L'importance des tests de vent lors du choix d'un fournisseur de trackers solaires

Par Chase Anderson, directeur du développement de produits, Terrasmart | 8 juin 2023

Les conditions météorologiques difficiles deviennent la nouvelle norme pour les développeurs solaires et les propriétaires d'actifs, nécessitant de nouvelles mesures pour gérer les risques et assurer les rendements.

Comprendre l'importance des essais de vent et l'impact de différents types de forces éoliennes sur la conception et la production des trackers peut aider les producteurs d'électricité à obtenir la bonne technologie de tracker à axe unique pour leur site et leur région.

Une variété d'éléments ont un impact sur la façon dont le vent affecte les suiveurs solaires sur chaque site individuel, allant du phénomène météorologique local et de la topographie à l'influence d'autres structures ou objets à proximité. Parce qu'il n'y a pas deux sites PV identiques, chacun exige des personnalisations spécifiques au site, ce qui ajoute de la complexité à la conception de ces projets.

Si les profils de vent ne sont pas correctement pris en compte dans la conception d'un tracker, les propriétaires d'actifs peuvent être confrontés à une chaîne d'événements, y compris des dépenses correctives et des temps d'arrêt ainsi qu'une baisse des rendements énergétiques, et finalement ne pas atteindre les objectifs financiers.

Examiner les nuances techniques impliquées dans la conception pour différents types de vents et comprendre comment des tests de suivi appropriés peuvent influencer les caractéristiques de conception du suivi telles que les angles de rangement et l'amortissement entraînent l'aérodynamique stable pour des performances à long terme.

Une évaluation minutieuse des conditions de vent d'un site permet de poser les bonnes questions dès le départ.

La variabilité de la vitesse, de la turbulence et de la direction du vent peut avoir des effets inattendus sur les suiveurs solaires et leur environnement. Comprendre les effets du vent aide les développeurs et les EPC à tenir compte des incertitudes et à optimiser le rendement.

Les effets du vent peuvent être classés en trois catégories principales : statique, dynamique et aéroélastique.

La conception des trackers doit se concentrer sur la lutte contre ces effets pour atteindre la stabilité aérodynamique, selon la société d'ingénierie canadienne RWDI, spécialisée dans les essais de vent. Chaque composant de la structure d'un tracker doit être évalué pour garantir une résistance optimale aux charges de vent. Un certain nombre de défaillances potentielles doivent être prises en compte, notamment :

Non seulement comprendre les effets du vent est essentiel à la conception de l'équipement, mais savoir comment résister aux rafales de vent peut également optimiser les performances d'un tracker. Connaître un vent anormal sur une partie spécifique d'un site PV, par exemple, signifie qu'une clôture anti-vent pourrait être utilisée pour réduire la vitesse du vent et la turbulence, améliorant ainsi la stabilité et la précision du tracker. Des capteurs sophistiqués pourraient être déployés pour détecter les variations de vent et ajuster la position d'un tracker afin d'optimiser la production d'énergie. Il est également possible de réduire le profil d'un tracker, d'augmenter sa rigidité ou de le concevoir avec des matériaux spécifiques qui résistent aux charges de vent et aux effets aéroélastiques.

Les essais en soufflerie jouent un rôle essentiel dans le développement des suiveurs solaires. Des modèles à petite échelle sont utilisés pour évaluer comment un nouveau tracker pourrait gérer un certain nombre de conditions de vent, révélant les limites de conception dès le début du développement. Après des ajustements à la conception, un tracker pleine grandeur et rentable peut être produit qui minimise les risques.

La simulation de terrain au vent fait partie des éléments essentiels des essais en soufflerie. Ce type de simulation reproduit les obstacles du monde réel susceptibles d'affecter les forces du vent, tels que les arbres et les bâtiments ou même d'autres rangées de trackers sur le site.

La simulation du comportement au vent comprend différentes courbes d'élévation, une rugosité de surface modifiable, des barrières mobiles et des représentations de divers événements de vent, y compris des phénomènes tels que les ouragans et les tornades.

L'angle d'arrimage et les charges de vent statiques et dynamiques associées doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception d'un suiveur solaire résistant au vent. Une stratégie d'atténuation utile est l'amortissement, qui dissipe ou contrôle l'énergie vibratoire ou les oscillations dans un système.

Les amortisseurs sont un élément clé du développement d'une stratégie de rangement optimale, en particulier pour les suiveurs solaires à 0° de rangement, qui sont sensibles aux forces de torsion qui provoquent des mouvements de torsion et de rotation le long de l'axe d'un tube de torsion. Lors du développement d'un tracker 1P résistant au vent, différents angles d'inclinaison ont été testés dans une soufflerie pour développer une stratégie de rangement optimale. Les tests ont démontré que des angles d'inclinaison inférieurs fournissaient moins de charges statiques sur la structure et moins de force sur l'ensemble du système. Un angle d'inclinaison de 0° a fourni la valeur de coefficient la plus faible, car la charge latérale était proche de zéro.

Des angles d'inclinaison plus élevés ont placé des contraintes supplémentaires sur la structure, nécessitant plus de fondations ou une augmentation de la taille des fondations et des tubes de torsion pour résister à des forces latérales supplémentaires. En revanche, une stratégie d'arrimage à 0° mise en œuvre avec le bon degré de suramortissement et de rigidité pour résister à la déformation s'est avérée nécessiter moins de fondations.

La conception idéale pour un rangement à 0° doit équilibrer la rigidité, l'amortissement et le poids pour contrôler les coûts du tracker, protéger les actifs et maintenir l'efficacité. Bien que l'arrimage à des angles d'inclinaison élevés puisse être sûr, il peut entraîner une augmentation des charges de vent sur les fondations et d'autres parties de la structure, nécessitant des systèmes plus rigides ou des conceptions suramorties pour atténuer les fluctuations dynamiques qui provoquent une instabilité aérodynamique.

Un amortissement approprié - qui limite les vibrations et les oscillations - est crucial pour assurer la stabilité d'un système de suivi solaire. La détermination de la bonne quantité et du bon type d'amortissement dépend de divers facteurs, tels que l'angle de rangement de la conception, la longueur de l'aile et la masse de la structure.

Encore une fois, les tests sont essentiels ici. Un système sous-amorti peut devenir instable, nécessitant des mesures d'atténuation coûteuses telles que des amortisseurs supplémentaires pour faire face aux forces de torsion qui pourraient autrement endommager le tracker ou même l'endommager.

Pour le suiveur solaire 1P discuté dans la section précédente, qui avait une stratégie de rangement à 0° et une longueur d'aile de 30 à 40 m, il a été constaté que deux à quatre amortisseurs par rangée étaient suffisants pour créer une structure correctement amortie.

Parce que des tests de qualité sont essentiels pour déterminer la bonne configuration, assurez-vous de choisir un fournisseur de solutions de suivi expérimenté avec une expertise en matière d'amortisseurs qui peut répondre aux spécifications, au budget et aux délais du projet.

Tester une conception de tracker ne peut pas être fait isolément. Il est essentiel d'effectuer des tests sur plusieurs rangées pour équilibrer la rigidité et l'amortissement afin de maximiser les performances et d'atténuer les risques à long terme. Le positionnement, le blindage et les tourbillons de vent peuvent tous affecter les performances aéroélastiques des différents segments d'un générateur solaire de différentes manières.

Les tests multi-rangées font pivoter la table pour simuler les tests de vent sous plusieurs angles afin de déterminer l'impact du vent statique et dynamique sur le périmètre et les rangées centrales d'un système. Les prises de pression peuvent déterminer les charges de vent statiques et dynamiques maximales pour fournir les valeurs de coefficient nécessaires à la conception d'angles de rangement optimisés à 0°. Les valeurs aident également à déterminer le nombre idéal de fondations et la hauteur de rangée la plus rentable.

Alors qu'un angle de rangement de 0° était idéal pour l'exemple de tracker 1P, toutes les rangées se comportant de la même manière lorsque le vent soufflait sur les panneaux au rangement, les zones périphériques recevaient des charges plus élevées dans une position de pré-arrimage avant d'impacter les zones centrales sous le vent.

Il est important de vérifier les effets aéroélastiques pour maintenir l'efficacité, éviter l'usure mécanique, réduire les temps d'arrêt et réduire l'efficacité. Le test de plusieurs rangées améliore la conception globale d'un système et permet des ajustements stratégiques pour s'assurer que les zones périmétriques n'affectent pas négativement les rangées centrales de la baie.

Les tests de pincement - tirer et relâcher un tracker pour simuler une rafale de vent et évaluer son comportement dynamique - valident la rigidité et le rapport d'amortissement d'un tracker. Le processus comprend également des tests de haute et basse amplitude et un test de secousse. Les résultats sont comparés aux résultats des essais de vent aéroélastique pour équilibrer la conception.

Il est essentiel d'incorporer les angles de rotation indiqués dans les calculs de test de pincement pour prédire avec précision les rotations potentielles jusqu'à 15°. Un test de pincement qui tient compte des angles inférieurs peut être plus facile à simuler, mais il peut nuire à la précision.

Des tests de pincement appropriés garantissent qu'un tracker fonctionnera comme prévu dans des conditions de vent réelles, évitant ainsi des temps d'arrêt coûteux. Choisissez un fournisseur de solutions de suivi possédant une vaste expertise en matière d'essais de pincement et une équipe d'ingénieurs expérimentée capable de valider les rapports de vent aéroélastiques existants.

Lors de l'évaluation des technologies de suivi, considérez les fabricants avec des tests approfondis en soufflerie qui peuvent fournir des données solides pour répondre à ces questions :

Le fabricant du tracker a-t-il effectué des tests complets en soufflerie statique, dynamique et aéroélastique sur plusieurs rangées au cours des dernières années ? Peuvent-ils prouver que la conception de leur tracker est conforme aux tolérances spécifiées dans ces tests ?

Peuvent-ils démontrer que leur conception respecte les tolérances spécifiées dans ces tests, y compris la fréquence naturelle, l'amortissement, la hauteur du réseau, la longueur de la corde, la longueur du tracker et le GCR ?

Quelle est la vitesse critique du vent que le système peut supporter pendant le fonctionnement normal et le rangement ? Des calculs spécifiques montrent-ils comment ces vitesses sont calculées à partir des données du rapport de vent aéroélastique ?

Le fabricant du tracker peut-il prouver que sa conception tient compte de toutes les pressions spécifiées et des combinaisons de charges spécifiques à la soufflerie au-delà des exigences standard du code du bâtiment ?

Si la conception du fabricant du tracker n'utilise pas d'amortisseurs, peut-il vérifier que son tracker ne subira pas d'effets aéroélastiques négatifs pendant le fonctionnement et le rangement normaux ?

Chase Anderson a rejoint Terrasmart en 2012 au sein de l'équipe d'assistance technique sur le terrain où il a régulièrement visité des sites de projets dans le nord-est. Depuis lors, il a joué un rôle central dans l'avancement des recherches et des essais de Terrasmart sur l'analyse des charges de vent et de neige. En tant que société intégrée de rayonnages, d'installation, d'eBOS et de logiciels, Terrasmart a installé 20 GW de capacité solaire dans 4 900 projets sur certains des sites les plus difficiles du pays.