Kaip pasirinkti saulės modulių tvirtinimą žemėje montuojamoms FV sistemoms

Saulės tvirtinimo tipų ir technologijų suderinamumo supratimas

Apžvalga apie žemėje montuojamas saulės FV sistemas ir jų konstrukcinius reikalavimus

Žemėje sumontuoti saulės elementai reikalauja patviro konstrukcinio palaikymo, kad atlaikytų oro sąlygų sukeliamą įtampą ir tuo pačiu išgautų maksimalią galia. Dauguma dabartinių sistemų remiasi cinkuotais plieniniais arba aliumininiais rėmais, kurie turėtų išlaikyti bent 25 metus prieš saulės pažeidimą. Pagrindai skiriasi priklausomai nuo dirvožemio tipo, kuriame jie yra, nes skirtingi dirvožemiai po įtampa elgiasi skirtingai. Pagal 2024 m. atliktą Nuance Energy analizę didelei mastelio saulės elektrinėms, teisingai parinkus pamatus jau nuo pradžių, vėlesnių remonto sąnaudų galima sumažinti apie 40 %. Tai logiška, atsižvelgiant į tai, kiek šios sistemos kainuoja iš pradžių.

Fiksuotas pasvirimas, vienašonis ir dviejų ašių sekimo sistemos: našumas, kaina ir taikymo sritys

Kalbant apie saulės energijos įrenginius, fiksuoto pasvirimo sistemos yra gana paprastos ir nebrangios – apie 80 centų už sumontuotą vatą. Tačiau jų metinė energijos gamyba yra maždaug 12–15 procentų žemesnė lyginant su tais moderniais sekimo tipų įrenginiais. Šiuo metu dauguma įmonių renkasi vieno ašies sekimo sistemas, kurios, pagal praėjusiais metais paskelbtus NREL tyrimus, padidina energijos išvestį apie 25–35 procentais, nors kaina išauga iki apie 1,10 USD už vatą. Yra dar dviejų ašių sistemos, kurios bendrai gali sugauti beveik 45 procentais daugiau energijos. Bet atsargiai, žmonės – šios sistemos reikalauja apie 30 procentų daugiau techninės priežiūros. Dėl to jos geriau tinka vietovėms šalia polių, kur saulės šviesos kampas sezonų metu keičiasi itin smarkiai. Tose konkretiose vietose papildomas darbas atsipildo, tačiau kitur tai gali nebūti verta pastangų.

Dvipusės saulės baterijų integracija su optimaliomis saulės tvirtinimo konfigūracijomis

Pakeltas lentynas (≥1,5 m) leidžia bifacijoms saulės baterijoms pasiekti 10–20 % našumo pranašumą, nes galima panaudoti atspindėtą spinduliavimą nuo žemės paviršiaus. Derinant tai su 2,5 m eilių tarpais ir vienašoniu sekimu, našumas dar labiau didėja – lauko tyrimai Arizonoje (JAV energetikos departamentas, palyginamasis tyrimas, 2023 m.) parodė 22 % geresnius rezultatus lyginant su fiksuoto nuolydžio monofacinėmis sistemomis esant panašioms sąlygoms.

Panelelės technologijos suderinimas su tvirtinimo sistemos konstrukcija siekiant efektyvumo

Aukšto efektyvumo PERC moduliai užtikrina maksimalų grąžinimą, kai jie derinami su sekimo sistemomis, tuo tarpu plėveliniai technologijų sprendimai geriausiai veikia lengvose balastuotose sistemose, kurios mažina žemės paviršiaus trikdymą ir konstrukcinius reikalavimus.

Vietos specifinių žemės sąlygų ir pamatų sprendimų vertinimas

Kaip dirvožemio sudėtis įtakoja saulės energijos tvirtinimo sistemų pamatų projektavimą

Dirvožemio tipas tiesiogiai veikia pamatų gylį ir montavimo metodą. Moliūs dirvožemiai reikalauja 40 % didesnio polių įleidimo gylio nei smėlingos pagrindo užpildos dėl išsiplėtimo jėgų drėgnų ir sausų ciklų metu (Geotechninės saugos institutas, 2023). Uolėtas reljefas reikalauja sraigto tipo tvirtinimo sistemų, o sočiuose dirvožemiuose gali prireikti drenažo patobulinimų, kurių kaina siekia nuo 12 iki 18 JAV dolerių už bėginį pėdą.

Įkalami arba balastuojami sprendimai: pasirinkimas priklausomai nuo dirvožemio stabilumo

Įkalami pamatai užtikrina geresnį našumą nestabiliose ar seismiškai aktyviose zonose, pasižymintys 34 % didesniu šoninių apkrovų atsparumu lyginant su balastuojamais alternatyviais sprendimais. Nors balastuojamos sistemos sumažina pradines išlaidas 22 % lygiuose, gerai drenuojamuose sklypuose, joms reikia 50 % didesnio žemės ploto, kad būtų pasiektas toks pats pajėgumas. Palyginamoji 12 MW saulės elektrinės tyrimo analizė parodė pagrindinius kompromisus:

Atvejo tyrimas: saulės energijos tvirtinimo sistemų diegimas sudėtingoje vietovėje

Utah valstijoje esantis saulės elektrinė sėkmingai įveikė plintantį gipso molį naudodama 8,5 m cinkuotas sriegines polius, sustiprintas polimerinėmis injekcijomis. Nepaisant 45,7 cm dirvožemio judėjimo per metus, sistema pasiekė 99,3 % konstrukcinę stabilumą – taupydama 740 tūkst. USD lyginant su betoniniais pamatais, tuo pačiu atitikdama NEC 2023 metų korozijos standartus.

Išdėstymo optimizavimas: pasvirimas, orientacija ir tarpai maksimaliam derliui

Maksimalus saulės energijos pasisavinimas dėka optimalaus pasvirimo ir orientacijos

Pasvirimo kampo suderinimas su vietovės platuma užtikrina optimalią metinę saulės apšvietą – pavyzdžiui, 40° pasvirimas 40° platumoje. Fiksuotos eilės, nukreiptos tiksliai į pietus (Šiaurės pusrutulyje), paprastai pagamina 20–25 % daugiau energijos nei prastai suprojektuoti išdėstymai, rodo pramonės tyrimai. Sezoniniai reguliavimai (±15°) dar labiau padidina derlių, tačiau didina sudėtingumą.

Šešėlių sumažinimas strategiškai renkant skydelių tarpus ir eilių išdėstymą

Šešėlio nuostoliai viršija 10 %, kai eilės yra nutolusios mažiau nei 1,5 karto nuo skydelio aukščio žiemą. Naudodami tokias priemones kaip Solar Pathfinder 3D vietos analizei galite nustatyti kliūtis. Išlaikydami 18–24 colių atstumą nuo žemės išvengiate augmenijos trukdžių, o laipteliuose išdėstytos eilės kas 5–7° išlaiko spinduliavimo vientisumą nelygiose teritorijose.

Simuliavimo įrankių naudojimas energijos gamybos ir žemės naudingojo ploto efektyvumui modeliuoti

PVsyst ir SAM leidžia tiksliai modeliuoti išdėstymo efektyvumą, derinant energijos tankį su žemės panaudojimu. 2023 m. palyginimas parodė, kad SAM dvipusio spinduliavimo modeliavimas sumažino projektavimo klaidas 42 % lyginant su rankiniais skaičiavimais.

Šios priemonės padeda užtikrinti, kad realaus naudojimo našumas pasiektų 95–97 % teorinio maksimalaus išėjimo.

Inžinerinis saulės tvirtinimo konstrukcijų projektavimas vėjo, sniego ir aplinkos apkrovoms

Apskaičiuojant regioninius vėjo ir sniego apkrovos reikalavimus

Montavimo sistemos turi atlaikyti bet kokius gamtos iššūkius, priklausomai nuo vietinių sąlygų. Kai vėjo greitis pasiekia 115 mylių per valandą ar daugiau, tvirtinimo sistema turi būti apie 30 procentų patvaresnė lyginant su įprastomis konfigūracijomis. Dauguma inžinierių, nustatydami jėgą, kuri gali atplėšti paneles nuo tvirtinimų, remiasi ASCE 7-22 rekomendacijomis bei vietos oro sąlygų modeliais. Kalnuose yra ypatingų sunkumų, kadangi turbulentiškas oras iš tikrųjų padidina apkrovos reikalavimus maždaug pusantro karto lyginant su įprastomis sąlygomis. Vietovės aplink Didžiuosius ežerus susiduria su sunkiu, šlapiu sniegu, kuris gali slegti konstrukcijas apie 40 svarų kvadratiniam pėdos plotui. Siekiant išspręsti šią problemą, įrenginiai paprastai montuojami didesniu kampu – pradedant nuo apie 35 laipsnių, kad sniegas slystų nuo paviršiaus, o ne kaupiasi pavojingai.

Tvirtinimo strategijos ilgaamžiškumui ekstremaliomis oro sąlygomis

Kryžminė tvirtinimo sistema ir sraigtinės polių pamatai sumažina konstrukcijos deformaciją 18 % uraganų pavojų regionuose. Termo plėtimosi tarpai neleidžia iškrypti dykumų aplinkose, kur dienos temperatūros svyravimai pasiekia 60 °F, o siaurėjančios atramų konstrukcijos mažina ledo kaupimąsi alpinėse klimato zonose.

Medžiagos atsparumas: cinkuotas plienas prieš aliuminį sudėtingose klimato sąlygose

Didesnis cinkuoto plieno tankis (7,85 g/cm³) užtikrina natūralų svorį smėlinguose gruntų tipuose, tuo tarpu lengvesnis aliuminio svoris (2,7 g/cm³) naudingas seisminiuose regionuose, kur reikia sumažinti masę.

Savybių skirtumai prie jūros ir sausrose vietovėse saulės energijos tvirtinimo sistemose

Pakrantės įrenginiai, naudojantys trijų sluoksnių cinkavimą, po 15 metų išlaiko 92 % konstrukcinį vientisumą, pranašesni už standartines dangas (78 %). Saharo regionuose pasyvaus aušinimo laikikliai padidina energijos išeigą 5 % dėka optimizuoto oro srauto, kuris palaiko skydelių temperatūrą žemiau nei 95 °F.

Atitiktis, saugumas ir ilgalaikė priežiūra

Atitikimas NFPA 70 ir FM Global standartams gaisrinės ir konstrukcinės saugos klausimais

Laikytis NFPA 70 (Tautinio elektros kodekso) taisyklių kartu su FM Global rekomendacijomis – tai ne tik rekomenduojama, bet beveik privaloma siekiant užkirsti kelią gaisrams ir užtikrinti pastatų saugumą. Kodeksas nustato tokias nuostatas kaip augalų laikymas vertikaliai ne arčiau kaip 45 cm ir horizontaliai ne arčiau kaip 90 cm nuo įrangos, naudoti korozijai atsparius medžiagas bei užtikrinti, kad visos elektros sistemos būtų tinkamai įžemintos. Montuojant įrenginius pajūrio zonoje, kur vėjai gali pasiekti didelį greitį, aliuminio konstrukcijos turi atlaikyti vėjo gūsius iki 225 km/h. Šiaurės rajonuose, kur žiema atneša sunkų sniego kritulį, cinkuoto plieno rėmai turi būti pakankamai stiprūs, kad išlaikytų apie 24 kg sniego apkrovą kvadratiniam pėdos plotui. Šios specifikacijos nėra savavališkos – jos grindžiamos realiomis sąlygomis, su kuriomis įranga susiduria praktikoje.

Trečiosios šalies sertifikavimas ir ekonomiškai efektyvi kodekso laikymasis

Trečiųjų šalių sertifikavimas iš organizacijų, tokių kaip UL Solutions, sutrumpina patvirtinimo laikotarpį 40–60 dienų lyginant su savęs sertifikavimu (2023 metų atsinaujinančios energijos sertifikavimo ataskaita). Sertifikuotos sistemos siūlo patikrintus našumo duomenis ir platesnį jurisdikcinį pripažinimą.

Geriausios diegimo, apžiūros ir priežiūros praktikos

Metinės apžiūros turėtų patikrinti:

1. Statinio veržimo momentas ant pamatų veržlių (±10 % nuo pradinių specifikacijų)
2. Antikorozinio dengimo vientisumas (≥85 % paviršiaus padengimo)
3. Augmenijos atstumas (≤6 colių augimo nuo paskutinio apkarpymo)
4. Elektrinę grandinės tęstinumą (varža <25 Ω tarp įžeminimo sistemų)

Priežiūros žurnalai, sudaromi pagal ASTM E2659-18 protokolus, atitinka 97 % stambiosios energetikos draudimo reikalavimų. Ketvirtiniai infraraudonųjų spindulių skydų skenavimai ir mėnesinis augmenijos valdymas komercinėje veikloje prevencijai užkerta kelią 83 % prastovų atvejų.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kokia skirtumas tarp fiksuoto pasvirimo ir vienašolio sekimo sistemų?

Fiksuoto pasvirimo sistemos turi nejudamą saulės baterijų kampą, kuris paprastai nustatomas vieną kartą įrengimo metu, o vieno ašies sekimo sistemos leidžia plokštėms judėti arba suktis per dieną sekdamos saulės judėjimą iš rytų į vakarus, padidindamos energijos išvestį.

Kaip dirvožemio tipas veikia saulės baterijų pamatus?

Dėl skirtingų savybių, tokių kaip plitimasis dėl drėgnų ir sausų ciklų, skirtingi dirvožemio sudėtiniai reikalauja skirtingų pamatų gylų ir metodų, kurie gali paveikti saulės baterijų reikiamą konstrukcinę vientisumą ir atramą.

Kodėl trečiųjų šalių sertifikavimas yra svarbus saulės baterijų tvirtinime?

Trečiųjų šalių sertifikavimas užtikrina patvirtintus našumo duomenis, sutrumpina patvirtinimo laikotarpius ir užtikrina atitiktį saugos standartams, todėl įrenginiai tampa patikimesni ir priimtini įvairiose teisėkūros jurisdikcijose.