Снимка:Vinaykumar8687, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Предизвикателствата в климатичните условия се превръщат в ново нормално явление за разработчиците и собствениците на соларни инсталации, което изисква нови мерки за управление на рисковете и осигуряване на възвръщаемост.
Разбирането на значението на ветровите тестове и на това как различните видове ветрови сили влияят върху конструкцията и производството на тракер може да помогне на производителите на енергия да осигурят правилната технология за едноосен тракер за своя обект и регион.
Вятърът влияе върху соларните тракери на всеки отделен обект с помощта на различни елементи, като се започне от местните метеорологични явления и топографията и се стигне до влиянието на други структури или обекти в близост. Тъй като няма два еднакви фотоволтаични обекта, всеки от тях изисква специфични за мястото настройки, което усложнява проектирането на тези проекти. Ако профилите на вятъра не са правилно отчетени при проектирането на тракера, собствениците на активи могат да се сблъскат с верига от събития, включващи разходи за отстраняване на дефекти и престой, както и по-ниски добиви на енергия и в крайна сметка неизпълнение на финансовите цели.
Разглеждането на техническите тънкости, свързани с проектирането за различни видове ветрове, и разбирането на това как правилното тестване на тракера може да повлияе на конструктивните характеристики на тракера, като например ъглите на прибиране и амортизацията, задвижва стабилната аеродинамика за дългосрочна ефективност.
Внимателната оценка на ветровите условия на обекта дава възможност да се зададат правилните въпроси от самото начало. Променливостта на скоростта, турбулентността и посоката на вятъра могат да доведат до неочаквани последици за соларните тракери и заобикалящата ги среда. Разбирането на ефектите от вятъра помага на разработчиците и EPC да отчетат несигурността и да оптимизират добива.
Ефектите на вятъра могат да бъдат класифицирани в три основни категории: статични, динамични и аероеластични.
- Статичните сили на вятъра оказват стабилен и постоянен натиск върху проследяващото устройство, което може да доведе до деформация или огъване на конструкцията, което се отразява на работата и точността на механизма за проследяване.
- Динамичните сили на вятъра са по-малко предсказуеми, с променлива скорост и посока, което може да предизвика значителни вибрации и напрежение върху механизма за проследяване, да намали точността на проследяване и да причини разминаване на панелите, както и износване на компонентите. За отчитане на тези динамични ветрови натоварвания трябва да се използват усъвършенствани аеродинамични модели, които отчитат турбулентността, поривите и други изменения.
- Аероеластичните сили на вятъра възникват при взаимодействието на тракера със заобикалящия го въздушен поток. Сред аероеластичните ефекти са вибрации в резонанс и трептене, които водят до разминаване, намалена точност на проследяване или повреда на компонента. Конструкцията на тракера трябва да се съсредоточи върху противодействието на тези ефекти, за да се постигне аеродинамична стабилност.
Според канадската инженерна фирма RWDI, която е специализирана в тестването на вятъра, дизайнът на тракера трябва да се съсредоточи върху противодействието на тези ефекти, за да се постигне аеродинамична стабилност. Всеки компонент в структурата на тракера трябва да бъде оценен, за да се осигури оптимална устойчивост на ветровите натоварвания. Трябва да се вземат предвид редица потенциални повреди, включително:
- Резонансни вибрации, които се появяват, когато честотата на порива на вятъра съвпада с естествената честота на конструкцията, което може да доведе до катастрофална повреда.
- Торсионно трептене, което представлява аеродинамична нестабилност, която може да предизвика големи амплитуди в торсионното движение на масива, водещи до повреда на проследяващото устройство.
Разбирането на въздействието на вятъра е от решаващо значение не само за проектирането на оборудването, но и за оптимизиране на работата на проследяващото устройство. Ако знаете за аномалии във вятъра в определена част от фотоволтаичния обект например, това означава, че може да се използва ветрозащитна ограда, за да се намали скоростта на вятъра и турбуленцията, като се подобри стабилността и точността на проследяващото устройство. Могат да се използват сложни сензори, които да откриват колебанията на вятъра и да регулират позицията на проследяващото устройство, за да се оптимизира производството на енергия. Възможно е също така да се намали профилът на тракера, да се увеличи неговата твърдост или да се проектира със специфични материали, които да са устойчиви на ветровите натоварвания и аероеластичните ефекти.
Тестването във въздушен тунел играе решаваща роля при разработването на соларни тракери. Малките модели се използват за оценка на това как новият тракер би могъл да се справи с всякакви условия на вятъра, като разкриват ограниченията на дизайна още в началото на разработката. След корекции на проекта може да се произведе пълноразмерен, икономически ефективен тракер, който свежда до минимум риска.
Симулацията на терена срещу вятъра е сред критичните компоненти на изпитването в аеродинамичен тунел. Този тип симулация възпроизвежда реални препятствия, които могат да повлияят на силите на вятъра, като дървета и сгради или дори други редове на проследяващите устройства на площадката. Симулацията на поведението на вятъра включва различни криви на височината, променяща се грапавост на повърхността, подвижни бариери и представяне на различни ветрови събития, включително явления като урагани и торнадо.
Ъгълът на застопоряване и свързаните с него статични и динамични ветрови натоварвания трябва да бъдат внимателно разгледани при проектирането на устойчив на вятър соларен трекер. Полезна стратегия за смекчаване на въздействието е демпферирането, което разсейва или контролира вибрационната енергия или колебанията на системата.
Демпферите са ключова част от разработването на оптимална стратегия за полагане, особено за соларните тракери при 0° полагане, които са податливи на торсионни сили, причиняващи усукване и въртеливи движения по оста на торсионната тръба. По време на разработването на устойчив на вятър 1P тракер, бяха тествани различни ъгли на наклон във въздушен тунел, за да се разработи оптимална стратегия за прибиране. Тестването показа, че по-ниските ъгли на наклон осигуряват по-малко статични натоварвания върху конструкцията и по-малко сила върху системата като цяло. Ъгълът на наклона от 0° осигурява най-ниската стойност на коефициента, тъй като страничното натоварване е близко до нулата.
По-големите ъгли на наклона създават допълнителни натоварвания върху конструкцията, което изисква по-големи размери на торсионните тръби, за да издържат на допълнителните странични сили. Идеалният проект за 0° прибиране трябва да балансира между твърдост, демпфиране и тегло, за да се контролират разходите за проследяване и да се поддържа ефективността. Макар че прибирането при високи ъгли на наклон може да бъде безопасно, то може да доведе до увеличаване на ветровите натоварвания върху части на конструкцията, което изисква по-твърди системи или конструкции с прекалено голямо демпфериране. Правилното демпфиране, което ограничава вибрациите и трептенията, е от решаващо значение за осигуряване на стабилността на системата за проследяване на слънчевата енергия. Определянето на подходящото количество и вид демпфериране зависи от различни фактори, като ъгъла на прибиране на конструкцията, дължината на крилото и масата на конструкцията. И тук ключово значение имат тестовете. Недостатъчно демпфирана система може да стане нестабилна, което изисква скъпоструващи мерки за намаляване на въздействието, като например допълнителни демпфери за справяне със силите на усукване, които в противен случай могат да причинят повреда или дори отказ на проследяващото устройство.
За слънчевия тракер 1P, разгледан преди малко, който има стратегия за прибиране на 0° и дължина на крилото от 30 до 40 m, беше установено, че 2 до 4 демпфера на ред са достатъчни за създаване на правилно демпфирана структура. Тъй като качественото тестване е от съществено значение за определяне на правилната конфигурация, не забравяйте да изберете опитен доставчик на тракери с опит в областта на амортизаторите, който може да отговори на спецификациите на проекта, бюджета и сроковете.
Тестването на дизайна на проследяващото устройство не може да се извършва изолирано. От съществено значение е да се провеждат тестове на няколко реда, за да се балансира твърдостта и демпферирането, за да се постигне максимална производителност и да се намалят дългосрочните рискове. Позиционирането, предпазването и вихрушките могат да повлияят по различни начини на аероеластичните характеристики на различните сегменти на соларния масив. При многоредовото тестване е необходимо да се вземат мерки, за да се гарантира, че тези сегменти няма да бъдат повредени. С помощта на кранове за налягане могат да се определят пиковите статични и динамични натоварвания от вятъра, за да се осигурят стойности на коефициентите, необходими за проектиране на оптимизирани ъгли на прибиране 0°.
Въпреки че ъгълът на прибиране от 0° е идеален за примерния 1P тракер, като всички редове се държат по един и същи начин, тъй като вятърът духа над панелите при прибиране, периферните зони получават по-големи натоварвания в позиция преди прибиране, преди да въздействат върху централните зони по посока на вятъра. Важно е да се проверят аероеластичните ефекти, за да се поддържа ефективността, да се избегне механичното износване, да се намали времето за престой и да се понижи ефективността. Тестването на няколко реда подобрява цялостния дизайн на системата и позволява коригиране на стратегията, за да се гарантира, че периферните зони не влияят отрицателно на централните редове на масива.
Изпитването с издърпване - издърпване и освобождаване на тракера, за да се симулира порив на вятъра и да се оцени динамичното му поведение, потвърждава коефициента на твърдост и демпфиране на тракера. Процесът включва също така тестове с висока и ниска амплитуда и тест с разклащане. Резултатите се сравняват с резултатите от аероеластичните изпитвания на вятъра, за да се балансира конструкцията. От съществено значение е да се включат посочените ъгли на завъртане в изчисленията на теста за изтръгване, за да се предвидят точно потенциалните завъртания до 15°. Изпитване за изтръгване, което отчита по-малки ъгли, може да бъде по-лесно за симулиране, но може да наруши точността. Правилното тестване на изтръгване гарантира, че тракера ще работи според очакванията в реални условия на вятър, като предотвратява скъпоструващи престои. Изберете доставчик, който разполага с достатъчно опит в тестването на издърпване и опитен инженерен екип, способен да валидира съществуващите доклади за аероеластичен вятър.
Когато оценявате технологиите за проследяване, обърнете внимание на производители с обширни тестове в аеродинамичен тунел, които могат да предоставят надеждни данни в подкрепа на тези въпроси:
- Производителят на проследяващото устройство провеждал ли е през последните години подробни многоредови статични, динамични и аероеластични изпитвания в аеродинамичен тунел? Може ли да докаже, че конструкцията на неговия тракер отговаря на допустимите отклонения, посочени в тези тестове?
- Може ли да докаже, че конструкцията му отговаря на допустимите отклонения, посочени в тези изпитвания, включително собствена честота, демпфиране, височина на масива, дължина на хордата, дължина на тракера и GCR?
- Каква е критичната скорост на вятъра, на която системата може да издържи при нормална работа и съхранение? Има ли конкретни изчисления, показващи как са изчислени тези скорости, като са използвани данните от доклада за аероеластичния вятър?
- Може ли производителят на тракера да представи доказателства, че неговият проект отчита всички посочени налягания и специфични за въздушния тунел комбинации от натоварвания, надхвърлящи стандартните изисквания на строителните норми?
- Ако проектът на производителя на проследяващото устройство не използва демпфери, може ли той да потвърди, че неговото проследяващо устройство няма да изпита неблагоприятни аероеластични ефекти по време на нормална експлоатация и складиране?