5 Netzlasten, die Sie über photovoltaische Solarkraftwerke wissen müssen

Photovoltaik-Kraftwerke (PV-Kraftwerke) sind verschiedenen Belastungen ausgesetzt, darunter strukturelles Eigengewicht, Windlasten, Schneelasten, seismische Effekte und durch Temperaturschwankungen verursachte Lasten.

Hier ist eine Aufschlüsselung der wichtigsten Lastarten:

1. Strukturelles Eigengewicht: Dies umfasst das Gewicht aller permanenten Komponenten, wie PV-Module, Montagekonstruktionen, Kombinationskästen, Kabel und Befestigungselemente. Es wird als ein Dauerlast.

2. Windlast: Eine bedeutende variable Belastung Bei PV-Anlagen wird die Windlast durch die geografische Lage, die Höhe, das Gelände und die Form der Anlage beeinflusst.

3. Schneelast: Abhängig von der geografischen Lage, dem Klima und der Jahreszeit betrifft die Schneelast vor allem PV-Anlagen in Regionen, in denen es vor allem im Winter schneit.

4. Seismische Auswirkungen: Diese werden auf der Grundlage der seismischen Intensität der Region berechnet und in folgende Kategorien eingeteilt zufällige Belastungen.

5. Auswirkungen von Temperaturänderungen: Temperaturschwankungen führen dazu, dass sich Materialien ausdehnen und zusammenziehen, was zu Spannungen innerhalb der Struktur führt.

Beispiel für Windlastberechnung

Betrachten wir eine Aufdach-PV-Anlage in Peking mit drei in einer Reihe angeordneten Modulen, jedes mit einer Fläche von 1,3 Quadratmetern. Die folgenden Schritte veranschaulichen die Berechnung der Windlast:

1. Bestimmen Sie den grundlegenden Winddruck: Konsultieren Sie den "Load Code for the Design of Building Structures" (GB50009-2001 oder neueste Ausgabe), um den grundlegenden Winddruck für Beijing zu bestimmen.

2. Berechnen Sie den Gust-Faktor (pgz): Für eine Höhe von 20 Metern nehmen Sie einen Böenfaktor von 1,69 an (dieser Wert hängt von der jeweiligen Höhe und den gesetzlichen Vorschriften ab).

3. Windlast-Formkoeffizient (ps): Je nach Modulanordnung und Projektspezifika ist ein Wert von 1,3 anzunehmen.

4. Winddruckhöhen-Variationskoeffizient (pz): Verwenden Sie einen Wert von 1,2, um die Winddruckänderungen mit der Höhe zu berücksichtigen.

5. Berechnen Sie den Windlaststandardwert (Wk): Verwenden Sie die Formel Wk = Pgz × ps × pz × W0, wobei W0 der grundlegende Winddruckwert ist.

Unter der Annahme eines Basiswinddrucks (W0) von 0,5 kN/m² für Peking wird der Windlaststandardwert wie folgt berechnet: 𝑊𝑘=1.69×1.3×1.2×0.5=1.3284𝑘𝑁/𝑚2

Dies impliziert einen Windlast-Standardwert von 1,3284 kN/m², der auf die geneigte Modulfläche wirkt. Bei der tatsächlichen Planung ist es entscheidend, die Lastkombinationen gemäß den Vorschriften zu berücksichtigen, den Standardwert in einen Bemessungswert umzurechnen und die Tragfähigkeit der Montagestruktur, der Befestigungselemente und anderer Komponenten zu überprüfen.

Beispiel für die Berechnung der Schneelast

Die Berechnung der Schneelast stützt sich in der Regel auf historische Klimadaten und den "Load Code for the Design of Building Structures" (GB50009). Unter der Annahme, dass die Werte für die maximale Schneehöhe und Schneedichte in einer bestimmten Region bekannt sind, kann der Schneelast-Standardwert 𝑆𝑠𝑛𝑜𝑤Snow mit der Formel berechnet werden: 𝑆𝑠𝑛𝑜𝑤=𝑐𝑟⋅𝛾𝑠⋅𝑠⋅𝜌𝑠Ssnow=cr⋅γs⋅s⋅ρs
wo:
𝑐𝑟cr ist der Schneelast-Kombinationsfaktor, der üblicherweise mit 0,7 angesetzt wird;
𝛾𝑠γs ist das Gewicht des Schnees pro Volumeneinheit, etwa 0,2 kN/m³ in Nordchina;
𝑠s ist die maximale Schneehöhe in Metern;
𝜌𝑠ρs ist die Schneedichte, die je nach Region und Klima variiert und im Allgemeinen zwischen 0,15 und 0,35 kN/m³ liegt.

Berechnung der seismischen Belastung

Die Berechnung der seismischen Auswirkungen ist relativ komplex und umfasst Faktoren wie die seismische Intensität, die Standortkategorie, den Bautyp und die Grundperiode. In der Regel wird die Methode des Antwortspektrums angewandt, wie sie im "Code for Seismic Design of Buildings" (GB50011) beschrieben ist. Bei dieser Berechnung werden die horizontalen seismischen Kräfte, die in verschiedenen Richtungen auf das Bauwerk wirken, sowie die entsprechenden seismischen Scherkräfte und Momente ermittelt.

Spannungsberechnung aufgrund von Temperaturänderungen

Thermische Ausdehnung und Kontraktion, die durch Temperaturschwankungen verursacht werden, führen zu Spannungen innerhalb der Konstruktion. In der Entwurfsphase wird dieser Effekt in der Regel durch die Berücksichtigung geeigneter Einbauspalten und flexibler Verbindungen abgeschwächt. Für genaue Berechnungen sind der lineare Ausdehnungskoeffizient des Materials, die Änderungen der Strukturabmessungen und die Zwangsbedingungen zu berücksichtigen. Die Spannungsverteilung innerhalb der Struktur kann dann mit Hilfe thermodynamischer Prinzipien berechnet werden.

Kombinierte Belastungseffekte

In der Praxis sind die Strukturen von PV-Anlagen der kombinierten Wirkung mehrerer Lasten ausgesetzt. Bei der Planung werden diese Lasten unter Berücksichtigung ihrer ungünstigsten Auswirkungen kombiniert. Die Lastkombinationen folgen in der Regel den in den Normen festgelegten Richtlinien, wie z. B. Basiskombinationen (ständige Last + veränderliche Last) und Sonderkombinationen (Berücksichtigung von zufälligen Lasten wie Erdbeben und Explosionen).