ソーラートラッカーサプライヤーを選択する際の風力試験の重要性

Terrasmart | 製品開発ディレクター、Chase Anderson 著 2023 年 6 月 8 日

太陽光発電開発業者や資産所有者にとって、厳しい気象条件が新たな常態となりつつあり、リスクを管理し収益を確保するための新たな対策が必要となっています。

風力試験の重要性と、さまざまな種類の風力がトラッカーの設計と製造にどのような影響を与えるかを理解することは、発電事業者がサイトや地域に適した単軸トラッカー技術を確保するのに役立ちます。

地域の気象現象や地形から、近隣の他の構造物や物体の影響に至るまで、風が各サイトのソーラートラッカーに与える影響にはさまざまな要素が影響します。 同じ PV サイトは 2 つとないため、それぞれのサイトにサイト固有のカスタマイズが必要となり、プロジェクトの設計がさらに複雑になります。

トラッカーの設計で風力プロファイルが適切に考慮されていない場合、資産所有者は、エネルギー収量の低下だけでなく、修復費用やダウンタイムなどの一連の事態に直面し、最終的には財務目標を達成できない可能性があります。

さまざまなタイプの風に合わせた設計に含まれる技術的なニュアンスを検討し、適切なトラッカー テストが格納角度や減衰などのトラッカーの設計機能にどのような影響を与える可能性があるかを理解し、長期的なパフォーマンスのための安定した空気力学を推進します。

現場の風の状態を注意深く評価することで、最初から適切な質問をすることが可能になります。

風速、乱流、風向の変動はすべて、太陽追跡装置とその周囲の環境に予期せぬ影響を与える可能性があります。 風の影響を理解することは、開発者と EPC が不確実性を考慮して収量を最適化するのに役立ちます。

風の影響は、静的、動的、空力弾性の 3 つの主なカテゴリに分類できます。

風力試験を専門とするカナダのエンジニアリング会社RWDIによれば、トラッカーの設計は、空気力学的安定性を達成するために、これらの影響に対抗することに重点を置く必要があるという。 風荷重に対する最適な耐性を確保するには、トラッカーの構造内の各コンポーネントを評価する必要があります。 次のような、多くの潜在的な障害を考慮する必要があります。

風の影響を理解することは機器の設計にとって重要であるだけでなく、突風に耐える方法を知ることもトラッカーのパフォーマンスを最適化することができます。 たとえば、太陽光発電サイトの特定の部分での異常な風について知ることは、防風フェンスを使用して風速と乱気流を軽減し、トラッカーの安定性と精度を向上させることができることを意味します。 高度なセンサーを導入して風の変化を検出し、トラッカーの位置を調整してエネルギー生産を最適化することができます。 トラッカーのプロファイルを小さくしたり、剛性を高めたり、風荷重や空力弾性効果に耐える特定の素材を使用してトラッカーを設計したりすることも可能です。

風洞試験はソーラートラッカーの開発において重要な役割を果たします。 新しいトラッカーがあらゆる風条件にどのように対処できるかを評価するために小規模モデルが使用され、開発の初期段階で設計上の限界が明らかになります。 設計を調整した後、リスクを最小限に抑えた、コスト効率の高いフルサイズのトラッカーを作成できます。

風上地形シミュレーションは、風洞試験の重要な要素の 1 つです。 このタイプのシミュレーションでは、木や建物、さらにはサイト上の他のトラッカー列など、風力に影響を与える可能性のある現実世界の障害物を再現します。

風上挙動シミュレーションには、さまざまな標高曲線、変更可能な表面粗さ、可動バリア、ハリケーンや竜巻などのさまざまな風現象の表現が含まれます。

耐風性ソーラートラッカーを設計する際には、積み込み角度とそれに関連する静的および動的風荷重を慎重に考慮する必要があります。 有用な緩和戦略は、システム内の振動エネルギーまたは発振を消散または制御する制振です。

ダンパーは、トルク チューブの軸に沿ってねじれや回転運動を引き起こすねじり力の影響を受けやすい 0° 収納時のソーラー トラッカーにとって、最適な収納戦略を開発する上で重要な部分です。 耐風性 1P トラッカーの開発中、最適な収納戦略を開発するために風洞でさまざまな傾斜角度がテストされました。 テストでは、傾斜角度が低いほど、構造にかかる静的荷重が少なくなり、システム全体にかかる力が少なくなることが実証されました。 横方向の荷重がゼロに近かったため、0°の傾斜角では最も低い係数値が得られました。

傾斜角が大きくなると、構造にさらなる応力がかかり、追加の横方向の力に耐えるために、より多くの基礎を設置するか、基礎とトルク チューブのサイズを大きくする必要があります。 対照的に、適切な程度の過減衰と変形に耐える剛性を備えた 0° 収納戦略では、必要な基礎が少なくなることがわかりました。

0°収納の理想的な設計では、トラッカーのコストを制御し、資産を保護し、効率を維持するために、剛性、減衰、重量のバランスを取る必要があります。 高い傾斜角での収納は安全ですが、基礎や構造物の他の部分にかかる風荷重が増加する可能性があるため、空力的不安定性を引き起こす動的変動を軽減するために、より剛性の高いシステムまたは過減衰設計が必要になります。

振動や発振を抑制する適切な減衰は、太陽追跡システムの安定性を確保するために非常に重要です。 適切な減衰の量と種類の決定は、設計の格納角度、翼の長さ、構造の質量などのさまざまな要因によって決まります。

ここでもテストが重要です。 減衰が不足しているシステムは不安定になる可能性があり、ねじれ力に対処するために補助ダンパーなどの高価な緩和策が必要になり、トラッカーの損傷や故障さえも引き起こす可能性があります。

前のセクションで説明した 1P ソーラー トラッカーの場合、0 度の格納戦略と 30 ～ 40 m の翼の長さがあり、適切な減衰構造を作成するには 1 列あたり 2 ～ 4 個のダンパーで十分であることがわかりました。

適切な構成を決定するには品質テストが不可欠であるため、プロジェクトの仕様、予算、スケジュールを満たすことができるダンパーの専門知識を備えた経験豊富なトラッカー ソリューション プロバイダーを必ず選択してください。

トラッカーの設計を単独でテストすることはできません。 パフォーマンスを最大化し、長期的なリスクを軽減するには、複数列のテストを実施して剛性と減衰のバランスをとることが不可欠です。 位置、遮蔽、風の渦はすべて、太陽電池アレイのさまざまなセグメントの空力弾性性能にさまざまな形で影響を与える可能性があります。

複数列試験では、テーブルを回転させて複数の角度からの風試験をシミュレートし、システムの周囲と中央の列に対する静的および動的風の影響を判断します。 圧力タップは、ピークの静的および動的風荷重を決定し、最適化された 0° の積込み角度を設計するために必要な係数値を提供します。 この値は、基礎の理想的な数と最もコスト効率の高いアレイの高さを決定するのにも役立ちます。

例の 1P トラッカーでは 0°の収納角度が理想的でしたが、すべての列が収納時にパネル上を風が吹いたのと同じように動作しましたが、風下で中央ゾーンに影響を与える前に、周囲ゾーンは収納前の位置でより高い荷重を受けました。

効率を維持し、機械的磨耗を回避し、ダウンタイムを削減して効率を低下させるためには、空力弾性効果を検証することが重要です。 複数の行をテストすると、システム全体の設計が強化され、周囲のゾーンがアレイの中央の行に悪影響を及ぼさないように戦略を調整できるようになります。

プラックテスト (トラッカーを引っ張ったり放したりして突風をシミュレートし、その動的挙動を評価する) では、トラッカーの剛性と減衰比を検証します。 このプロセスには、高振幅テストと低振幅テスト、および振動テストも含まれます。 結果は、設計のバランスをとるために、空力弾性風力テストの結果と比較されます。

最大 15° の回転の可能性を正確に予測するには、指定された回転角度を摘み取りテストの計算に組み込むことが不可欠です。 より低い角度を考慮した摘み取りテストはシミュレーションが容易かもしれませんが、精度が低下する可能性があります。

適切な摘み取りテストにより、トラッカーが実際の風の状況で期待どおりに動作することが保証され、コストのかかるダウンタイムが回避されます。 豊富な引き抜き試験の専門知識と、既存の空力弾性風速レポートを検証できる経験豊富なエンジニアリング チームを備えたトラッカー ソリューション プロバイダーを選択してください。

追跡技術を評価する際には、次の疑問を裏付ける堅牢なデータを提供できる広範な風洞試験を行っているメーカーを検討してください。

トラッカーのメーカーは近年、包括的な複数列の静的、動的、空力弾性風洞試験を実施しましたか? トラッカーの設計がこれらのテストで指定された公差に準拠していることを証明できますか?

彼らは、自社の設計が、固有振動数、減衰、アレイ高さ、弦長、トラッカー長、GCR などのテストで指定された公差を満たしていることを証明できますか?

通常の動作時および収納時にシステムが耐えられる臨界風速はどれくらいですか? 航空弾性風速レポートのデータを使用してこれらの速度がどのように計算されるかを具体的な計算で示していますか?

トラッカーのメーカーは、標準の建築基準要件を超えて、指定されたすべての圧力と風洞固有の荷重の組み合わせを設計が考慮しているという証拠を提供できますか?

トラッカーのメーカーの設計がダンパーを使用していない場合、通常の動作中および収納時にトラッカーが空力弾性の悪影響を受けないことを検証できますか?

Chase Anderson は、エンジニアリング現場サポート チームの一員として 2012 年に Terrasmart に入社し、北東部のプロジェクト現場を定期的に訪問しました。 それ以来、彼は風雪荷重解析に関する Terrasmart の研究とテストを進める上で中心的な役割を果たしてきました。 Terrasmart は、ラッキング、設置、eBOS、およびソフトウェアの統合会社として、国内で最も厳しい現場のいくつかで 4,900 のプロジェクトにわたって 20 GW の太陽光発電容量を設置してきました。