CFD-Studie der Winddrücke zur Optimierung der Gestaltung der Module und zur Reduzierung des Stahltonnages eines Photovoltaik-Kraftwerks.
Eine eingehende Studie der Winddrücke wurde an einem Solarkraftwerk durchgeführt, mit dem Ziel, die Gestaltung der Module zu optimieren und das verwendete Stahltonnage zu reduzieren, unter Einhaltung der lokalen Anforderungen. Dank der CFD-Expertise von EOLIOS ermöglichten fortschrittliche Simulationen die Bewertung der vom Wind in verschiedenen Konfigurationen ausgeübten Lasten.
Diese detaillierte Analyse ermöglichte es, maßgeschneiderte Lösungen vorzuschlagen, die eine optimale Beständigkeit und Stabilität der Module gewährleisten, unter Optimierung des Ressourceneinsatzes und unter Einhaltung der geltenden lokalen Normen.
Die Untersuchung der Winddrücke ist ein entscheidender Schritt, um die Effizienz der Solarkraftwerke zu verbessern, ihre Kosten zu senken, ihre Dauerhaftigkeit zu sichern und ihre Umweltbelastung zu minimieren.
Das Wesentliche. CFD-Studie der Winddrücke auf ein Solarkraftwerk in Montpellier : Windmodell Eurocode EN 1991-1-4, feine 3D-Geometrie jedes Moduls (aeraulische Abschirmungen), mehrere getestete Richtungen zur Ermittlung des kritischsten Szenarios. Druckbeiwerte und globale Kräfte fließen in eine mechanische Studie ein, die das Stahltonnage reduziert : Einsparungen und ein geringerer CO₂-Fußabdruck bei gleicher Festigkeit.
Das Windmodell stützt sich auf die Norm Eurocode 1 (EN 1991-1-4). Dieser Ansatz ermöglicht es, die maximalen Beanspruchungen zu bestimmen, denen die Strukturen bei starkem Wind ausgesetzt wären, um die Komponenten des Kraftwerks entsprechend zu dimensionieren und die Risiken von Schäden bei schlechtem Wetter zu begrenzen. Das Modell berücksichtigt die Veränderlichkeit des Windes mit der Höhe sowie Faktoren wie die geografische Lage, die lokale Orografie, die Jahreszeiten- und Richtungsbeiwerte, die Art des umgebenden Geländes und die Turbulenzintensität.
Dieses Mehrfaktorenmodell gewährleistet präzise und mit den regulatorischen Anforderungen konforme Ergebnisse. Um ein vollständiges Bild der vom Wind ausgeübten Lasten auf die Module zu erhalten, wurden verschiedene Windrichtungen berücksichtigt, was es ermöglicht, das kritischste Szenario zu identifizieren und die Gestaltung der Strukturen anzupassen.
Europäische Norm für die Windeinwirkungen auf Bauwerke. Sie liefert die Bezugswindgeschwindigkeit je nach geografischer Zone, Höhe, Gelände und Jahreszeit, den regulatorischen Ausgangspunkt der Bemessung, den die CFD anschließend verfeinert.
Um präzise Simulationen zu gewährleisten, wurde die Geometrie jedes Moduls sorgfältig in 3D modelliert. Dieser Ansatz bildet die Realität originalgetreu ab, indem er die Position jedes Moduls in Bezug auf die anderen berücksichtigt, und ermöglicht es, die durch ihre Anordnung gebildeten aeraulischen Abschirmungen zu analysieren, die Zonen, in denen der Wind durch die Anwesenheit der Module gestört oder gebremst wird.
Die Abschirmwirkung, die ein Modul auf die dahinterliegenden ausübt. Die Anordnung in Reihen erzeugt geschützte Zonen und exponierte ; nur eine vollständige 3D-Geometrie erfasst dies, wo eine allgemeine Formel es ignoriert.
Eine CFD-Studie (numerische Strömungsmechanik) an einem Photovoltaik-Kraftwerk durchzuführen, bietet mehrere Vorteile. Die CFD ermöglicht eine detaillierte Analyse der Windströmungen rund um die Module, wesentlich, um die auf die Strukturen ausgeübten Lasten zu verstehen und die mechanischen Beanspruchungen der Module und der umgebenden Komponenten zu bewerten.
Während für einfache Geometrien näherungsweise Standardwerte aus Datensätzen wie dem Eurocode 1 gewonnen werden können, ist es oft notwendig, eine präzisere Geometrie, die Auswirkung der Zahl und der Anordnung der Module und weitere für den untersuchten Fall spezifische Parameter zu berücksichtigen. Der CFD-Ansatz ermöglicht es, den Einfluss dieser Faktoren auf die Strömungen und damit auf die erzeugten Drücke besser zu verstehen.
Zum Merken. Die CFD ersetzt den Eurocode nicht, sie präzisiert ihn : durch die Einbeziehung der realen Anordnung der Module vermeidet sie pauschale Überdimensionierung und sichert eine möglichst genaue Bemessung, mit Material- und Kostenersparnis bei gleicher Sicherheit.
Diese Studie ermöglichte es, präzise Daten über die in jedem Punkt der Strukturen ausgeübten Drücke zu erhalten. Eine detaillierte Kartografie der mittleren Drücke je Zone wurde erstellt, und für jede Zone wurden Druckbeiwerte berechnet, die die Schwankungen des mittleren Drucks in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit angeben.
Die globalen, auf jede Struktur ausgeübten Lasten wurden berechnet: die Druckeffekte auf der Unter- und Oberseite der Module wurden berücksichtigt, kombiniert und über die Flächen integriert, um eine globale Kraft zu erhalten, deren Angriffspunkt bestimmt wird, entscheidend, um zu verstehen, wie diese Lasten von den Modulfüßen aufgenommen werden.
Eine dimensionslose Zahl, die den örtlichen Druck auf einer Fläche mit der Windgeschwindigkeit verknüpft. Einmal je Zone berechnet, liefert sie den Druck für jede Bemessungsgeschwindigkeit, ohne eine vollständige Berechnung erneut durchzuführen.
Dank der präzisen Daten über die Lasten und Drücke ermöglichen mechanische Studien die Optimierung der Dimensionierung der Strukturen: optimale Dicke der Träger oder der Füße oder optimale Zahl der Füße, unter Gewährleistung einer ausreichenden Steifigkeit, um den durch den Wind induzierten Lasten standzuhalten.
Durch die Optimierung dieser Parameter wird gewährleistet, dass das Kraftwerk in der Lage ist, den stärksten Winden standzuhalten — also die Sicherheit und Dauerhaftigkeit der Anlage. Indem die Menge an Rohmaterial minimiert wird, ohne die Festigkeit oder die Funktionalität zu beeinträchtigen, werden zudem erhebliche Einsparungen erzielt.
Dies schlägt sich in wirtschaftlichen Vorteilen für die Betreiber nieder, aber auch in ökologischen Vorteilen, indem der mit den verwendeten Materialien verbundene CO₂-Fußabdruck reduziert wird.
Know-how: der Winddruck auf Gebäude — Eurocode 1Winddruck, Eurocode und strukturelle Optimierung eines Solarkraftwerks.
Der Wind ist die Hauptlast, die auf die Module und ihre Träger einwirkt. Ihn gut zu quantifizieren erlaubt es, die Strukturen möglichst genau zu bemessen : weder unterdimensioniert (Versagensrisiko) noch überdimensioniert (verschwendeter Stahl).
Der Eurocode liefert Näherungswerte für einfache Geometrien. Die CFD berücksichtigt die reale Geometrie der Module, ihre Zahl und ihre Anordnung (aeraulische Abschirmungen), für weit repräsentativere Drücke. Siehe auch die Studie zu Extremwinden an Solarkraftwerken.
Eine dimensionslose Zahl, die den örtlichen Druck auf einer Fläche mit der Windgeschwindigkeit verknüpft. Je Zone berechnet, liefert sie den Druck für jede Bemessungswindgeschwindigkeit.
Durch die genaue Kenntnis der Kräfte optimiert die mechanische Studie die Dicke und die Zahl der Füße der Träger : gerade so viel wie nötig, um standzuhalten, daher Materialeinsparung und ein geringerer CO₂-Fußabdruck.
Der Bezugs-Extremwind nach Eurocode, über mehrere Richtungen getestet, um das kritischste Szenario zu ermitteln. Der CFD-Ansatz bleibt zudem eine Alternative zu Windkanaltests.
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CFD-Studie der Windeinwirkung auf ein Solarkraftwerk: Extremwinde nach Eurocode und strukturelle Standfestigkeit der Module.
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