太陽電池アレイが風に巻き込まれないようにする

- Aug 25, 2019-

出典:再生可能エネルギー世界


風は、太陽電池アレイの損傷の最も頻繁な原因の1つであると、複数の業界関係者は述べています。 スペインでは、過去10年の半ばに、カリフォルニア州フリーモントに本拠を置くNEXTrackerのCEOであるDan Shugar氏によると、風の影響でいくつかの大型二軸ソーラートラッカーが故障しました。 「しかし、カテゴリとしての水平トラッカーはそれ以来非常に信頼性が高いため、ソーラー産業はエネルギーを得るための最良の実用的な方法として水平トラックに収束し、二重軸を保護するために必要なすべての鋼を避けました」と彼は言いました。

 

強風に耐える設計

ソーラートラッカーの風のたわみは、トラッカーのパーツがさまざまな方向に同時に移動するため、製品の作成において最も複雑な設計計算になる可能性があります。 「トーションリミッターやダンパーなどの緩和システムがない場合、風によってアレイが激しく振動する可能性があります」と、Albuquerqueに拠点を置くArray Technologiesのエンジニアリングディレクター、John Williamson氏は述べています。

 

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SunLink Precision-Modular RMSアルミニウムシステムは、60および72セルモジュールと10度の傾斜に対応しています。 クレジット:SunLink。

 

さまざまな設計が、トラッカーへの風の影響を制限しようとします。 「正方形やその他の形状のスチールを使用する他のほとんどのメーカーとは異なり、丸いチューブを使用しました。したがって、ねじれ強度が30%向上しました」とShugar氏は述べています。 「私たちもバランスの取れたデザインを採用しました」と彼は言い、アレイは重力のもとで収納位置または平坦な位置に戻ることを指摘しました。 「そして、私たちの収納速度は高速です-1分で全回転から収納まで」と彼は言いました。 「風が早くつくので、すぐに収納したい」と彼は付け加えた。

 

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複数のDuraTrack HZ v3トラッカー列は、ロータリードライブシャフトで接続され、単一の産業用2 HP 3相A / Cモーターで駆動されます。 各v3モーターは、それぞれ80モジュールの最大28列を駆動できます。 クレジット:Array Technologies。

 

収納は、フィールドの端の風に対する所定の反応であり、より保護されたセンター内では必要ない場合があることに注意することが重要です。 実際、ソーラーパネルを収納することは、急速な積み上げのための必ずしも最良の解決策ではない、と他の人は主張します。 「システムの収納に依存したことはありません。収納しないように設計しています。0度の位置のトラッカーの風力は、アレイに大きな負荷をかけ、システムのピークトルクに近くなります。」テクノロジーのウィリアムソン。 「新しいV3デザインでは、パッシブストウデザインを考案し、アレイのねじれが少ない位置に移動できるねじれ制限装置を追加しました」と彼は言いました。 「当社の前世代は通常115 mphで構築されましたが、最悪の場合のインストールは最大175 mphを処理するように構築されました。これは、コロラド州ボルダーのNREL Wind Technology Centerにある設置を含む複数のサイトのフィールドで実証されました。新しいバージョンは、135 mphの標準を処理することができ、より高速に耐えるように同様に構成できます」と彼は言いました。 風のマイクロバーストまたはダウンバーストは、乾燥した土地で最大175 mphの風を引き起こす可能性があるため、場所に関係なく風にさらされます。

 

風はソーラーアレイフィールドの外縁にはるかに強く影響する可能性があるため、外側の列は硬く、強くなるように構築する必要があります。 たとえば、NEXTrackerでは、外側の列に厚いスチールを使用して、この効果の設計を支援しています。 それにもかかわらず、風は予測が困難です。 「一部のソーラー企業が想定しているのは、アレイに入ると風がさらに減少し続けることです。必ずしもそうではありません。アレイは大気の乱流層にあり、風は非常にランダムで混chaとします」ウィリアムソン。

 

テストと分析

このような風の変数の数値を計算するには、コンピューターモデルとフルスケールモデルの両方を含む一連のツールが必要です。 「計算流体力学は風荷重を計算しますが、スケールモデルをテストしているという観点からは風洞に勝るものはありません」とShugar氏は言います。

 

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AllEarth Renewablesは、トンネル内でフル(デュアル)トラッカー風荷重試験を実施しました。 クレジット:AllEarth Renewables。

 

米国およびカナダの政府研究所を含む多数の風洞試験施設では、本格的な太陽電池アレイの分析により、認証または建築基準の要件を満たすことができます。 一部の企業はそれらを広範囲に使用しています。 「当社は業界をリードする120 mphの風定格を有しており、トンネル内フル(デュアル)トラッカー風荷重試験を実施している唯一のメーカーです。業界に設計の強さとエンジニアリングへの取り組みを示したかったのです。 「要素に耐えるトラッカー」と、バーモント州ウィリストンに本拠を置くAllEarth Renewablesの最高戦略責任者であるAndrew Savage氏は述べています。

 

アレイテクノロジーズは、バージニア州ハンプトンにあるラングレーフルスケール風洞での試験を含む広範囲にわたる風洞試験も実施しており、それはその後閉鎖されました。 そこでの仕事は、バージニア州ノーフォークにあるオールドドミニオン大学のフランクバッテン工科大学で取り上げられました。

 

PV風の基準はまだ新しい

ただし、すべての管轄区域が風洞試験を十分に受け入れているわけではありません。 ロサンゼルス市は2013年まで、非貫通型バラスト設計ではなく、屋上用の従来の固定式取り付けソリューションを必要としていました。LA建築安全省は、バラスト要件の低下を正当化する風洞データを受け入れなかったためです。 PanelClawが、風洞データの完全な結果をLADBSによってバラスト設計で使用するために承認および許可された最初の取り付けシステム会社になるまで、規制は変更されませんでした。 マサチューセッツ州の北アンドーバーにある同社のPolar Bear Gen IIIバラスト設計は、カテゴリ3のハリケーンに相当する120 mphを超える風に耐えます。

 

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風力により変位したソーラーパネルモジュール。 クレジット:CASE Foresnics。

 

太陽光発電産業は、バージニア州レストンに本拠を置く米国土木学会(ACSE)によって現在公布されている風荷重の規定に従っています。 最新の標準は2013 ASCE / SEI 7-10です。 しかし、その基準はソーラーアレイよりも建物に関係していると、いくつかのメーカーは不満を述べています。 サンリンクのCEO、クリストファー・ティリーは、2012年の再生可能エネルギーの世界に関する声明で、「太陽光発電システムにかなり簡単に適用できる雪および地震荷重基準が確立されているが、風荷重に関するガイダンスはほとんどない。したがって、当局は、意図しない方法で建築基準を適用するか、テスト手法または結果を検証する標準的な手段なしに風洞試験に基づいた設計を受け入れるかを選択できました。どちらの方法も、適切な風の設計値が使用されていることを保証しません。」

 

イリノイ州ノースブルックに本拠を置くUnderwriters Laboratoryは、2015年版のUL 2703でPV設置の風荷重を名目上カバーしましたが、不足しているとしても批判されています。 「UL 2703は業界には適していますが、絶対的な標準ではありません。真のコードを導入することで、風や雪の負荷などの重要な安全性と性能要因に対処していない企業を排除することで、競技場を平準化できますミシガン州クリントンタウンシップのアプライドエネルギーテクノロジーズのエンジニアリング担当副社長、ジョンクリンクマンは次のように述べています。

 

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風力により変位したソーラーパネルモジュール。 クレジット:CASE Foresnics。

 

SunLinkのチーフ構造エンジニアであるRob Ward氏は、カリフォルニア州構造エンジニア協会(SEAOC)は、サクラメントに本拠を置き、PV風荷重要件の業界標準の設定を支援するために多大な努力を行ってきました。 SEAOC PV委員会は、ASCEの風力設計規定へのコード変更提案の開発に関する進行中の作業を実施しています。 このグループは、最新のSEAOC PV2-2012である平屋根上の薄型太陽光発電アレイの風設計など、風荷重と太陽光に関する独自のガイドラインを作成しています。

 

サンリンクは、オンタリオ州ロンドンに本拠を置く西オンタリオ大学の境界層風洞研究所(BLWTL)の支援を受けて、2006年にPV製品ラインのテストを開始しました。 BLWTLは最近、各施設を1秒間に最大100,000サンプルの速度でデータをキャプチャする完全に自動化されたテストを可能にする4つの新しい風洞制御およびデータ収集システムでアップグレードしました。

 

SunLinkは、BLWTLラボで1,000を超えるテストを通じて70のモデルと構成を実行し、独自のデータベースを開発しました。 テストには、傾斜角、屋根の高さ、列の間隔、建物の高さ、屋根の端からの後退、および風の影響を受けるさまざまなディフレクター/シュラウド戦略のバリエーションが含まれていました。 同社はこのデータベースをSEAOCと共有しており、その結果、組織は業界の幅広いコンセンサスで風荷重基準の開発に近づいている、とウォードは述べた。

 

SunLinkは、カリフォルニア州サンフランシスコに本拠を置くBLWTLおよびRutherford&Chekeneのエンジニアリング会社とも協力して、製品設計者がACSE 7-10の標準に照らして設計をテストするのに役立つソフトウェアを開発しました。

 

一貫して強い強風は、風力発電所の所有者にとっては恵みですが、太陽光発電システムの所有者や運営者にとっては同じことではありません。 しかし、慎重に設計を検討し、すべての風荷重に適切に対応する規格と技術に重点を置くことで、PV設置会社はアレイが吹き飛ばされないことを保証できます。