|
Utmanande väderförhållanden håller på att bli det nya normala för solenergiutvecklare och tillgångsägare, vilket kräver nya åtgärder för att minimera risker och säkerställa avkastning.
Att förstå vikten av vindtestning och hur olika typer av vindkrafter påverkar spårningsdesign och produktion kan hjälpa kraftproducenter att säkra rätt enaxlig spårningsteknik för sin plats och region.
En mängd olika element påverkar hur vinden påverkar solkraftverk på varje enskild byggarbetsplats, allt från lokala väderfenomen och topografi till påverkan av andra närliggande strukturer eller föremål. Eftersom inga två PV-platser är desamma kräver var och en platsspecifika anpassningar, vilket gör dessa projekt mer komplexa att designa.
Om vindprofiler inte är korrekt införlivade i en trackers design, kan systemägare möta ett antal händelser som: B. renoveringskostnader och stillestånd samt lägre energiutbyte, och i slutändan missar sina ekonomiska mål.
Att titta på de tekniska krångligheterna som är involverade i att designa för olika typer av vindar och förstå hur korrekt trackertestning kan påverka trackerdesignfunktioner som stallvinklar och dämpande drivsystem driver stabil aerodynamik för långsiktig prestanda.
Det är något i vinden
Att noggrant bedöma en plats vindförhållanden gör det möjligt att ställa rätt frågor från början.
Variation i vindhastighet, turbulens och riktning kan alla ha oväntade effekter på solfångare och deras omgivning. Att förstå vindeffekter hjälper utvecklare och EPC att ta hänsyn till osäkerheter och optimera avkastningen.
Vindeffekter kan delas in i tre huvudkategorier: statisk, dynamisk och aeroelastisk.
Statiska vindkrafter utövar ett jämnt och konstant tryck på en spårare, vilket kan orsaka deformation eller böjning av strukturen, vilket påverkar spårningsmekanismens prestanda och noggrannhet.
Dynamiska vindkrafter är mindre förutsägbara, fluktuerande i hastighet och riktning, vilket kan orsaka betydande vibrationer och påfrestningar på en tracker, vilket minskar spårningsnoggrannheten och orsakar felinriktning av paneler och slitage på komponenter. För att ta hänsyn till dessa dynamiska vindbelastningar bör avancerade aerodynamiska modeller som tar hänsyn till turbulens, vindbyar och andra variationer användas.
Aeroelastiska vindkrafter uppstår när en tracker interagerar med det omgivande luftflödet. Aeroelastiska effekter inkluderar resonansvibrationer, torsionsfladder och torsionsgalopp, som alla kan orsaka okontrollerade vibrationer eller svängningar som resulterar i felinriktning, minskad spårningsnoggrannhet eller komponentfel. Trackerdesign måste fokusera på att bekämpa dessa effekter för att uppnå aerodynamisk stabilitet.
Trackerdesign måste fokusera på att bekämpa dessa effekter för att uppnå aerodynamisk stabilitet, enligt det kanadensiska ingenjörsföretaget RWDI, som är specialiserat på vindtestning. Varje komponent i en trackers struktur måste utvärderas för att säkerställa optimerat motstånd mot vindbelastningar. Ett antal potentiella fel måste övervägas, inklusive:
Resonansvibrationer som uppstår när frekvensen av en vindpust matchar strukturens naturliga frekvens, vilket kan resultera i katastrofala fel.
Torsionsfladder, som är en självexciterad aerodynamisk instabilitet som kan orsaka stora amplituder i arrayens vridningsrörelse, vilket leder till trackerfel.
Torsionsgalopp, vilket unikt innebär vertikal rörelse. Trackerfel uppstår när höga vindhastigheter övervinner strukturens motstånd.
Att förstå vindeffekter är inte bara avgörande för enhetens design, utan att veta hur man tål vindbyar kan optimera en trackers prestanda. Att till exempel veta om onormal vind på en specifik del av en solcellsbyggarbetsplats innebär att ett vindskydd kan användas för att minska vindhastighet och turbulens, vilket förbättrar stabiliteten och noggrannheten hos trackern. Sofistikerade sensorer skulle kunna användas för att upptäcka vindvariationer och justera positionen för en tracker för att optimera energiproduktionen. Det är också möjligt att minska en trackers profil, öka dess styvhet eller konstruera den med speciella material som motstår vindbelastningar och aeroelastiska effekter.
Ta vinden ur spårningsdesign med testning
Vindtunneltester spelar en avgörande roll i utvecklingen av solfångare. Småskaliga modeller används för att bedöma hur en ny tracker kan klara av hur många vindförhållanden som helst, med designbegränsningar som avslöjas tidigt i utvecklingen. Efter att ha gjort anpassningar av designen kan en kostnadseffektiv tracker i full storlek produceras som minimerar risken.
Simulering av uppåtgående terräng är en av de kritiska komponenterna i vindtunneltestning. Denna typ av simulering replikerar verkliga hinder som kan påverka vindkrafter, till exempel: B. Träd och byggnader eller till och med andra rader av spårare på platsen.
Simulering av uppåtgående beteende inkluderar olika höjdkurvor, modifierbar ytjämnhet, rörliga barriärer och representationer av olika vindhändelser, inklusive sådana fenomen som orkaner och tornados.
Böjer med vinden genom stoppvinklar
Kylvinklar och tillhörande statiska och dynamiska vindbelastningar måste övervägas noggrant vid konstruktion av en vindbeständig solfångare. En användbar dämpningsstrategi är dämpning, som sprider eller kontrollerar vibrationsenergi eller oscillationer i ett system.
Dämpare är en viktig del av att utveckla en optimal stuvningsstrategi, särskilt för solfångare i 0° stuvning, som är känsliga för vridkrafter som orsakar vridande och snurrande rörelser längs axeln av ett vridmomentrör. Under utvecklingen av en vindtålig 1P-tracker testades olika tiltvinklar i en vindtunnel för att utveckla en optimal stuvningsstrategi. Testerna visade att lägre lutningsvinklar orsakade lägre statiska belastningar på strukturen och mindre kraft på det övergripande systemet. En lutningsvinkel på 0° gav det lägsta koefficientvärdet eftersom tvärbelastningen var nära noll.
Högre lutningsvinklar påförde ytterligare påfrestningar på strukturen, vilket krävde fler fotfästen eller ökade fot- och vridningsrörstorlekar för att motstå ytterligare sidokrafter. Däremot befanns en 0° stuvningsstrategi med rätt grad av överdämpning och styvhet för att motstå deformation kräva färre fundament.
Den idealiska designen för en 0°-stopp bör balansera styvhet, dämpning och vikt för att kontrollera trackerkostnaderna, skydda tillgångar och bibehålla effektiviteten. Även om stuvning i höga lutningsvinklar kan vara säker, kan det resultera i ökade vindbelastningar på fundament och andra delar av strukturen, vilket kräver styvare system eller överdämpade konstruktioner för att mildra dynamiska fluktuationer som orsakar aerodynamisk instabilitet.
Korrekt dämpning - som begränsar vibrationer och svängningar - är avgörande för att säkerställa stabiliteten hos ett solcellshäftsystem. Att bestämma rätt mängd och typ av dämpning beror på en mängd olika faktorer, såsom: B. konstruktionens stuvningsvinkel, vinglängden och konstruktionens massa.
Återigen, testning är nyckeln. Ett system som är underdämpat kan bli instabilt och kräva kostsamma begränsningsåtgärder, såsom: B. ytterligare dämpare för att hantera vridkrafter som annars skulle kunna orsaka skada eller till och med fel på trackern.
För 1P-solar tacker som diskuterades i föregående avsnitt, som hade en 0° stuvningsstrategi och en 30 till 40 m bladlängd, fann man att två till fyra spjäll per rad var tillräckligt för att skapa en ordentligt dämpad struktur.
Eftersom högkvalitativa tester är avgörande för att bestämma den korrekta konfigurationen, bör du välja en erfaren leverantör av spårningslösningar med spjällexpertis som kan uppfylla projektspecifikationer, budget och scheman.
Ta vinden ur instabilitet med flerradstestning
Att testa en spårningsdesign kan inte göras isolerat. Det är viktigt att utföra tester i flera serier för att balansera styvhet och dämpning för att maximera prestanda och minska riskerna på lång sikt. Positionering, avskärmning och vindvirvlar kan alla påverka den aeroelastiska prestandan för olika segment av en solpanel på olika sätt.
Flerradstestning roterar bordet för att simulera vindtestning från flera vinklar och bestämma effekterna av statisk och dynamisk vind på omkretsen och centrala raderna av ett system. Tryckknappar kan bestämma toppstatiska och dynamiska vindlaster för att ge koefficientvärden som är nödvändiga för att designa optimerade 0° stuvvinklar. Värdena hjälper också till att bestämma det ideala antalet fotfästen och den mest kostnadseffektiva fälthöjden.
Medan en 0° stoppvinkel var idealisk för exemplet 1P-tracker, där alla rader uppförde sig på samma sätt som vinden blåste över panelerna i stoppningen, fick kantzonerna i en förhandsvisningsposition högre belastning innan de påverkade de centrala zonerna medvind.
Det är viktigt att verifiera aeroelastiska effekter för att bibehålla effektiviteten, undvika mekaniskt slitage, minska stilleståndstiden och sänka effektiviteten. Att testa flera rader förbättrar den övergripande designen av ett system och möjliggör strategijusteringar för att säkerställa att perifera zoner inte påverkar de centrala raderna i arrayen negativt.
Ta vinden ur ett systems segel
Plocktest – där en tracker dras och släpps för att simulera en vindpust och utvärdera dess dynamiska beteende – validerar styvheten och dämpningsförhållandet hos ett solkraftsystem. Processen inkluderar även tester med hög och låg amplitud samt ett skaktest. Resultaten jämförs med de aeroelastiska vindtestresultaten för att balansera designen.
Det är viktigt att inkludera de specificerade rotationsvinklarna i plocktestberäkningarna för att exakt förutsäga potentiella rotationer på upp till 15°. Ett plocktest som tar hänsyn till lägre vinklar kan vara lättare att simulera, men det kan påverka noggrannheten.
Ett ordentligt plocktest säkerställer att en tracker presterar som förväntat i verkliga vindförhållanden och undviker kostsamma stillestånd. Välj en leverantör av spårningslösningar med omfattande erfarenhet av plocktestning och ett erfaret ingenjörsteam som kan validera befintliga aeroelastiska vindrapporter.
Gå som vinden med rätt rackare
När du utvärderar spårningsteknik, överväg tillverkare med omfattande vindtunneltester som kan tillhandahålla robusta data för att stödja dessa frågor:
Har trackertillverkaren genomfört omfattande statiska, dynamiska och aeroelastiska vindtunneltester i flera serier under de senaste åren? Kan de bevisa att deras spårningsdesign uppfyller de toleranser som anges i dessa tester?
Kan de visa att deras design uppfyller de toleranser som specificeras i dessa tester, inklusive egenfrekvens, dämpning, fälthöjd, ackordlängd, trackerlängd och GCR?
Vilken är den kritiska vindhastigheten som systemet tål under normal drift och lagring? Finns det specifika beräkningar som visar hur dessa hastigheter beräknas med hjälp av data från den aeroelastiska vindrapporten?
Kan spårningstillverkaren visa att dess design klarar alla specificerade tryck och vindtunnelspecifika lastkombinationer utöver standardkraven för byggnormer?
Om trackertillverkarens design inte använder spjäll, kan de verifiera att deras tracker inte kommer att uppleva negativa aeroelastiska effekter under normal drift och förvaring?
Referens:
Vikten av vindtestning när du väljer en leverantör av solar tracker (solarpowerworldonline.com)
