Aurinkopaneelijärjestelmän kuormitusten mallinnus
Kilkki, Kari (2018)
Diplomityö
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018051724179
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018051724179
Tiivistelmä
Tämän diplomityön tarkoituksena oli etsiä paras asennustapa uudelle aurinkopaneelille. Tutkittavina seikkoina oli tarkoitus ottaa huomioon hyvä valaisu koko kennoalueelle, sähköntuoton kannalta parhaan toiminta-asennon löytäminen ja kestävyys tuuli- ja lumikuormia vastaan. Huomioon olisi otettava myös varastoinnin, kuljettamisen ja asennettavuuden näkökohtia sekä edullinen hinta.
Tehtävää lähestyttiin tekemällä kirjallisuustutkimusta vastaavan paneelityypin kokeiluista ja asennuksista. Valaisua ja varjostusta tutkittiin tarkoitukseen soveltuvalla ohjelmistolla, jolla tehtiin testisarjoja paneelien parhaan toiminta-asennon löytämiseksi. Ohjelmistolla mallinnettiin myös erilaisten telinemallien rakenteen aiheuttamia varjostuksia paneelin taustapuolen sähköntuotantoon. Aurinkopaneeleille tarjolla olevia asennusjärjestelmiä kartoitettiin kirjallisuustutkimuksella telinevalmistajien esitteistä. Tasakatoille tehtävien asennusten vaiheista ja ongelmista kerättiin tietoja avoimella haastattelututkimuksella.
Tuuli- ja lumikuormia arvioitiin Eurokoodin mukaisilla laskentaohjeilla. Tuulikuormien määrittämisen osoittauduttua oletettua hankalammaksi tehtiin kirjallisuustutkimusta tuulikuormien vaikutuksista aurinkopaneeleihin. Löydetyt tutkimustiedot otettiin huomioon suositeltaessa paneelien asennustapaa myrskyvaurioriskien välttämiseksi.
Työn tuloksena saatiin yhdistettyä tutkimustietoa paneelityypin asennuksista, laskentaohjelman tuloksia, kuormituslaskelmia ja käytännön asennustyökokemuksia. Yhteenvetona laadittiin vaatimuslista bifacial-paneelien asennustelineiden mekaniikkasuunnittelulle ja koottiin rakennemallien varjostussimulaatiotulokset mekaniikkasuunnittelua nopeuttavaksi taulukoksi. The purpose of this thesis was to evaluate the best installation practice for bifacial solar photovoltaic panels to flat roof installations. The research included following points of view: proper irradiation to whole solar cell area, power output efficiency, minimizing shadowing, durability against wind and snow loads, easy installation and transportability and a cheap price.
The study was started with a literature review, which focused on tests and installations with bifacial solar photovoltaic panels. A solar power station evaluation software was utilized to calculate the best installation angles and distances. The effects of different installation parameters were tested with help of the software, and a shadowing simulation test series for different types of mounting systems was operated. A review of the available solar panel mounting systems to flat roofs was performed from the brochures of component manufacturers. An open interview on the phases and problems of flat roof installations was arranged with the mechanics.
Eurocode 1 wind and snow action standards were utilized to estimate the actions to solar panels. The evaluation of wind loads to solar panels proved to be indeterminate in Eurocode 1, which is focused to buildings. The determination of wind loads to solar panels was investigated with a literature review, and potential storm wind failures were taken into consideration by recommending the installation position of the panels to be low.
Combined information on advantageous installation for the panel type and the effects of corner vortices were gathered. Consequences were collected to a list of demands for mechanical designing process, and a table of the shadowing influences of different mounting structures was arranged to support component selections.
Tehtävää lähestyttiin tekemällä kirjallisuustutkimusta vastaavan paneelityypin kokeiluista ja asennuksista. Valaisua ja varjostusta tutkittiin tarkoitukseen soveltuvalla ohjelmistolla, jolla tehtiin testisarjoja paneelien parhaan toiminta-asennon löytämiseksi. Ohjelmistolla mallinnettiin myös erilaisten telinemallien rakenteen aiheuttamia varjostuksia paneelin taustapuolen sähköntuotantoon. Aurinkopaneeleille tarjolla olevia asennusjärjestelmiä kartoitettiin kirjallisuustutkimuksella telinevalmistajien esitteistä. Tasakatoille tehtävien asennusten vaiheista ja ongelmista kerättiin tietoja avoimella haastattelututkimuksella.
Tuuli- ja lumikuormia arvioitiin Eurokoodin mukaisilla laskentaohjeilla. Tuulikuormien määrittämisen osoittauduttua oletettua hankalammaksi tehtiin kirjallisuustutkimusta tuulikuormien vaikutuksista aurinkopaneeleihin. Löydetyt tutkimustiedot otettiin huomioon suositeltaessa paneelien asennustapaa myrskyvaurioriskien välttämiseksi.
Työn tuloksena saatiin yhdistettyä tutkimustietoa paneelityypin asennuksista, laskentaohjelman tuloksia, kuormituslaskelmia ja käytännön asennustyökokemuksia. Yhteenvetona laadittiin vaatimuslista bifacial-paneelien asennustelineiden mekaniikkasuunnittelulle ja koottiin rakennemallien varjostussimulaatiotulokset mekaniikkasuunnittelua nopeuttavaksi taulukoksi.
The study was started with a literature review, which focused on tests and installations with bifacial solar photovoltaic panels. A solar power station evaluation software was utilized to calculate the best installation angles and distances. The effects of different installation parameters were tested with help of the software, and a shadowing simulation test series for different types of mounting systems was operated. A review of the available solar panel mounting systems to flat roofs was performed from the brochures of component manufacturers. An open interview on the phases and problems of flat roof installations was arranged with the mechanics.
Eurocode 1 wind and snow action standards were utilized to estimate the actions to solar panels. The evaluation of wind loads to solar panels proved to be indeterminate in Eurocode 1, which is focused to buildings. The determination of wind loads to solar panels was investigated with a literature review, and potential storm wind failures were taken into consideration by recommending the installation position of the panels to be low.
Combined information on advantageous installation for the panel type and the effects of corner vortices were gathered. Consequences were collected to a list of demands for mechanical designing process, and a table of the shadowing influences of different mounting structures was arranged to support component selections.