Zatímco většina velkoformátových modulů se laboratorně testuje pro certifikaci, laboratoř není skutečný svět. Zatížení pole aplikované na solární modul závisí na konstrukci, na kterou se namontuje a na terénu projektu.
Na konferenci RE+ 2023 v Las Vegas předvedli prodejci z celého světa své největší a nejtenčí solární moduly pro oboustranné použití. A předvedli úspěchy v oblasti fotovoltaické nákladové efektivity. Díky nemyslitelnému výkonu ve wattech se solární gigant v oblasti snižování nákladů posunul vpřed.
Pro ty, kteří navrhli solární modul a provedli mechanické zátěžové testy, je tu jeden děsivý detail. Ten vyčnívá a prosí o další zkoumání. Tyto masivní moduly se vybavují některými z nejmenších modulových rámů, jaké se kdy viděly.
Dříve všudypřítomný modul 2 x 1 metr s výškou rámu 50 mm je nyní přibližně o 55 % větší, pokud jde o povrchovou plochu s výškou rámu pouhých 30 mm. Jak je to možné, když hodnoty mechanického zatížení zůstaly konstantní a výška nosníku má pro jeho pevnost prvořadý význam? Tato fyzika platí pro mosty, budovy a dokonce i rám solárního modulu. Zatížení větrem a sněhem stoupá úměrně se zvětšující se plochou, ale nejnovější, nejdelší modulové rámy vykazují snížení výšky o ~40 %. Což výrazně snižuje jejich nosnost.
Moduly se testují různými standardními testy mechanického zatížení pro certifikaci. Tyto testy aplikují zatížení na přední a zadní stranu modulu, aby se hodnotily z hlediska odolnosti vůči reálným podmínkám prostředí. Současné průmyslové normy (UL 61730-2, IEC 61730, IEC 61215-2) všechny obecně souhlasí s postupy testování mechanického zatížení. Mnoho modulů na konferenčním podlaží propaguje shodu s těmito normami. A přední zkušební laboratoře provádějí tyto certifikační testy s maximální péčí a pečlivostí.
Testování masivních velkoformátových modulů
Zatímco velkoformátové moduly splňují tyto standardy v laboratoři, laboratoř není skutečný svět. Zatížení pole aplikované na solární modul závisí na konstrukci, na kterou se namontoval a také na terénu projektu. Čím větší je zóna větru, tím větší je zatížení modulu.
Méně zřejmé je, že větší úhly náklonu obvykle také zvyšují zatížení modulů větrem a že se to liší v různých místech v poli. Představte si loď se zvednutými a spuštěnými plachtami během bouře. Který z nich má větší sílu, aby vyslal svou loď dopředu?
Sníh může mít často opačný efekt. Panely s vyšším úhlem naklonění často shazují více sněhu než panely s nižším nakloněním. A proto jsou příznivější pro zatížení modulů sněhem. Tento jev předvede jakákoliv střecha domu v severní šířce. Projektanti musí pečlivě zkontrolovat, zda vybrané moduly fungují s montážní konstrukcí na každém místě na místě projektu.
Abychom porozuměli technické propasti, je klíčové spojení masivního velkoformátového rámového designu modulů a konstrukčního návrhu regálových systémů. Protože zatížení modulu závisí na nosné konstrukci (např. úhel náklonu, mezi několika proměnnými), dodavatelé konstrukcí obvykle specifikují očekávané zatížení modulu v návrhu projektu. Mnoho dodavatelů konstrukcí dovede dobře ověřit, že modul samotný spadá do certifikačního hodnocení. Je však možné, že některým prodejcům stále chybí špičkové zatížení modulů pro vítr?
Zatížení modulů
Výzkumný projekt financovaný SETO realizovaný prostřednictvím společného podniku Lawrence Berkeley National Lab a UC Berkeley zjistil, že prodejci se musí dívat na menší efektivní větrné plochy, než jsou rozpětí mezi základy (ne to, co je znázorněno na obrázku – A) na odhad zatížení jednotlivých modulů. FV moduly se mohou rozbít, pokud dojde k přetížení přisuzovatelných oblastí malých jako jedna čtvrtina modulu (zatížení na úrovni jednotlivých upevňovacích prvků – D na obrázku). Což lze ukázat, že k tomu dochází při maximálních podmínkách návrhu projektu u mnoha projektů, které se dnes instalují. Zatímco hodnocení se obvykle provádí kolem maximálního návrhového zatížení, výzkumný tým financovaný SETO v současné době zkoumá, jak může nižší, nerovnoměrné cyklické zatížení vést také ke strukturálním poruchám.
Pokud se podhodnotilo maximální zatížení modulů větrem běžnou praxí při projektování projektů za posledních 15 let, pak se selhání modulů jeví na denním pořádku, ne? V praxi starší modulové rámy táhly za dvojité maskování tohoto nedopatření. Některé z těchto modulových rámů se navrhly s bezpečnostními faktory 3. Dnes se zdá, že velkoformátové moduly se navrhly s bezpečnostními faktory 1,5 na základě přehledů datových listů některých výrobců modulů a průmyslových norem. To umožňuje modulům být konkurenceschopné při snižování nákladů.
Nosnost
Když certifikační laboratoř testuje modul na skutečné zatížení zadní strany 2 400 Pa, maximální návrhový tlak, pro který je certifikován, je 1 600 Pa. Je důležité zkontrolovat, zda inzerovaný jmenovitý výkon modulu odpovídá testům (včetně bezpečnostních faktorů) nebo pokud je maximální povolený návrhový tlak (bez bezpečnostních faktorů). Tlak 1 600 Pa na modul se přibližně rovná poryvu větru o rychlosti 116 km/h pro koeficient tlaku modulu 3. Výzkumný tým LBNL/UC Berkeley zjistil, že tohoto koeficientu se dosáhne na koncích řad pro naklonění modulu o více než 15 stupňů. To je stěží dostačující návrh pro jakýkoli projekt v USA založený na nejnovějších větrných mapách ASCE 7-22. Pokud by konstruktér omylem použil 2 400 Pa jako návrhový tlak, zvýšilo by to přípustný poryv větru na 88 mph. Proto se jeví důležité pochopit, co hodnocení modulu zahrnuje.
Trh vyhnal kapacitu zatížení modulů k bodu zlomu. Zdá se, že je tomu tak zejména v případě zatížení zadní stranou (vztlakem větru). Kombinace původních technických předpokladů, větších modulových ploch, menších výšek modulových rámů a nejasných hodnocení výrobce přináší recept na selhání. Cílem není svalit vinu, ale porozumět technickým problémům a nabídnout návod, co mohou zúčastněné strany dělat.
Zde jsou konkrétní způsoby, jak mohou vývojáři, finančníci, pojišťovací společnosti, vlastníci, správci aktiv, výrobci konstrukcí a výrobci modulů řídit tato rizika:
Způsoby velkoformátového vývoje modulů
1. Ujistěte se, že je na projekt (zejména menší projekty) přidělen dostatečný rozpočet a čas pro nezávislého inženýra (IE). A to zejména proto, aby bylo možné zkontrolovat klíčové podrobnosti o načítání modulů nejen podle projektu, ale na každém místě projektu (např. vnější řady, rohy, spojovací materiál).
2. Náležitá péče výrobce konstrukce by měla potvrdit, že:
- Pro zatížení svorkami a šrouby při uchycení modulu použijte „zatížení svorkou modulu“ (D – na obrázku) namísto průměrných oblastí řádků (A – na obrázku) nebo dokonce oblastí na úrovni modulu (B – na obrázku). Další podrobnosti naleznete v testovacích koeficientech aerodynamického tunelu.
- Zatížení modulu se nepovažuje za stejné v celém poli pro vítr. Zatížení větrem na moduly na konci řad je obvykle vyšší než na vnitřní. To platí jak pro sledovací, tak pro pevné naklápěcí systémy. Viz nejnovější SEAOC PV2 Wind Design pro nakládací pole.
- Zatížení sponou/šroubem by se mělo na každém místě modulu považovat za stejné. Zatížení jedné poloviny modulu je často zcela odlišné od druhé. Upevňovací prvky mohou mít nakonec stejný design, ale musí se navrhnout tak, aby vydržely nejvyšší zatížení a ne nižší průměrné zatížení rozložené mezi čtyři upevňovací prvky.
- Podle toho se dimenzují i modulové kolejnice, se zvláštním důrazem na vnější modulové kolejnice a jejich vhodné plošné zatížení na úrovni kolejnice (C – na obrázku) a s předpoklady pro nerovnoměrné zatížení modulu.
Únosnost solárních modulů
3. Modul due diligence by měl potvrdit:
- Zda mechanická únosnost přední/zadní strany modulu zahrnuje testovací bezpečnostní faktor (obvykle 1,5). Pokud tomu tak není, snižte jmenovitou únosnost o příslušný bezpečnostní faktor a ověřte, že požadavek na konstrukční zatížení nepřekračuje tuto novou, nižší jmenovitou hodnotu založenou na úhlu naklonění modulu větrem/sněhem (tracker) nebo úhlu sklonu instalace (pevný sklon).
- Že rám modulu se navrhl tak, aby odolal mimořádným silám, které přicházejí s nerovnoměrným zatížením pro úhel naklopení větrem/sněhem (tracker) nebo úhel sklonu instalace (pevný sklon) systému.
- Způsob montáže přesně odpovídá způsobu montáže certifikace modulu a je uveden v instalační příručce modulu. Pokud ne, měl by být výrobce modulu požádán o vystavení dopisu, že neschválený způsob montáže podrží záruku za podmínek projektu. Může být nutné testování.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
