Comprendere le fonti di vibrazione in fattori solari

Le grandi installazioni di energia solare sono assemblate in modo espansivo con moduli fotovoltaici (PV), strutture di montaggio, sistemi di tracciamento e apparecchiature elettriche. Questi sistemi sono continuamente sottoposti a carichi dinamici che generano vibrazioni. Le fonti principali includono fluidi e a buffet, movimento terra sismica, espansione e contrazione del ciclismo termico, e vibrazioni meccaniche da motori di tracciamento, inverter e ventilatori di raffreddamento.

Conseguenze delle vibrazioni incontrollate

Senza un adeguato controllo delle vibrazioni, gli allevamenti solari sperimentano un'accelerazione della fatica strutturale, micro-crack nelle celle fotovoltaiche, allentamento delle connessioni bullonate e disallineamento di specchi o pannelli di monitoraggio.Queste questioni riducono direttamente la resa energetica & #8212; micro-cracks, per esempio, possono causare perdite di energia del 5-10% rispetto al sistema’s life. Inoltre, le vibrazioni ripetute possono causare la corrosione fretting ai punti di contatto, portando ad una maggiore resistenza agli impatti di cortopiani elettrici

Tecnologie di campionamento core

I moderni sistemi di smorzamento per impianti solari impiegano una combinazione di metodi passivi, attivi e semiattivi, la scelta della tecnologia dipende dalla frequenza delle vibrazioni, dall'ampiezza e dai vincoli spaziali dell'array.

Isolatori di base

Gli isolatori di base, come i cuscinetti elastomerici o i cuscinetti a piombo-gomma, sono collocati tra la fondazione e la struttura di supporto, decoupleranno efficacemente la sovrastruttura dal movimento terra, riducendo le forze sismiche fino all'80%.

Ammortizzatori di massa sintonizzati (TMD)

I TMD sono costituiti da una massa, una molla e un dashpot sintonizzati alla struttura’s frequenza naturale. Sono particolarmente efficaci contro oscillazioni indotte dal vento in alte torri solari o grandi array di binari monoassiali. Ad esempio, i TMD sono stati implementati in impianti di torre di energia solare concentrata (CSP) per mitigare la risonanza da vortice che lei ha.

Materiali di smorzamento viscoelastico e polimero

I materiali viscoelastici, come adesivi acrilici, gel siliconici e composti in gomma ad alta luminosità, vengono applicati come strati tra i componenti strutturali o incorporati all'interno di supporti compositi. Questi materiali dissipano l'energia vibrazionale come calore attraverso l'attrito interno. Le loro prestazioni sono a temperatura e frequenza dipendente, quindi è necessario un'attenta selezione per ambienti esterni.

Ammortizzatori idraulici e fluidi

Gli ammortizzatori idraulici (ammortizzatori) sono utilizzati in sistemi di tracciamento su larga scala per controllare movimenti improvvisi da raffiche o eventi sismici. Essi forniscono una capacità di forza elevata e una smorzamento dipendente dalla velocità.

Rinforzi strutturali e progettazione comune

Oltre a smorzamenti discreti, il design strutturale può ridurre le vibrazioni. Utilizzando telai di resistenza al momento, bracing diagonale e connessioni bulloni accuratamente progettate (con rondelle di bloccaggio e precarico) aiuta a distribuire carichi dinamici.

Metodologia e modellazione di progettazione

La progettazione di un sistema di smorzamento delle vibrazioni inizia con una caratterizzazione dettagliata del sito: dati del vento (velocità, direzione, intensità della turbolenza), analisi dei rischi sismici e proprietà del suolo.

Selezione dei materiali per la durata esterna

I materiali di smorzamento in impianti solari devono sopportare decenni di esposizione UV, temperature estreme (da 30°C a 60°C), umidità, spray salino (nelle zone costiere), e potenziale esposizione chimica da ambienti agricoli (ad esempio, ammoniaca da fattorie vicine).

Installazione e manutenzione a lungo termine

Gli isolatori di base devono essere allineati con precisione per evitare il carico irregolare. Gli ammortizzatori di massa sintonizzati richiedono un'accurata messa di messa e un movimento libero senza ostacoli. Gli ammortizzatori idraulici hanno bisogno di connessioni sigillate per prevenire perdite di fluidi. Un programma di manutenzione dovrebbe includere controlli visivi annuali per la crepatura, l'usura o la corrosione in ammortizzatori e isolatori.

Prestazioni economiche e operative

L'investimento in una forte smorzamento delle vibrazioni migliora direttamente il costo livellato dell'energia (LCOE) riducendo i tempi di fermo e le spese di riparazione. Un sistema ben progettato può estendere la durata di servizio sia della struttura che dei moduli fotovoltaici di 5-10 anni, migliorando sensibilmente l'economia del progetto. I premi di assicurazione possono anche essere inferiori per i siti con una comprovata protezione dalle vibrazioni.

Studi sui casi e applicazioni reali

I 392 MW Ivanpah Solar Electric Generating System in California hanno installato gli ammortizzatori di massa sintonizzati nei suoi ricevitori di torre di potenza per mitigare le oscillazioni indotte dal vento.

Le direzioni future

La ricerca sta avanzando in sistemi di smorzamento intelligenti utilizzando fluidi magnetoreologici (MR) e materiali piezoelettrici che possono adattarsi in tempo reale. MR ammortizza la viscosità quando un campo magnetico viene applicato, permettendo il controllo attivo senza grandi consumi di energia.

Conclusioni

Grazie alla comprensione approfondita delle fonti di vibrazione, alla scelta di materiali e tecnologie di smorzamento appropriati, all'applicazione di un design e modellazione rigorosi, gli ingegneri possono migliorare notevolmente la resilienza e l'efficienza delle aziende solari. Il costo di smorzamento dei sistemi è più che compensato da guadagni a lungo termine in termini di affidabilità, produzione di energia rinnovabile e vita degli asset.

Risorse esterne: