La càrrega del vent és un dels paràmetres de disseny més importants per a un sistema de muntatge solar. Una matriu fotovoltaica instal·lada en un sostre o a terra està exposada a la pressió del vent i l'elevació, i l'estructura de muntatge ha de transferir aquestes forces de manera segura a l'estructura de suport.
Per a un càlcul preliminar, els enginyers generalment comencen amb la velocitat bàsica del vent local i després consideren factors com l'alçada de l'edifici, l'exposició del terreny, la geometria del sostre, la inclinació del panell, els coeficients de pressió i l'àrea exposada al vent.
El càlcul real ha de seguir la norma de disseny estructural aplicable a la ubicació del projecte.
1. Comença amb la velocitat bàsica del vent
La primera entrada és el disseny o la velocitat bàsica del vent especificada per la norma local aplicable.
Depenent del país, els enginyers poden treballar amb diferents estàndards i definicions de velocitat del vent-. Per tant, el valor s'ha de prendre del codi necessari per al projecte en lloc de copiar-se d'un lloc web de meteorologia general.
Per exemple, un projecte de terrat comercial pot requerir informació com ara:
- Velocitat bàsica del vent
- Direcció del vent
- Període de devolució del disseny
- Categoria d'importància de l'edifici
- Terreny o categoria d'exposició
- Condicions topogràfiques locals
La velocitat bàsica del vent és només el punt de partida. No representa la pressió final del vent que actua sobre els panells solars.
2. Calcula la pressió del vent de disseny
Una relació simplificada que s'utilitza habitualment per a l'enginyeria preliminar és:
q = 0.5 × ρ × V²
on:
q=pressió dinàmica del vent, N/m²
ρ=densitat de l'aire, kg/m³
V=velocitat del vent, m/s
Utilitzant una densitat d'aire estàndard d'aproximadament 1,225 kg/m³, això es pot simplificar a:
q ≈ 0.613 × V²
Per exemple, si la velocitat del vent de referència és de 40 m/s:
q ≈ 0,613 × 40²=981 Pa
Aquest valor representa la pressió bàsica de velocitat sota les condicions assumides. No és necessàriament la pressió de disseny final sobre el sistema de muntatge fotovoltaic.
3. Aplicar els coeficients de pressió del vent rellevants
La força del vent sobre un panell solar depèn més de la velocitat del vent.
Una expressió simplificada de la força del vent és:
F=q × Cp × A
on:
F=força del vent, N
q=pressió del vent de disseny, N/m²
Cp=coeficient de pressió aplicable
Zona de càrrega de=vent efectiu-, m²
El coeficient de pressió té en compte el comportament aerodinàmic del panell i l'estructura circumdant.
Per als sistemes fotovoltaics del terrat, la pressió positiva i la pressió negativa poden ser importants. En moltes instal·lacions, l'elevació del vent és una condició crítica de disseny perquè el vent pot intentar aixecar els panells lluny del sostre.
El coeficient adequat ha de provenir de la norma de disseny estructural i de la configuració de muntatge específica.
4. La inclinació del panell canvia la càrrega del vent
L'angle d'inclinació del panell solar afecta com el vent interacciona amb la matriu fotovoltaica.
Un panell gairebé pla i un panell molt inclinat no experimenten les mateixes forces aerodinàmiques.
A mesura que l'angle d'inclinació canvia, la força del vent que actua de manera normal al panell pot canviar. La geometria del panell en relació amb el sostre també afecta el flux d'aire per sota i al voltant de la matriu.
Per tant, en el càlcul s'ha d'incloure la informació següent:
- Angle d'inclinació del panell
- Orientació del panell
- Dimensions del panell
- Alçada del panell per sobre del sostre
- Espaiat entre files
- Espai entre panells
- Pendent del sostre
Una estructura de muntatge dissenyada per a un angle d'inclinació no s'ha de suposar automàticament adequada per a un altre.
5. L'alçada del sostre i la matèria del terreny
La velocitat del vent augmenta generalment amb l'alçada sobre el terra, i el terreny circumdant afecta l'exposició al vent.
Un sistema de muntatge solar en un magatzem industrial baix en una zona relativament protegida pot experimentar condicions de vent diferents d'un instal·lat en un edifici comercial alt en un entorn costaner obert.
Per tant, els enginyers poden haver de considerar:
- Altura de l'edifici
- Rugositat del terreny
- Edificis propers
- Terreny obert
- Exposició costanera
- Turons o altres característiques topogràfiques
És per això que la ubicació del projecte i la informació de l'edifici són essencials a l'hora de dissenyar un sistema de muntatge solar de sostre comercial.
6. Les zones de vora i cantonada del sostre necessiten una atenció especial
La pressió del vent no és necessàriament uniforme a tot el sostre.
Les vores i les cantonades del sostre poden experimentar efectes de vent locals més alts a causa de la separació del flux d'aire i la turbulència.
Per a grans matrius fotovoltaiques comercials, el disseny de muntatge pot necessitar, per tant, diferents requisits per:
- Zones interiors de coberta
- Zones de vora
- Zones cantoneres
Els panells solars situats a prop de les vores del sostre poden experimentar una elevació més gran que els panells situats a la part interior del sostre.
Per tant, la disposició de muntatge ha de seguir les disposicions de càrrega del vent-de vent aplicables en lloc d'aplicar una disposició de fixació uniforme a tot el sostre.
7. Calcula la força del vent a l'àrea del panell
Un cop establerta la pressió de disseny i el coeficient adequat, es pot estimar la força del vent a partir de l'àrea de càrrega efectiva.
Per exemple, suposem:
Pressió del vent: 981 N/m²
Superfície efectiva del panell: 2,0 m²
Coeficient de pressió simplificat: 1,2
La força preliminar resultant seria:
F = 981 × 1.2 × 2.0
F ≈ 2,354 N
Aquest exemple simplificat només serveix per comprendre el mètode de càlcul. El disseny fotovoltaic real requereix els coeficients adequats-basats en el codi, les combinacions de càrrega, els factors d'exposició i les condicions aerodinàmiques.
8. Converteix la força del vent en càrregues a l'estructura de muntatge
La força del vent al panell solar es transfereix a través del sistema de muntatge.
El camí de càrrega es pot simplificar com:
Panell solar → Pinça → Carril → Suport → Purlin / Element estructural → Estructura de l'edifici
Cada connexió al llarg d'aquest camí de càrrega ha de ser capaç de transferir la força requerida.
Això vol dir que el càlcul de la càrrega del vent només al panell no és suficient.
Els enginyers també haurien de comprovar:
- Carrils de muntatge
- Parèntesis
- Pinces
- Connexions cargolades
- Connexions soldades si escau
- Verlins
- Perfils estructurals
- Acoblaments del sostre
- Estructura de l'edifici
Un suport fotovoltaic fort no pot compensar un element de suport de mida inferior o una connexió inadequada del sostre.
9. Comproveu l'elevació dels sistemes de muntatge del sostre
En el cas de la fotovoltaica comercial al terrat, l'elevació és sovint una de les principals condicions de càrrega del vent-.
La força d'elevació neta es pot veure afectada per:
- Pressió del vent
- Zona del panell
- Coeficient de pressió
- Inclinació del panell
- Elevació del panell
- Zona coberta
- Configuració de muntatge
- Fixació de llast o mecànica
Per als sistemes connectats mecànicament, la força resultant s'ha de transferir a l'estructura del sostre a través dels punts de fixació.
Per als sistemes llastats, la resistència disponible del llast i la fricció s'ha de comprovar amb l'acció del vent calculada.
L'objectiu és assegurar-se que el sistema no llisqui, bolqui o s'aixequi sota les condicions del vent de disseny.
10. Comproveu l'espai entre els rails i els suports
La càrrega del vent també afecta l'espai necessari entre els components de muntatge.
Si la distància entre suports es fa massa gran, el rail o el perfil estructural poden experimentar una flexió excessiva.
La reducció de l'espai de suport pot reduir la càrrega que suporta cada secció individual.
L'espai final depèn de:
- Secció de carril o perfil
- Material
- Gruix
- Dimensions del panell
- Càrrega de vent
- Càrrega de neu
- Configuració de suport
- Capacitat de connexió
Per a projectes comercials, l'espaiat de les peces de suport fotovoltaic, rails, corretges i altres membres estructurals s'hauria de determinar, per tant, com a part del disseny estructural general.
11. No calculeu la càrrega del vent només a partir de la velocitat del vent
Un dels errors més comuns és utilitzar un simple càlcul de la-velocitat del vent i tractar el resultat com la càrrega de disseny final.
Un disseny de muntatge solar adequat pot necessitar tenir en compte:
Velocitat del vent + Exposició + Alçada + Topografia + Geometria del sostre + Geometria del panell + Coeficients de pressió + Combinacions de càrrega
La norma estructural aplicable determina com es combinen aquests paràmetres.
Per a projectes internacionals, el mètode de càlcul pot variar segons la norma reguladora, com ara ASCE 7, Eurocodi o un altre codi estructural nacional.
El proveïdor i l'enginyer del projecte han de confirmar quina norma s'aplica abans de finalitzar l'estructura de muntatge.
12. Quina informació necessita un proveïdor de muntatge solar?
Per a un disseny de muntatge basat en la-càrrega-de vent, els compradors haurien de proporcionar prou informació del projecte.
Les dades útils inclouen:
- Localització del projecte
- Altura de l'edifici
- Tipus de sostre
- Dimensions del sostre
- Pendent del sostre
- Dimensions del panell solar
- Pes del panell solar
- Orientació del panell
- Angle d'inclinació del panell
- Disseny del panell
- Mida i espai de la correa
- Dibuixos estructurals de coberta
- Requisit de velocitat-del vent local
- Estàndard de disseny aplicable
Per als sistemes de muntatge solar personalitzats, aquesta informació permet al proveïdor avaluar les seccions estructurals necessàries, la disposició dels suports, els punts de connexió i l'espaiat de suport.
La càrrega del vent s'ha de tractar com una ruta de càrrega completa
Calcular la càrrega del vent per a un sistema de muntatge solar no és simplement una qüestió de multiplicar la velocitat del vent per l'àrea del panell.
L'acció del vent s'ha d'avaluar d'acord amb la norma estructural aplicable i després transferir-se amb seguretat a través de l'estructura de muntatge completa.
Per als projectes de cobertes comercials, el disseny hauria de considerar el panell solar, el rail de muntatge, el suport fotovoltaic, la correa o el perfil estructural, la connexió del sostre i l'estructura de l'edifici com un sistema de transferència de càrrega-únic.
HardlySun subministra sistemes de muntatge fotovoltaic i components relacionats, inclosos sistemes de muntatge per al sostre, peces de suport fotovoltaic, corretges i tubs quadrats. Aquests components es poden seleccionar i configurar segons els requisits estructurals de diferents aplicacions fotovoltaiques.
Per a una cotització de projecte o una avaluació del-sistema de muntatge, proporcionar la ubicació del projecte, l'estructura del sostre, les especificacions del panell, el requisit de càrrega del vent- i els dibuixos estructurals proporciona al proveïdor la informació necessària per a una avaluació d'enginyeria més adequada.
