Aurinkopaneelien kattokiinnikkeiden kestävyys myrskytuulissa

Abstract

Tämän kandidaatintyön päätavoitteena oli tutkia aurinkopaneelien kattokiinnikkeiden kestävyyttä myrskytuulessa. Työssä tutkittiin lisäksi kiinnikkeiden mitoitusta lumikuormien avulla. Tutkittavan aurinkopaneelijärjestelmän koko on 20 m2 ja se on asennettu talon katon lappeen suuntaisesti. Työssä tutkittiin erään valmistajan eri kattomateriaaleille tarkoitettuja kiinnikkeitä. Kiinnikkeet 3D-mallinnettiin SolidWorks-ohjelmalla ja niiden kestävyyttä tutkittiin Femap/NxNastran-rakenneanalyysiohjelmalla. Työssä käytettiin tutkimusmenetelmänä kirjallisuuskatsausta. Tuulikuormien laskentaan sovellettiin kirjallisuudesta saatuja tietoja sekä standardia SFS-EN 1991-1-4 ja lumikuormien laskentaan sovellettiin standardia SFS-EN 1991-1-3. FE-analyysillä selvitettiin kiinnikkeisiin kohdistuvat suurimmat jännitykset ja siirtymät tuuli- ja lumikuormilla. Saatujen tulosten perusteella kiinnikkeiden määrä pitää aina mitoittaa asennuskohteen mukaan, koska kuormien suuruuteen vaikuttaa monet asennuskohteesta riippuvat muuttujat. Tässä työssä käytetty kiinnikkeiden määrä ei ollut tarpeeksi suuri, että ne olisivat kestäneet analyyttisesti lasketut kuormitukset. Kiinnikkeiden määrää on kuitenkin helppo lisätä, jolloin kiinnikkeet kestäisivät niihin kohdistuvat kuormitukset. Tulosten perusteella esitettiin parannusehdotukset tutkituille kiinnikkeille. On kuitenkin kustannuskysymys, onko järkevintä lisätä kiinnikkeiden määrää, vai miettiä uusia ratkaisuja tai materiaalivaihtoehtoja kiinnikkeille.

The main target of this bachelor’s thesis was study solar panels roof mounting brackets durability in storm wind. In addition designing brackets with snow loads was studied. Studied solar panel system’s area was 20 m2 and it was installed parallel to the roof. In this thesis one manufacturer’s roof mounting brackets for different kind of roof materials was studied. Brackets was 3D modelled with SolidWorks and then their durability was analyzed with structural analysis program Femap/NxNastran. Literature review was used as research method in this thesis. Literature and standard SFS-EN 1991-1-4 were used to calculate wind loads and standard SFS-EN 1991-1-3 was used to calculate snow loads. The greatest stresses and displacements with different wind and snow loads were sorted out with FE-analysis. Based on the results, the number of the roof mounting brackets must designed according to the installation location because magnitude of the load depends on variables of the installation location. Number of brackets that was used in the analytical calculations were not enough to take the carried loads. However it is easy to add brackets and then brackets could last the loads. Based on the results improvement suggestions for brackets were presented. However it is cost issue is it most intelligent to add brackets or think about new solutions or change material of the brackets.