Wydajność systemów montażu paneli słonecznych w ekstremalnych klimatach: studia przypadków i dane

Wstęp

Energia słoneczna szybko staje się kluczowym elementem globalnej transformacji energetycznej. Jednakże wydajność i trwałość systemów energii słonecznej, w szczególności systemów ich montażu, zależy w dużym stopniu od warunków środowiskowych, w których są one instalowane. Ekstremalne warunki klimatyczne — niezależnie od tego, czy wiążą się z silnymi wiatrami, intensywnym upałem, obfitymi opadami śniegu czy zasolonym powietrzem — mogą znacząco wpłynąć na integralność i wydajność systemów montażu fotowoltaicznego. W tym artykule zbadano wydajność systemów montażu fotowoltaicznego w ekstremalnych klimatach, opierając się na studiach przypadków i profesjonalnych danych, aby zapewnić wgląd w wyzwania i rozwiązania dotyczące utrzymania długoterminowej produkcji energii w takich warunkach.

1. Wpływ ekstremalnych temperatur na systemy montażu fotowoltaicznego

Problem:

Wysokie temperatury, szczególnie w regionach pustynnych i obszarach o intensywnym nasłonecznieniu, mogą stanowić poważne wyzwanie dla trwałości systemów montażu fotowoltaicznego. Długotrwałe narażenie na działanie ekstremalnych temperatur może prowadzić do degradacji materiału, takiej jak wypaczenie lub osłabienie ram montażowych, a także może powodować niewspółosiowość panelu lub zwiększone zużycie elementów montażowych.

Przykład ze świata rzeczywistego:

W 2021 r. w elektrowni słonecznej na pustyni w Arizonie doszło do znacznego przesunięcia i niewspółosiowości paneli z powodu rozszerzalności cieplnej. W systemie montażu, który nie został zaprojektowany do wytrzymania intensywnego ciepła, niektóre aluminiowe elementy rozszerzyły się poza tolerancję konstrukcyjną. W rezultacie produkcja energii przez system spadła o 7% w ciągu roku.

Dane i rozwiązanie:

• Odporność na temperaturę: Systemy montażowe pracujące w ekstremalnych temperaturach muszą być wykonane z materiałów odpornych na wysokie temperatury bez naruszania ich integralności strukturalnej. W takich środowiskach zalecane są materiały odporne na korozję, takie jak anodowane aluminium i stal ocynkowana.

• Studium przypadku: Farma słoneczna Desert Sunlight położona na pustyni Mojave w Kalifornii wykorzystuje solidny system mocowania wykonany ze stopów aluminium i stali, które zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać trudne warunki pustynne. Dzięki odpowiedniemu doborowi materiałów i testom tolerancji termicznej system przez lata pozostawał stabilny przy minimalnej konserwacji.

Rozwiązanie:

• Używaj materiałów takich jak stal nierdzewna i wysokiej jakości aluminium, które mają wyższą odporność na rozszerzalność cieplną.

• Regularna konserwacja i okresowe inspekcje w celu zapewnienia braku przesunięć lub degradacji elementów systemu.

2. Obciążenie śniegiem i gromadzenie się lodu: zagrożenia dla systemów montażowych

Problem:

W chłodniejszym klimacie gromadzenie się śniegu i lodu stwarza wyjątkowe wyzwania dla systemów montażu fotowoltaicznego. Nadmierne obciążenie śniegiem może obciążyć konstrukcję montażową, potencjalnie prowadząc do awarii systemu. Dodatkowo ciężar nagromadzonego śniegu może blokować dotarcie światła słonecznego do paneli, zmniejszając produkcję energii.

Przykład ze świata rzeczywistego:

W 2018 r. duża instalacja fotowoltaiczna w Kanadzie napotkała problemy, gdy silna burza śnieżna doprowadziła do zawalenia się kilku konstrukcji montażowych. System mocowania nie został zaprojektowany, aby wytrzymać znaczne obciążenie śniegiem. W rezultacie panele zostały przesunięte, a gospodarstwo odnotowało kilkutygodniową przerwę w wytwarzaniu energii.

Dane i rozwiązanie:

• Obliczenia obciążenia śniegiem: Badanie przeprowadzone przez Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) sugeruje, że obciążenie śniegiem układu słonecznego należy dokładnie obliczyć w oparciu o lokalne warunki klimatyczne. Systemy instalowane na obszarach narażonych na śnieg powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymać do 30% większy ciężar niż systemy standardowe.

• Studium przypadku: Panel słoneczny o mocy 1,8 MW zainstalowany na dachu budynku badawczego Uniwersytetu Alberty zawiera system montażowy zaprojektowany tak, aby wytrzymać obciążenie śniegiem do 1,2 kN/m². System spisał się dobrze nawet w ekstremalnych warunkach zimowych.

Rozwiązanie:

• Zainstaluj osłony przeciwśniegowe lub grzejniki, aby zapobiec nadmiernemu gromadzeniu się śniegu na panelach słonecznych.

• Użyj wzmocnionych konstrukcji montażowych, aby mieć pewność, że wytrzymają dodatkowy ciężar śniegu.

3. Wysoka odporność na wiatr i burzę: ochrona systemów montażu fotowoltaicznego podczas ekstremalnych wiatrów

Problem:

Silne wiatry, szczególnie na obszarach narażonych na huragany i tornada, stanowią poważne zagrożenie dla systemów montażu fotowoltaicznego. Jeśli nie zostaną odpowiednio zaprojektowane, systemy montażowe mogą zawieść pod naporem silnych podmuchów, prowadząc do przemieszczenia lub uszkodzenia panelu.

Przykład ze świata rzeczywistego:

Po huraganie Maria, który nawiedził Portoryko w 2017 r., kilka farm fotowoltaicznych zostało poważnie uszkodzonych z powodu niewystarczającego oporu powietrza w ich systemach montażowych. Jednym z kluczowych zidentyfikowanych problemów było to, że konstrukcje montażowe nie zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymać wiatr kategorii 5, który uderza w wyspę. Ramy montażowe systemu zostały skręcone, a kilka paneli zostało wyrwanych.

Dane i rozwiązanie:

• Testowanie obciążenia wiatrem: Zgodnie z Międzynarodowym Kodeksem Budowlanym (IBC) systemy montażu paneli słonecznych na obszarach narażonych na huragany powinny być zaprojektowane tak, aby wytrzymać prędkość wiatru do 290 km/h. Wymaga to zarówno mocniejszych konstrukcji montażowych, jak i odpowiednich mechanizmów zabezpieczających panele.

• Studium przypadku: Projekt solarny Oahu na Hawajach wykorzystuje odporny na wiatr system montażu, który został przetestowany pod kątem odporności na wiatry o sile huraganu. Od czasu instalacji system był w stanie wytrzymać kilka burz przy minimalnych uszkodzeniach.

Rozwiązanie:

• Skorzystaj z systemów montażowych zaprojektowanych specjalnie dla obszarów o silnym wietrze, takich jak te certyfikowane w testach obciążenia wiatrem.

• Upewnij się, że wszystkie połączenia i osprzęt są odpowiednio zabezpieczone i wzmocnione, szczególnie w przypadku instalacji w strefach o silnym wietrze.

4. Korozja solna: wpływ na systemy montażowe na obszarach przybrzeżnych

Problem:

Regiony przybrzeżne są podatne na korozję solną ze względu na obecność słonej wody w powietrzu, która może szybko spowodować degradację metalowych elementów systemów montażu fotowoltaicznego. Z biegiem czasu korozja może osłabić konstrukcję, powodując przedwczesną awarię i skracając żywotność instalacji.

Przykład ze świata rzeczywistego:

Farma fotowoltaiczna zlokalizowana na Florydzie stanęła w obliczu poważnych problemów związanych z korozją ze względu na bliskość oceanu. System mocowania, wykonany głównie ze standardowej stali ocynkowanej, wykazywał oznaki rdzy i zmęczenia materiału w ciągu zaledwie trzech lat eksploatacji. Doprowadziło to do wzrostu kosztów konserwacji i przedwczesnej wymiany kilku komponentów.

Dane i rozwiązanie:

• Materiały odporne na korozję: Raport Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) podkreśla potrzebę stosowania materiałów odpornych na korozję, takich jak aluminium i stal nierdzewna do zastosowań morskich, w systemach montażu paneli słonecznych w regionach przybrzeżnych.

• Studium przypadku: Projekt Alamitos Solar Project na wybrzeżu Kalifornii wykorzystuje systemy montażowe ze stali nierdzewnej odpornej na korozję. Pomimo wystawienia na działanie słonej wody, system wykazał minimalne oznaki degradacji w ciągu 5 lat.

Rozwiązanie:

• Do montażu systemów w obszarach przybrzeżnych lub obszarach o dużej wilgotności używaj wysokiej jakości materiałów odpornych na korozję.

• Nakładaj powłoki ochronne, takie jak malowanie proszkowe lub anodowanie, aby zapobiec korozji słonej wody.

5. Klimat pustynny i suchy: wpływ kurzu i piasku na systemy montażowe

Problem:

W regionach pustynnych burze pyłowe i piaskowe mogą znacząco wpłynąć na wydajność paneli słonecznych i integralność systemów montażowych. Gromadzenie się kurzu na panelach zmniejsza produkcję energii poprzez blokowanie światła słonecznego, podczas gdy burze piaskowe mogą powodować zużycie zarówno paneli, jak i systemów montażowych.

Przykład ze świata rzeczywistego:

Farma fotowoltaiczna w Arabii Saudyjskiej borykała się z problemami związanymi z gromadzeniem się kurzu na panelach, co spowodowało 15% spadek produkcji energii w ciągu roku. Na system mocowania wpływa również ścieranie piasku, co prowadzi do zwiększonych potrzeb konserwacyjnych.

Dane i rozwiązanie:

• Powłoki odporne na kurz: Według badania przeprowadzonego przez Międzynarodową Agencję Energetyczną (IEA) instalowanie powłok przeciwpyłowych na panelach i stosowanie systemów regularnego czyszczenia może zmniejszyć straty wydajności związane z zapyleniem nawet o 10%.

• Studium przypadku: W parku solarnym Mohammed bin Rashid Al Maktoum w Dubaju zastosowano kombinację zrobotyzowanych systemów czyszczących i odpornych na kurz konstrukcji montażowych, aby złagodzić wpływ pustynnego piasku na wydajność paneli fotowoltaicznych.

Rozwiązanie:

• Zintegruj technologie samooczyszczania lub harmonogramy okresowego czyszczenia, aby usunąć kurz i piasek.

• Należy stosować systemy montażowe zaprojektowane tak, aby zminimalizować gromadzenie się kurzu, np. te z podwyższonymi konstrukcjami, aby umożliwić przepływ powietrza pod panelami.

Wniosek

Systemy montażu paneli słonecznych muszą być projektowane i instalowane z uwzględnieniem specyficznych wyzwań, jakie stwarza ekstremalny klimat. Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z silnym wiatrem, obfitymi opadami śniegu, intensywnym upałem czy solą przybrzeżną, wybór odpowiednich materiałów i zapewnienie, że systemy zostały zaprojektowane z myślą o lokalnym środowisku, ma kluczowe znaczenie dla długoterminowego sukcesu projektów związanych z energią słoneczną. Dzięki starannemu planowaniu, solidnej konstrukcji i ciągłej konserwacji systemy energii słonecznej mogą działać niezawodnie i wydajnie nawet w najtrudniejszych warunkach klimatycznych.

Wezwanie do działania

Jeśli planujesz instalację fotowoltaiczną w ekstremalnym klimacie, kluczowa jest współpraca z dostawcą, który rozumie wyjątkowe wyzwania, jakie stwarza Twoje środowisko. Skontaktuj się z nami już dziś, aby uzyskać fachową poradę w zakresie wyboru najlepszych systemów montażu fotowoltaicznego, które zapewnią długoterminową trwałość i optymalną wydajność, niezależnie od klimatu.