Ezúttal az egyik felhasználónk által fejlesztett és használt úttörő technológiákat mutatjuk be, valamint ezek implementációját a Consteel-ben, a szerkezeti tervezési folyamata során. Ez lehetővé tette számukra, hogy kiértékeljék a napelem tartószerkezetére ható jelentős terheket é eszerint végezzék a tervezést. Továbbá bemutatjuk a Consteel használatának előnyeit a munkafolyamat hatékonysága és a termelékenység szempontjából is.

Az Array Technologies (STI Norland) egy Spanyolországban alapított vállalat, amely napelem-projektek kivitelezésével és megvalósításával foglalkozik, beleértve a napkövető és a rögzített rendszereket is. 2002-ben építette a világ első napkövető erőművét a Navarra tartományban.

A PROJEKT BEMUTATÁSA

Az Alfajarínban, Zaragoza tartományában található projekt egy vízszintes tengelyű fotovoltaikus napkövető rendszer telepítését foglalja magában. A szerkezet két torziós gerendából áll, amelyek tartják a napelemeket. Ezek a gerendák egy keresztirányú mechanizmus segítségével forgathatók, lehetővé téve a modulok kelet-nyugat irányú mozgatását, követve a nap pályáját.

A napelemek oszcilláló mozgását egy csillagászati számítási algoritmus segítségével számolják ki, amely figyelembe veszi a modulok közötti árnyékolás lehetőségét is. Így elkerülhető az árnyékhatás, ami akár 5%-kal is növelheti az energiatermelést.

A projekt megközelítőleg 380 méteres tengerszint feletti magasságban helyezkedik el, és soronként 29 fotovoltaikus modult tartalmaz. Minden modul tömege 32,3 kg, tehát minden sor közel 950 kg-ot kell elbírjon, amely egyenletesen oszlik el a teljes hossz mentén. Ez a tömeg kizárólag a berendezésre vonatkozik, és nem tartalmazza a jelentős szélterhelést, amelyet a modulok közel 2,5 m²-es felületére hat. Soronként ez körülbelül 74 négyzetméternyi napelem felületet jelent, amelyre a szélterhelést is figyelembe kell venni.

TERVEZÉSI MEGFONTOLÁSOK

A vizsgálat elsősorban a szélterhelések hatásaira koncentrált, mivel ezek a legjelentősebbek más terhelésekkel szemben. Kezdetben, mivel a szerkezet viszonylag könnyű, nem érzékeny a földrengések által okozott tehetetlenségi hatásokra. A hóterheket nem vizsgálták, mert a követőrendszer úgy van kialakítva, hogy egy stabil, körülbelül 10 cm vastag hóréteggel működjön. Az oszcilláló mozgás megakadályozza a vastagabb hóréteg felhalmozódását. A rendszer emellett hóérzékelővel rendelkezik, amely folyamatosan méri a hóréteg vastagságát; amikor az eléri a 8 cm-t, a követőrendszer egy hóbiztonsági pozícióba mozog, 45 fokos szögben, hogy elősegítse a hó lecsúszását.

Mivel a projekt fotovoltaikus követőkből áll, figyelembe kell venni a követők különböző pozícióit a nap folyamán. Ezenkívül a modulok különböző sorait eltérő mértékben érinti a szélterhelés az elrendezésük szerint.

Három fő követőcsoport különíthető el a szélnek való kitettségük szintje alapján: Belső követők („Seguidor Interior”), amelyek kevésbé vannak kitéve a szélnek; Belső, de szélnek jobban kitett követők („Seguidor Interior de Borde”), amelyek közepes mértékben vannak kitéve; Külső követők („Seguidor Exterior”), amelyek nagyobb szélterhelésnek vannak kitéve.

Végül a különböző típusú követők és a nap folyamán elfoglalt pozícióik közötti permutációk figyelembevételével történt az átfogó elemzés.

Az az eset, amikor a szél „hátulról” hat, nem került figyelembevételre, mivel a követőrendszer anemométerrel van felszerelve. Ha a szélsebesség meghaladja a 60 km/h-t, ami a tervezési sebesség, a követő széllel szembeni pozícióba áll. Ebben a helyzetben a szerkezet sokkal kisebb terhelésnek van kitéve, míg a „hátulról” érkező szél ilyen sebességnél különféle aerodinamikai instabilitásokhoz vezethet, amelyek veszélyeztetnék a modulok épségét.

A lehetséges eredmények érzékenysége miatt az esetek csökkenthetők a pirossal kiemelt esetekre, amelyek a széllel szembeni forgatókönyveket reprezentálják. Végső soron a tervezést a legjobban kitett követők szabják meg, így a tervezési eset a széllel szembeni pozíció, különösen a külső követők esetében.

MODELLEZÉSI CONSTEEL-BEN

Az Array Technologies (STI Norland) műszaki adatlapjai tartalmazzák a szerkezeteknek az összes specifikus méretét. A Consteel belső szkriptnyelvét, a Descriptet használva, ezek az adatok lettek felhasználva a kezdeti geometria létrehozásához a szoftverben, amely jelentősen felgyorsítja a modellezési fázis munkafolyamatát.

Az Array Technologies (STI Norland) által kifejlesztett algoritmus a Consteelben lehetővé teszi a megfelelő terhelések bevezetését a modellbe. Ezek a terhelések a panelekre vonatkoznak, és az alábbi szempontokat veszik figyelembe:

• A panelekre ható szélnyomás, amelyet szélcsatorna-tesztekkel meghatározott együtthatók alapján számítanak ki.
• A panelek saját súlya, a gyártó által megadott adatok szerint, beleértve egy további mennyiséget, amely a panelek telepítéséhez szükséges kábelezés súlyát fedezi.
• A szerkezeti elemek saját súlya.

A modell tartalmazza azt a tartószerkezetet, amelyhez a fotovoltaikus modulok rögzítve vannak, a torziós rudat, amely az összes panelt tartja, valamint azokat az oszlopokat, amelyek a szerkezetet a talajhoz kötik. Emellett a modell magában foglalja azt a keresztirányú mechanizmust is, amely a torziós rudak elforgatásáért felel, lehetővé téve a panelek számára, hogy kövessék a nap pályáját.

A CONSTEEL ELŐNYEI

Az Array Technologies (STI Norland) által kiemelt legfontosabb előnyök közé tartozik a Consteel speciális végeselem-modellje, amely 7 szabadságfokkal rendelkezik. Ez a képesség lehetővé teszi a nyitott szelvényekben keletkező csavarási feszültségek figyelembevételét, ami különösen fontos a csavarodásra és öblösödésre hajlamos szerkezetek esetében.

Továbbá a Consteel fejlett kezelést biztosít a rudak közötti külpontosságok tekintetében. Ez lehetővé teszi a terhelések és alakváltozások pontos figyelembevételét és átadását, nemcsak a szelvény súlypontját, hanem a nyíróerők középpontját is felismerve nyitott szelvények esetében. Ez a képesség lehetővé teszi, hogy a Consteel a szerkezet globális viselkedését pontosan reprodukálja.

Ezenfelül a Consteel lehetőséget nyújt a szerkezet globális kihajlási módjainak meghatározására (mind a 7 szabadságfok figyelembevételével), hogy pontosan meghatározza a hajlítási és csavarási kihajlási hosszakat, még részlegesen megtámasztású elemek, például felül megtámasztott tetőbordák esetében is.

A program egyik legfőbb funkciója a hidegen hajlított szelvények vagy 4. osztályú profilok részletes elemzése. A Consteel lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy egy speciális felületen bármilyen geometriát definiáljanak, és a szoftver automatikusan kiszámítja a profil összes effektív keresztmetszeti tulajdonságát minden terhelési kombinációra, valamint a rúd hossza mentén. Ezek a tulajdonságok ugyanis a szelvény feszültségeloszlásától függenek.

A szoftver kiemelkedik a könnyű használhatóságával is, összehasonlítva más hasonló eszközökkel, valamint a magas minőségű grafikus megjelenítéssel a modellezés során. Ez a funkció lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy világosabb képet kapjanak a valós elrendezésről és a tervezés végleges eredményéről. Különösen fontos a 3D modellezés szerepe, mivel ez az elemzési és modellezési programok kiinduló pontja, és segít abban, hogy a tervezés pontosan legyen reprezentálva és értelmezve.