Tải trọng gió và tải trọng tuyết ảnh hưởng như thế nào đến thiết kế hệ thống lắp đặt điện mặt trời?

Khi phát triển một trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn hoặc một giàn lắp trên mái nhà thương mại, các tấm pin mặt trời chỉ an toàn khi cấu trúc giữ chúng được đảm bảo chắc chắn. Mẹ Thiên nhiên không khoan nhượng. Với biến đổi khí hậu toàn cầu dẫn đến các hiện tượng thời tiết cực đoan thường xuyên hơn—từ những trận bão tuyết mùa đông chưa từng có đến các trận bão cấp 5—việc phớt lờ các điều kiện môi trường trong giai đoạn kỹ thuật có thể dẫn đến sự cố hệ thống thảm khốc và tổn thất tài chính lớn.

Là một chuyên gia kỹ thuật lắp đặt điện mặt trời toàn cầu, Xiamen Sunforson Power Co., Ltd đã thiết kế các kết cấu vững chắc, chống chọi với thời tiết cho các dự án PV tại hơn 80 quốc gia. Trong hướng dẫn kỹ thuật toàn diện này, chúng tôi sẽ giải thích chính xác cách lực gió động và tải trọng tuyết tĩnh tác động đến các giàn của bạn, và cách thiết kế một cấu trúc năng lượng mặt trời thực sự bền vững.

Các kết cấu SunRack được thiết kế cho tải trọng tuyết và gió khắc nghiệt

1. Tác động của tải trọng gió đối với các giàn pin mặt trời

Gió không chỉ thổi vào một tấm pin mặt trời phẳng; nó chảy qua và bên dưới giàn, tạo ra các lực khí động học phức tạp. Nguy hiểm nhất trong số này là lực nâng. Tương tự như vật lý của cánh máy bay, gió chuyển động nhanh đi qua bên dưới các tấm pin mặt trời nghiêng tạo ra hiệu ứng chân không có xu hướng xé các tấm pin ra khỏi giá đỡ mái nhà năng lượng mặt trời hoặc móng mặt đất. Ngoài ra, gió gây ra các rung động tần số cao nghiêm trọng có thể làm lỏng các bu-lông và gây ra các vết nứt vi mô trong các tế bào quang điện theo thời gian.

Ở các vùng dễ xảy ra bão, bão nhiệt đới hoặc gió giật mạnh ven biển, một giá đỡ bằng nhôm tiêu chuẩn chắc chắn sẽ hỏng. Một hệ thống lắp đặt điện mặt trời chống gió được kỹ thuật hóa đúng cách đòi hỏi một số sửa đổi quan trọng:

• Tấm chắn gió (Cản gió): Đối với các hệ thống mái bằng, việc lắp đặt các tấm chắn gió ở phía sau của giàn giúp giảm đáng kể lực nâng của gió bằng cách ép dòng khí đi qua các tấm pin thay vì đi bên dưới chúng.
• Bu-lông & Kẹp nặng hơn: Các kẹp giữa và kẹp biên được nâng cấp, dày hơn, kết hợp với các bu-lông bằng thép không gỉ chống lỏng, là cần thiết để đảm bảo các mô-đun không bị trượt dưới rung động liên tục nghiêm trọng.
• Giảm khoảng cách nhịp: Khoảng cách giữa các thanh ray hỗ trợ hoặc cọc mặt đất phải được rút ngắn. Lưới hỗ trợ dày đặc hơn làm tăng độ cứng tổng thể của kết cấu, ngăn các thanh ray bị uốn cong dưới áp lực gió.
• Góc nghiêng được tối ưu hóa: Các góc dốc hơn cản nhiều gió hơn. Các đội ngũ kỹ thuật thường khuyên dùng góc nghiêng thấp hơn (ví dụ: 10° đến 15°) ở các vùng gió lớn để giảm hệ số cản khí động học.

2. Tác động của tải trọng tuyết đối với giá đỡ điện mặt trời

Trong khi gió cố gắng nâng hệ thống lên, tuyết lại cố gắng nghiền nát nó. Sự tích tụ tuyết tạo ra áp lực hướng xuống rất lớn—được gọi là trọng lượng chết—lên các tấm pin mặt trời và giá đỡ năng lượng mặt trời bên dưới. Tuyết ướt đặc biệt nguy hiểm; nó cực kỳ đặc và nặng, dễ dàng khiến các thanh ray nhôm tiêu chuẩn bị uốn cong vĩnh viễn hoặc sụp đổ nếu kết cấu hỗ trợ không đủ.

Hơn nữa, các kỹ sư phải tính toán đến "Sự dịch chuyển của tuyết"—lực trượt chậm, mạnh mẽ của tuyết di chuyển xuống các tấm pin nghiêng, gây ra áp lực cực lớn lên các kẹp phía dưới và các thanh ray dưới cùng. Đối với các dự án ở vùng khí hậu phía bắc (như Canada, Bắc Âu) hoặc các vùng núi cao, một hệ thống giá đỡ điện mặt trời chịu tải trọng tuyết chuyên dụng là điều bắt buộc. Các điều chỉnh thiết kế chính bao gồm:

• Cấu hình kết cấu dày hơn: Sử dụng các cấu kiện nhôm đùn dày hơn, chất lượng cao hơn hoặc chuyển đổi hoàn toàn sang thép mạ kẽm nhúng nóng để ngăn chặn sự biến dạng của thanh ray dưới hàng tấn tuyết tích tụ.
• Góc nghiêng lớn hơn: Tăng góc nghiêng (ví dụ: 30° lên 45°) giúp tuyết tự động trượt khỏi bề mặt kính nhẵn của các tấm pin nhờ trọng lực, ngăn ngừa tình trạng tích tụ lâu dài nguy hiểm.
• Khoảng cách gầm cao hơn: Đối với hệ thống giá đỡ năng lượng mặt trời mặt đất, mép dưới của tấm pin phải được thiết kế cao hơn đáng kể so với mặt đất (có khi trên 1 mét). Điều này đảm bảo rằng tuyết trượt xuống không bị chất đống trên mặt đất và vùi lấp hàng mô-đun phía dưới.
• Phòng ngừa hiện tượng băng nâng: Trong khí hậu băng giá, độ ẩm trong đất nở ra khi đóng băng, đẩy các móng lên trên. Các cọc hoặc móng bê tông phải được đóng sâu xuống dưới đường đóng băng cục bộ để đảm bảo độ ổn định kết cấu.

Điều chỉnh kỹ thuật: Gió mạnh so với Tuyết dày

Các câu hỏi thường gặp (FAQ) dành cho EPC & Nhà phát triển