Einführung

Eine Solarmontagekonstruktion ist das Rückgrat jedes Photovoltaikprojekts. Sie trägt die Solarmodule, leitet die Lasten sicher auf das Dach oder den Boden ab und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb der Anlage über 25–30 Jahre. Die Wahl der richtigen Konstruktion beschränkt sich nicht auf die Auswahl von Schienen und Halterungen – sie erfordert sorgfältige Berechnungen unter Berücksichtigung der Standortbedingungen, der Modulspezifikationen, der Umwelteinflüsse und der geltenden technischen Normen.

Ein falsch ausgelegtes Montagesystem kann zu überhöhten Materialkosten, Installationsproblemen oder sogar zu strukturellen Schäden bei extremen Wind-, Schnee- oder Erdbebenereignissen führen. Dieser Leitfaden erläutert die wichtigsten Schritte, die Ingenieure zur Berechnung der korrekten Solarmontagekonstruktion für ein PV-Projekt anwenden.

1. Die Hauptlasten einer Solarmontagekonstruktion verstehen

Der erste Schritt besteht darin, alle auf die Person wirkenden Kräfte zu identifizieren. PV-Montagesystem.

1.1 Eigenlast (Dauerlast)

Die Eigenlast ist das Gewicht aller festen Bauteile, einschließlich:

· Solarpaneele

· Aluminiumschienen

· Klemmen

· Schrauben und Befestigungselemente

· Montagehalterungen

· Ballast (für einige Flachdachsysteme)

Die Konstruktion muss dieses Gewicht während der gesamten Projektlaufzeit sicher tragen können.

Grundformel:

Eigenlast = Modulgewicht + Gewicht des Montagesystems + Gewicht der Zusatzausrüstung

Beispiel:

Ein PV-Modul wiegt 25 kg und hat eine Fläche von 2,2 m²:

\[ 25 kg ÷ 2,2 m² = 11,4 kg/m² \]

Dann kommt noch das Gewicht von Schienen, Klemmen und anderen Bauteilen hinzu.

2. Windlast berechnen

Die Windlast ist in der Regel der kritischste Faktor bei der Auslegung von Solarmontagesystemen, insbesondere für DachsystemeFreiflächenanlagen und Solarcarports. Wind erzeugt Druck- und Auftriebskräfte, die Module und Strukturen von ihren Fundamenten wegziehen können.

Grundformel für Winddruck

\[ P = 0.5 \times \rho \times V^2 \]

Wo:

· P = Winddruck (Pa)

· ρ = Luftdichte (ungefähr 1,225 kg/m³)

· V = Auslegungswindgeschwindigkeit (m/s)

Beispiel:

Bei einer Windgeschwindigkeit von 40 m/s:

\[ P=0,5 \times 1,225 \times 40^2 \]\[ P≈980Pa \]

Bei der tatsächlichen Auslegungslast müssen außerdem folgende Aspekte berücksichtigt werden:

· Windrichtung

· Neigungswinkel des Panels

· Gebäudehöhe

· Geländekategorie

· Array-Randeffekte

· Lokale Gestaltungsvorschriften

Der Winddruck ist an den Rändern und Ecken von PV-Anlagen oft höher, da der Luftstrom in diesen Bereichen stärkere Saugkräfte erzeugt.

3. Schneelast berechnen (falls zutreffend)

Bei Projekten in kalten Klimazonen kann die Schneelast zum maßgeblichen Auslegungsfaktor werden.

Die Schneelast hängt ab von:

· Schneelast am Boden

· Dach- oder Paneelneigungswinkel

· Schneedichte

· Schneeverwehungen

Grundformel:

\[ Schneelast = Bodenschneelast \times Formfaktor \]

Zum Beispiel:

Wenn die örtliche Schneelast am Boden beträgt:

1,5 kN/m²

und der Paneelformfaktor ist:

0,8

Dann:

\[ 1,5 \times 0,8 = 1,2 kN/m² \]

Die Schneemenge ist in der Regel größer am Flachwinkel-Photovoltaikanlagen, während steilere Module den Schnee möglicherweise leichter abwerfen.

4. Solarmodul-Layout festlegen

Die Montagekonstruktion hängt stark vom Design der PV-Anlage ab.

Wichtige Parameter sind:

Modulinformationen

· Länge

· Breite

· Dicke

· Gewicht

· Rahmentyp

· Klemmposition

Array-Layout

· Anzahl der Module pro Zeile

· Anzahl der Zeilen

· Zeilenabstand

· Neigungswinkel

· Ausrichtung (Hoch- oder Querformat)

Beispiel:

Für ein 1-MW-Freiflächenprojekt können Tausende von Modulen erforderlich sein. Geringfügige Änderungen im Schienen- oder Pfahlabstand können den Stahlverbrauch und die Installationskosten erheblich beeinflussen.

5. Wählen Sie die richtigen Bauteile aus

Nach der Berechnung der Lasten wählen die Ingenieure die geeigneten Bauteile aus.

Aluminiumschienen

Überprüfen:

· Biegefestigkeit

· Ablenkung

· Spannweite

· Materialqualität

Größere Spannweiten erfordern stärkere Schienen oder einen geringeren Stützabstand.

Klemmen

Klemmen müssen folgenden Belastungen standhalten:

· Modulgewicht

· Windauftriebskräfte

· Wärmeausdehnung

· Mechanische Beanspruchung

Die Klemmposition sollte den Anforderungen des Modulherstellers entsprechen.

Pfosten und Fundamente

Für bodenmontierte Systeme:

Ingenieure berechnen:

· Axiale Kompression

· Auszugskraft

· Biegemoment

· Bodenwiderstand

Die Wahl des Fundaments hängt von folgenden Faktoren ab:

· Bodentyp

· Windgeschwindigkeit

· Arrayhöhe

· Bodenverhältnisse

Gängige Fundamentarten:

· Rammpfähle

· Erdschrauben

· Betonfundamente

6. Sicherheitsfaktoren und Konstruktionsnormen anwenden

Die Montagekonstruktionen für Solaranlagen müssen den örtlichen technischen Normen entsprechen.

Zu den gängigen Standards gehören:

· ASCE 7 (Vereinigte Staaten)

· Eurocode

· AS/NZS-Standards

· GB-Standards (China)

Die Berechnung umfasst normalerweise Folgendes:

· Lastkombinationen

· Materialsicherheitsfaktoren

· Verbindungsstärkeprüfungen

· Durchbiegungsgrenzen

Beispielsweise werden Wind-, Schnee- und Eigenlasten gemäß der geltenden Baunorm kombiniert, anstatt einfach addiert zu werden.

7. Beispiel: Einfache Berechnung für eine Bodenmontage

Annehmen:

· Modulgröße: 2,2 m²

· Modulgewicht: 25 kg

· Windgeschwindigkeit: 40 m/s

· Neigungswinkel: 25°

· Schneelast: 0,8 kN/m²

Schritt 1: Eigenlast berechnen

Panel:

\[ 25 kg ÷ 2,2 m² = 11,4 kg/m² \]

Montagevorrichtung hinzufügen:

\[ 11,4+4=15,4kg/m² \]

Schritt 2: Winddruck berechnen

\[ P=0,5×1,225×40^2 \]\[ P≈980Pa \]

Aerodynamische Koeffizienten in Abhängigkeit von der Array-Position anwenden.

Schritt 3: Struktur auswählen

Basierend auf den endgültigen Lasten:

· Wählen Sie die Schienengröße

· Klemmenabstand bestimmen

· Pfahltiefe berechnen

· Schraubenfestigkeit prüfen

Der endgültige Entwurf muss vor Baubeginn die statischen Berechnungen bestehen.

8. Häufige Fehler bei der Auswahl von Solarmontagesystemen

Fehler 1: Überall ein Standarddesign verwenden

Eine für ein windarmes Gebiet konzipierte Konstruktion kann in einer Küsten- oder Hurrikanregion versagen.

Lösung: Verwenden Sie stets projektspezifische Wind- und Schneedaten.

Fehler 2: Randzonen ignorieren

In der ersten und letzten Reihe sind die stärksten Windkräfte spürbar.

Lösung: Kantenbereiche verstärken oder Abstände anpassen.

Fehler 3: Überdimensionierung der Struktur

Zu viel Stahl erhöht die Projektkosten.

Lösung: Optimieren:

· Schienenabstand

· Materialstärke

· Fundamentkonstruktion

Fehler 4: Auswahl nur nach dem Preis

Ein kostengünstigeres Montagesystem könnte Folgendes verwenden:

· Dünneres Aluminium

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