Čínsko-kanadský výzkumný tým navrhl nové řešení montáže fotovoltaických zařízení. To se opírá o dva typy distančních vložek a dva typy svorek, které lze potisknout běžnými tiskovými materiály. Cena různých prezentovaných řešení se pohybuje od 25 Kč do 64 Kč. Skupina výzkumníků z kanadské University of Western Ontario vyvinula a otestovala 3D tištěné montážní mechanismy pro dřevěné regály fotovoltaických modulů. Designy s otevřeným zdrojovým kódem, kromě toho, že umožňují distribuovanou výrobu, se také prohlašují za levnější. A mají nižší ztělesněnou energii a vložený uhlík ve srovnání s konvenčními regálovými materiály.
,,Dřevěné stojany jsou zvláště vhodné pro zemní agrovoltaiku, ale lze je použít kdekoli,“ uvedl odpovídající autor Uzair Jamil.
Podle výzkumné skupiny nabízejí dřevěné regály také výhody, jako je snadnost distribuované výroby, nižší náklady na W materiálů a žádná koroze nebo rezivění. „Problém s regály na bázi dřeva je v tom, že neumožňují standardní připevnění předního povrchu. To je nyní běžné u patentovaných hliníkových regálových systémů. Tento dokument poprvé představuje nové 3D tištěné svorky pro montáž solárních modulů na přední povrch na dřevěné regálové konstrukce,“ uvedli.
Výzkumníci navrhli čtyři typy montážních mechanismů. Ty se simulovaly pomocí softwaru Abaqus a analýzy konečných prvků (FEA). Ta se běžně používá k řešení diferenciálních rovnic vznikajících v inženýrství a matematickém modelování. Každý mechanismus se simuloval jako tištěný pomocí jednoho ze tří běžných tiskových materiálů: polyethylentereftalátglykol (PETG), akrylonitrilstyrenakrylát (ASA) a polykarbonát (PC).
3D tištěné montážní mechanismy pro dřevěné regály fotovoltaických modulů
Ve všech případech byl montážní mechanismus určen k podpoře modulů 410 W s rozměry 1 880 mm x 1 042 mm x 40 mm a hmotností 19,7 kg. Také se navrhly tak, aby využívaly 127 mm dlouhé šrouby o průměru 6,4 mm. Do všech 3D tištěných dílů se navrhl 7 mm široký otvor pro umístění šroubu.
Prvním mechanismem byla svorka ve tvaru T, kde T-tyč spočívá na rámu FV modulu a drží modul na konstrukci regálu. V tomto případě je mezi šroub a 3D vytištěné součásti umístěna plochá podložka, aby nedošlo k poškození svorky. Jiný návrh používal svorku ve tvaru U, která používá vlastní základnu k opření modulu, zatímco čtvercová podložka drží modul shora.
Následující dva mechanismy byly rozpěrky. V prvním se pro podporu pohybu modulů použila čtvercová rozpěrka se čtvercovou podložkou. Ve druhém byla distanční vložce ve tvaru H podporována dvěma čtvercovými podložkami, které držely solární moduly. Zatímco držák mezi nimi fungoval jako distanční vložka.
„Mezi všemi návrhy vykazovala konfigurace svorky ve tvaru T lepší výsledky s maximálním namáháním hliníkového (Al) rámu 34,27 MPa,“ uvedli výzkumníci. „Nejvyšší napětí se pozorovalo u rozpěrky ve tvaru U pro rozpěrku (4,53 MPa – materiál PC), šroub (32,01 MPa – materiál PETG) a rám (37,30 MPa) a pro podložku v rozpěrce H (42,77 MPa). Misesova napětí u všech návrhů se však nacházejí v přípustných mezích, které opravňují upínací techniku pro budoucí instalace.“
Použitelnost v terénu
Po výsledcích simulace vytiskli akademici několik montážních mechanismů, aby se zajistila jejich použitelnost v terénu. ,,Všechny čtyři svorky se daly relativně snadno nainstalovat,“ zdůraznili. „Při utahování prodlužovacího šroubu nebyly pozorovány žádné problémy s instalací. Použití předvrtání před utažením šroubu se zpožděním však utahování/šroubování usnadňuje.“
Kromě toho skupina provedla ekonomickou analýzu výroby, která zohlednila ceny materiálů použitých pro tištěné díly, spotřebu energie, dobu tisku, sazby za elektřinu, náklady na podložku a náklady na šrouby.
„Náklady na různá prezentovaná řešení se pohybují od 25 Kč do 64 Kč za čtvercovou rozpěrku a svorku ve tvaru U,“ uvedli. „Dostupná řešení na trhu jsou většinou všechny kovové svorky a někdy i dražší, v rozmezí od 30 Kč/kus do 75 Kč/kus. To je 14,7 % až 66 % úspora nákladů na montážní svorky.“
Navrhované mechanismy se představily v dokumentu „Distribuovaná výroba pro distribuovanou generaci: Mechanismy montáže 3D tištěných solárních fotovoltaických modulů pro dřevěné regály“, publikované v Renewable Energy.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
