierbare Oberflächenrauigkeit, bewegliche Barrieren und Darstellungen verschiedener Windevents, einschließlich solcher Phänomene wie Hurrikane und Tornados.
Mit dem Wind biegen durch Stauwinkel
Stauwinkel und damit verbundene statische und dynamische Windlasten müssen bei der Konstruktion eines windbeständigen Solartackers sorgfältig berücksichtigt werden. Eine nützliche Minderungsstrategie ist die Dämpfung, die Schwingungsenergie oder Oszillationen in einem System zerstreut oder kontrolliert.
Dämpfer sind ein wichtiger Bestandteil der Entwicklung einer optimalen Staustrategie, insbesondere für Solartacker bei 0° Stau, die anfällig für Torsionskräfte sind, die Dreh- und Spinnbewegungen entlang der Achse eines Drehmomentsrohrs verursachen. Während der Entwicklung eines windbeständigen 1P-Trackers wurden verschiedene Neigungswinkel in einem Windkanal getestet, um eine optimale Staustrategie zu entwickeln. Die Tests zeigten, dass niedrigere Neigungswinkel geringere statische Lasten auf der Struktur und weniger Kraft auf das Gesamtsystem verursachten. Ein 0°-Neigungswinkel lieferte den niedrigsten Koeffizientenwert, da die Querlast nahe Null lag.
Höhere Neigungswinkel brachten zusätzliche Spannungen auf die Struktur mit sich, was mehr Fundamente oder erhöhte Fundament- und Drehmomentrohrgrößen erforderte, um zusätzlichen Querkräften standzuhalten. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass eine 0°-Staustrategie mit dem richtigen Grad an Überdämpfung und Steifigkeit zur Widerstandsfähigkeit gegen Verformung weniger Fundamente erfordert.
Das ideale Design für einen 0°-Stau sollte Steifigkeit, Dämpfung und Gewicht ausbalancieren, um Tracker-Kosten zu kontrollieren, Vermögenswerte zu schützen und die Effizienz zu erhalten. Während ein Stauen bei hohen Neigungswinkeln sicher sein kann, kann es zu erhöhten Windlasten auf Fundamenten und anderen Teilen der Struktur führen, was steifere Systeme oder überdämpfte Konstruktionen erfordert, um dynamische Schwankungen zu mildern, die aerodynamische Instabilität verursachen.
Die richtige Dämpfung - die Schwingungen und Oszillationen einschränkt - ist entscheidend, um die Stabilität eines Solartacker-Systems zu gewährleisten. Die Bestimmung der richtigen Menge und Art der Dämpfung hängt von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie z. B. dem Stauwinkel des Designs, der Flügellänge und der Masse der Struktur.
Auch hier ist das Testen der Schlüssel. Ein System, das untergedämpft ist, kann instabil werden und kostspielige Minderungsmaßnahmen erfordern, wie z. B. zusätzliche Dämpfer, um Torsionskräfte anzugehen, die sonst zu Schäden oder sogar zum Ausfall des Trackers führen könnten.
Für den 1P-Solartacker, der im vorherigen Abschnitt diskutiert wurde, der eine 0°-Staustrategie und eine 30- bis 40-m-Flügellänge hatte, stellte sich heraus, dass zwei bis vier Dämpfer pro Reihe ausreichten, um eine ordnungsgemäß gedämpfte Struktur zu schaffen.
Da eine qualitativ hochwertige Prüfung unerlässlich ist, um die richtige Konfiguration zu bestimmen, sollten Sie einen erfahrenen Tracker-Lösungsanbieter mit Dämpfer-Know-how wählen, der die Projektspezifikationen, das Budget und die Zeitpläne erfüllen kann.
Den Wind aus der Instabilität mit Mehrreihentests herausnehmen
Das Testen eines Tracker-Designs kann nicht isoliert erfolgen. Es ist unerlässlich, Mehrreihentests durchzuführen, um Steifigkeit und Dämpfung auszugleichen, um die Leistung zu maximieren und langfristige Risiken zu mindern. Positionierung, Abschirmung und Windwirbel können alle die aeroelastische Leistung verschiedener Segmente eines Solarfeldes auf verschiedene Weise beeinflussen.
Mehrzeilige Tests drehen den Tisch, um Windtests aus mehreren Winkeln zu simulieren und die Auswirkungen von statischem und dynamischem Wind auf den Umfang und die zentralen Reihen eines Systems zu bestimmen. Drucktasten können Spitzenstatik- und Dynamikwindlasten bestimmen, um Koeffizientenwerte zu liefern, die für die Gestaltung optimierter 0°-Stauwinkel erforderlich sind. Die Werte helfen auch dabei, die ideale Anzahl von Fundamenten und die kostengünstigste Feldhöhe zu bestimmen.
Während ein 0°-Stauwinkel für den Beispiel-1P-Tracker ideal war, wobei sich alle Reihen gleich verhielten, wenn der Wind über die Paneele im Stau blies, erhielten die Randzonen in einer Vorschauposition höhere Lasten, bevor sie die zentralen Zonen im Lee beeinflussten.
Es ist wichtig, aeroelastische Effekte zu verifizieren, um die Effizienz zu erhalten, mechanischen Verschleiß zu vermeiden, Ausfallzeiten zu reduzieren und die Effizienz zu senken. Das Testen mehrerer Reihen verbessert das Gesamtdesign eines Systems und ermöglicht Strategieanpassungen, um sicherzustellen, dass Randzonen die zentralen Reihen des Arrays nicht negativ beeinflussen.
Den Wind aus den Segeln eines Systems nehmen
Pluck-Tests - bei denen ein Tracker gezogen und losgelassen wird, um eine Windböe zu simulieren und sein dynamisches Verhalten zu bewerten - validieren die Steifigkeit und das Dämpfungsverhältnis eines Solartackersystems. Der Prozess umfasst auch Hoch- und Niedrigamplitudentests sowie einen Schütteltest. Die Ergebnisse werden mit den Ergebnissen der aeroelastischen Windtests verglichen, um das Design auszugleichen.
Es ist unerlässlich, die angegebenen Rotationswinkel in die Pluck-Testberechnungen einzubeziehen, um potenzielle Rotationen von bis zu 15° genau vorherzusagen. Ein Pluck-Test, der niedrigere Winkel berücksichtigt, mag einfacher zu simulieren sein, aber er könnte die Genauigkeit beeinträchtigen.
Ein ordnungsgemäßer Pluck-Test stellt sicher, dass ein Tracker wie erwartet unter realen Windbedingungen funktioniert und kostspielige Ausfallzeiten vermeidet. Wählen Sie einen Tracker-Lösungsanbieter mit umfangreicher Pluck-Test-Erfahrung und einem erfahrenen Ingenieurteam, das in der Lage ist, bestehende aeroelastische Windberichte zu validieren.
Gehen Sie wie der Wind mit dem richtigen Racking-Partner
Bei der Bewertung von Tracking-Technologien sollten Hersteller mit umfangreichen Windkanaltests in Betracht gezogen werden, die robuste Daten liefern können, um diese Fragen zu unterstützen:
Hat der Tracker-Hersteller in den letzten Jahren umfassende Mehrreihen-Statik-, Dynamik- und Aeroelastik-Windkanaltests durchgeführt? Können sie beweisen, dass ihr Tracker-Design den in diesen Tests angegebenen Toleranzen entspricht?
Können sie nachweisen, dass ihr Design den in diesen Tests angegebenen Toleranzen entspricht, einschließlich natürlicher Frequenz, Dämpfung, Feldhöhe, Sehnenlänge, Trackerlänge und GCR?
Wie hoch ist die kritische Windgeschwindigkeit, der das System während des normalen Betriebs und der Lagerung standhalten kann? Gibt es spezifische Berechnungen, die zeigen, wie diese Geschwindigkeiten anhand von Daten aus dem aeroelastischen Windbericht berechnet werden?
Kann der Tracker-Hersteller nachweisen, dass sein Design alle angegebenen Drücke und windkanalspezifischen Lastkombinationen berücksichtigt, die über die Standardanforderungen des Gebäudecodes hinausgehen?
Wenn das Design des Tracker-Herstellers keine Dämpfer verwendet, können sie verifizieren, dass ihr Tracker während des normalen Betriebs und der Lagerung keine nachteiligen aeroelastischen Effekte erfahren wird?
Referenz:
The importance of wind testing when choosing a solar tracker supplier (solarpowerworldonline.com)
