Source: Renewenergyworld
Le vent est l'une des causes les plus fréquentes de dommages aux panneaux solaires, ont déclaré plusieurs responsables de l'industrie. En Espagne, au milieu de la dernière décennie, plusieurs grands suiveurs solaires à deux axes ont échoué à cause du vent, selon Dan Shugar, PDG de NEXTracker, basé à Fremont, en Californie. "Mais les trackers horizontaux en tant que catégorie sont très fiables depuis lors, de sorte que l'industrie solaire a convergé sur la piste horizontale comme le meilleur moyen pratique d'obtenir un gain d'énergie, en évitant tout l'acier qu'il faudrait pour protéger un axe double", a-t-il déclaré. .
Concevoir pour résister aux vents violents
La déflexion du vent sur les suiveurs solaires peut être le calcul de conception le plus compliqué à concevoir, puisque les pièces du suiveur se déplacent simultanément dans différentes directions. "Si vous ne disposez pas d'un système d'atténuation, tel qu'un limiteur de torsion ou des amortisseurs, le vent peut faire en sorte qu'un réseau oscille énormément", a déclaré John Williamson, directeur de l'ingénierie chez Array Technologies, basée à Albuquerque.
Le système en aluminium SunLink Precision-Modular RMS est disponible pour les modules à 60 et 72 cellules et à inclinaison de 10 degrés. Crédit: SunLink.
Diverses conceptions tentent de limiter l'impact du vent sur les suiveurs. "Nous avons opté pour un tube rond contrairement à la plupart des autres fabricants qui utilisent de l'acier de forme carrée ou autre - nous avons donc une résistance à la torsion supérieure de 30%", a déclaré Shugar. "Nous avons également opté pour un design équilibré", a-t-il déclaré, soulignant que la baie de disques basculerait à nouveau en position de rangement ou à plat. "Et notre vitesse d'arrimage est rapide - d'une rotation à l'autre en une minute", a-t-il déclaré. "Puisque le vent monte rapidement, nous voulons nous arrimer rapidement", at-il ajouté.
Plusieurs rangées de suiveurs DuraTrack HZ v3 sont reliées par un arbre d'entraînement rotatif et entraînées par un seul moteur industriel triphasé de 2 HP. Chaque moteur v3 peut piloter jusqu'à 28 rangées de 80 modules. Crédit: Array Technologies.
Il est important de noter que l'arrimage peut être une réponse prescrite au vent sur le bord d'un champ et ne pas être nécessaire dans le centre le plus protégé. En fait, l’arrimage d’un panneau solaire n’est pas nécessairement la meilleure solution pour une mise en place rapide, estiment d’autres. "Nous n'avons jamais compté sur l'arrimage pour nos systèmes; nous avons conçu pour ne pas l'arrêter. Les forces du vent sur un suiveur à une position de zéro degré peuvent toujours avoir une charge significative sur la matrice et un couple presque maximal sur le système", a souligné Array. La technologie est Williamson. "Avec notre nouvelle conception V3, nous avons mis au point une conception de stockage passif et ajouté un dispositif de limitation de torsion qui lui permet de se déplacer dans une position où la matrice est moins torsée", a-t-il déclaré. "Notre génération précédente était généralement construite à 115 mi / h, mais l'installation dans le pire des cas a été conçue pour supporter jusqu'à 175 mi / h. Cela a été prouvé sur le terrain sur plusieurs sites, y compris une installation située au NREL Wind Technology Center, à Boulder, au Colorado. La nouvelle version serait capable de gérer une vitesse standard de 135 km / h et une configuration similaire pour supporter des vitesses plus élevées ", a-t-il déclaré. Les microrafales de vent, ou les rafales descendantes, peuvent causer des vents allant jusqu'à 130 km / h sur la terre ferme. Par conséquent, l'exposition au vent est une donnée, quel que soit son emplacement.
Etant donné que le vent peut affecter les bords extérieurs d'un champ de panneaux solaires de manière beaucoup plus intense, les rangées externes doivent être construites pour être à la fois plus rigides et plus résistantes. NEXTracker, par exemple, utilise un acier plus épais sur les rangées extérieures pour faciliter la conception de cet effet. Le vent est néanmoins difficile à prévoir. "Ce que certaines entreprises solaires supposent, c'est que le vent continue de diminuer à mesure que l'on avance dans un réseau, ce qui n'est pas nécessairement le cas. Les réseaux sont dans une couche turbulente de l'atmosphère et le vent est de nature très aléatoire et chaotique", a déclaré Williamson.
Test et analyse
Réduire les chiffres pour de telles variables de vent nécessite un ensemble d’outils comprenant à la fois des modèles informatiques et des modèles à grande échelle. "La dynamique des fluides computationnelle calculera la charge du vent, mais rien ne vaut la soufflerie du point de vue que vous testez un modèle réduit", a déclaré Shugar.
AllEarth Renewables a réalisé un test de charge du vent sur deux suiveurs en tunnel. Crédit: AllEarth Renewables.
Une multitude d'installations d'essais en soufflerie, y compris des laboratoires gouvernementaux, aux États-Unis et au Canada, permettent d'analyser un panneau solaire à pleine échelle pour répondre aux exigences de certification ou du code du bâtiment. Certaines entreprises en font un usage intensif. "Nous avons une vitesse de pointe du vent de 120 mi / h et sommes le seul fabricant que nous connaissions à effectuer un test de charge du vent dans un tunnel, à deux suiveurs. Nous voulions démontrer à l'industrie notre force de conception et notre engagement à traqueur qui résistera aux éléments ", a déclaré Andrew Savage, responsable de la stratégie pour AllEarth Renewables, basé à Williston, Vermont.
Array Technologies a également mené des tests approfondis en soufflerie, notamment à la soufflerie complète Langley, à Hampton, en Virginie, qui a depuis fermé ses portes. Les travaux ont été confiés au collège d'ingénierie et de technologie Frank Batten de l'Université Old Dominion, à Norfolk, en Virginie.
Les normes de vent PV émergent toujours
Cependant, toutes les juridictions n'acceptent pas les essais en soufflerie comme suffisants. Jusqu'en 2013, la ville de Los Angeles exigeait des solutions de montage ancrées traditionnelles pour les toits plutôt que des conceptions lestées non pénétrantes, car le Département de la construction et de la sécurité de Los Angeles n'acceptait pas les données de soufflerie pour justifier des exigences de ballast plus faibles. Ce n’est que lorsque le règlement a été modifié par LADBS que PanelClaw est devenu la première société de systèmes de montage à faire approuver ses résultats complets en soufflerie. La conception du ballast Polar Bear Gen III de la société basée à North Andover, dans le Massachusetts, résistera à des vents supérieurs à 120 km / h, équivalant à un ouragan de catégorie 3.
Modules de panneaux solaires déplacés par les forces du vent. Crédit: CASE Foresnics.
L'industrie solaire suit les dispositions relatives à la charge du vent qui sont actuellement promulguées par la Société américaine des ingénieurs civils (ACSE), basée à Reston, en Virginie. La dernière norme est l'ASCE / SEI 7-10 2013. Mais cette norme concerne davantage les bâtiments que les panneaux solaires, plusieurs fabricants se plaignent. Dans une déclaration faite à Renewable Energy World en 2012, Christopher Tilley, PDG de SunLink, a déclaré: "Bien qu'il existe des normes établies en matière de charge de neige et de charges sismiques pouvant être appliquées aux systèmes photovoltaïques de manière assez simple, il existe très peu d'indications sur les charges dues au vent. les fonctionnaires ont donc laissé le choix d'appliquer le code du bâtiment d'une manière non voulue ou d'accepter des conceptions basées sur des essais en soufflerie sans moyen standard de valider la méthode ou les résultats des essais. Aucune des deux méthodes ne garantit que des valeurs de conception de vent appropriées sont utilisées. "
Le Underwriters Laboratory, basé à Northbrook, en Illinois, couvrait de manière nominale la charge de vent pour les installations photovoltaïques dans la version 2015 de la norme UL 2703, mais est également critiqué pour son échec. "La norme UL 2703 a été bénéfique pour l'industrie, mais ce n'est pas une norme absolue. Disposer d'un véritable code équivaudrait à uniformiser les règles du jeu en éliminant les entreprises qui ne tiennent pas compte de facteurs importants en matière de sécurité et de performances, tels que la charge due au vent et à la neige. tests, tests de corrosion et résistance au feu ", a déclaré John Klinkman, vice-président de l'ingénierie chez Applied Energy Technologies, dans le canton de Clinton, dans le Michigan.
Modules de panneaux solaires déplacés par les forces du vent. Crédit: CASE Foresnics.
La SEAOC (Structural Engineers Association), basée à Sacramento, a beaucoup travaillé pour définir un standard de l'industrie en matière de charge de vent PV, a déclaré Rob Ward, ingénieur en gros des structures chez SunLink. Le comité PV de SEAOC mène des travaux en cours sur l’élaboration de propositions de modification du code des dispositions relatives à la conception de systèmes éoliens dans ASCE. Le groupe a élaboré ses propres directives pour la charge éolienne et l’énergie solaire, y compris la plus récente SEAOC PV2-2012, Conception éolienne pour panneaux photovoltaïques solaires surbaissés sur des toits plats.
SunLink a commencé à tester sa gamme de produits photovoltaïques en 2006 avec l’aide du laboratoire BLWTL (Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory) de l’University of Western Ontario, à London (ON). BLWTL a récemment mis à niveau ses installations avec quatre nouveaux systèmes d’acquisition de données et de contrôle en soufflerie qui permettent des tests entièrement automatisés, capturant des données à une vitesse pouvant atteindre 100 000 échantillons par seconde.
SunLink a exécuté 70 modèles et configurations à travers plus de 1 000 tests au laboratoire BLWTL, développant une base de données unique. Les tests comprenaient des variations de l'angle d'inclinaison, de la hauteur du toit, de l'espacement des rangées, de la hauteur des bâtiments, des marges de recul par rapport au bord du toit et de diverses stratégies de déflecteur / gainage affectées par le vent. La société a partagé cette base de données avec le SEAOC et, par conséquent, l'organisation est sur le point de développer une norme de charge éolienne avec un large consensus au sein de l'industrie, a déclaré Ward.
SunLink a également collaboré avec BLWTL et la société d'ingénierie Rutherford & Chekene, basée à San Francisco, en Californie, pour développer un logiciel permettant aux concepteurs de produits de tester leurs conceptions par rapport aux normes ACSE 7-10.
Bien que les vents forts et constants soient une bénédiction pour les propriétaires de parcs éoliens, il n'en va pas de même pour les propriétaires et les opérateurs de systèmes photovoltaïques. Mais avec des considérations de conception soigneuses, une focalisation accrue sur les normes et la technologie qui répondent bien à toutes les charges éoliennes, les entreprises d’installation photovoltaïque peuvent s’assurer que leurs baies de stockage ne seront pas emportées.