نگرانی‌های فنی در مورد کم هزینه-سیستم‌های نصب PV: تجزیه و تحلیل سیستماتیک از بار باد تا قابلیت اطمینان سازه

در طراحی نیروگاه های فتوولتائیک (PV)، انتخاب سیستم نصب مستقیماً بر راندمان کلی تولید برق و ایمنی سازه تأثیر می گذارد. برای مثال، سیستم‌های ردیابی می‌توانند به طور قابل‌توجهی بازده انرژی را در مقایسه با سیستم‌های شیب{1} ثابت افزایش دهند، با این حال آنها خواسته‌های دقیق‌تری را بر طراحی سازه تحمیل می‌کنند. در کاربردهای عملی، راه‌حل‌های نصب بر پایه ریل-مانند راه‌حل‌هایی که از ریل‌های پنل خورشیدی و سخت‌افزار نصب مرتبط استفاده می‌کنند-به اشکال مختلف وجود دارند. با این حال، ایمنی آنها به شدت به اعتبار علمی محاسبات بار باد و روش های تأیید سازه بستگی دارد.

 

 

 

بار باد یک پارامتر حیاتی است که ابعاد و پایداری سازه را در طراحی سیستم نصب PV تعیین می کند. دو روش محاسبه اولیه در حال حاضر در زمینه مهندسی وجود دارد: روش‌های مبتنی بر ضرایب تجربی از استانداردها و روش‌های تصفیه‌شده مبتنی بر آزمایش تونل باد.

 

طرح‌های استاندارد-مانند طرح‌هایی که از پروفیل‌های ریل آلومینیومی یا ریل‌های قفسه‌ای استفاده می‌کنند-اغلب بر مدل‌های بار باد ساده‌شده تکیه می‌کنند. با این حال، این روش‌ها اغلب نمی‌توانند تداخل آیرودینامیکی بین آرایه‌ها و پیچیدگی‌های میدان‌های باد سه‌بعدی را به‌طور کامل ثبت کنند.

 

در مقابل،-طراحی‌های سطح سیستم-مانند سیستم‌های نصب ریل روی پشت‌بام-به در نظر گرفتن بیشتر عواملی مانند تغییر جهت باد، اثرات محافظ ماژول و پاسخ‌های ساختاری همراه نیاز دارند.

 

علاوه بر این، در عمل مهندسی واقعی، اجزای موضعی (مثلاً اتصالات ریل آلومینیومی یا ریل‌های کوتاه برای پایه‌های سقف) در معرض حالت‌های تنش پیچیده هستند. اگر مقادیر بار باد با استفاده از رویکردهای بیش از حد محافظه کارانه یا صرفاً تجربی تعیین شود، خطر ناپایداری ساختاری موضعی وجود دارد.

 

 

با توجه به طراحی سازه، تفاوت های قابل توجهی بین استانداردهای مختلف در مورد درمان حالت های تنش جزء، به ویژه در مورد جفت پیچشی خمشی وجود دارد.

 

به عنوان مثال، در سیستم‌های مدولار-مانند براکت‌های ریل جهانی یا مینی{1}}کیت‌های نصب ریل{2}}تیرهای اصلی و رابط‌ها اغلب در معرض خمش و گشتاورهای پیچشی همزمان قرار می‌گیرند. با این حال، برخی از روش‌های طراحی ساده‌شده، این اجزا را تنها با استفاده از یک مدل خمش تک محوری درمان می‌کنند که می‌تواند منجر به دست کم گرفتن سطوح تنش واقعی شود. علاوه بر این، برای سازه‌های بیرونی که برای خدمات طولانی‌مدت طراحی شده‌اند، مانند ریل‌های راهنما ضد آب و ریل‌های نصب سقف آلومینیومی{8}}ضروری است که تأثیر خوردگی، نوسانات دما و خزش طولانی‌مدت مواد بر عملکرد در نظر گرفته شود.

 

از دیدگاه سیستم، سالم بودن طراحی سیستم ریل نصب سقف به طور مستقیم تداوم و پایداری مسیر انتقال بار در کل آرایه را تعیین می کند.

 

 

سیستم‌های نصب PV سبک، مستعد پاسخ‌های ارتعاشی در محیط‌های بادی شدید هستند که به اشکالی مانند لرزش ناشی از گرداب، ضربه زدن و ناپایداری آیرودینامیکی ظاهر می‌شوند.

 

سیستم‌های-ریل دهانه بلند-مانند آن‌هایی که از رابط‌ها یا پیکربندی‌های ریل بلند مدولار استفاده می‌کنند- انعطاف‌پذیری ساختاری بالاتری از خود نشان می‌دهند و آنها را مستعد تقویت رزونانس در محدوده‌های سرعت باد خاص می‌کند.

 

علاوه بر این، برای اجزای باربر{0}مستمر مانند ریل‌های نصب سقف آلومینیومی، توزیع ناهموار سفتی در نقاط اتصال می‌تواند منجر به تجمع خستگی موضعی شود.

 

از نقطه نظر مهندسی، چنین ارتعاشاتی نه تنها طول عمر سازه را به خطر می اندازند، بلکه می توانند{0}}ترک های ریز در ماژول ها و شل شدن اتصالات ایجاد کنند و در نتیجه قابلیت اطمینان کلی سیستم را کاهش دهند.

 

 

 

هنگام انتخاب اجزا برای پروژه های واقعی، حاشیه ایمنی سازه نصب باید به طور سیستماتیک ارزیابی شود، نه اینکه صرفاً بر هزینه های اولیه یا پارامترهای مواد جدا شده تمرکز شود.

 

به عنوان مثال، در کاربردهایی که شامل ریل‌های نصب مناسب برای انواع سقف‌ها می‌شوند، شرایط سقف متفاوت به طور قابل‌توجهی مسیرهای انتقال بار را تغییر می‌دهد و به استراتژی‌های طراحی متفاوت نیاز دارد.

 

در مورد انتخاب مواد،ریل های نصب آلومینیومیباید الزامات خدمات درازمدت در فضای باز مربوط به استحکام، سفتی و مقاومت در برابر خوردگی را برآورده کند.

 

علاوه بر این، در طراحی ساختاری یکپارچه، پارامترهای هندسی و روش های اتصال ریل های آلومینیومی به طور مستقیم بر پایداری کلی سیستم و مقاومت در برابر باد تأثیر می گذارد.

 

 

 

ایمنی یک سیستم نصب PV توسط یک عامل مشخص نمی شود، بلکه نتیجه ترکیبی از محاسبات بار باد، روش های تأیید سازه و قابلیت های کنترل ارتعاش است. اتکای بیش از حد به فرمول‌های تجربی یا مدل‌های ساده‌شده ممکن است هزینه‌های اولیه را کاهش دهد، اما خطرات ساختاری قابل‌توجهی را در طول عملیات بلندمدت- ایجاد کند. بنابراین، در طراحی مهندسی، باید تاکید بیشتری بر داده‌های آزمایش آیرودینامیکی، تجزیه و تحلیل ساختاری دقیق، و ارزیابی کامل{4}قابلیت اطمینان چرخه عمر باشد تا اطمینان حاصل شود که سیستم فتوولتائیک عملکرد پایدار، ایمن و کارآمد را در محیط‌های پیچیده حفظ می‌کند.