Wie baut man eine Photovoltaikanlage, um Hurrikans zu widerstehen?
Aus Produktionssicht ist die Äquatorregion ein idealer Standort für photovoltaische Stromerzeugungsanlagen. Kein Ort der Welt hat eine höhere Sonnenscheindauer und -intensität als tropische Gebiete. Allerdings gibt es ein Problem: Im Spätsommer und Herbst gibt es regelmäßig tropische Wirbelstürme mit Windgeschwindigkeiten von über 200 Stundenkilometern. Dies kann schwere und kostspielige Schäden verursachen. So bauen Sie ein"hurrikansicher" Photovoltaikanlage dort?
Einhaltung lokaler Standards
Die meisten Länder/Regionen haben lokale Standards bezüglich der in der Region wirkenden Windlasten. Diese Normen bilden die Grundlage für die statischen Berechnungen des Systems. Beispielsweise werden die Säulenabstände von Outdoor-Racks, Komponentenhalterungen und viele andere Faktoren durch Berechnungen und Demonstrationen verursacht.
Bodenbeschaffenheit prüfen
Ist das System jedoch tatsächlich "auf Sand gebaut", dann werden die besten statischen Berechnungen verschwendet. Denn alle auf das System wirkenden Kräfte müssen von der Säule aufgenommen und auf den Boden übertragen werden. Bei hohen Windgeschwindigkeiten ist der Boden meist das schwächste Glied in der Kette. Wenn ein Hurrikan über das Solarmodul fegt, entsteht eine Sogwirkung – ähnlich einer Flugzeugtragfläche. Auf das Fundament des Systems wirken enorme Zug- und Hebelkräfte, die dazu führen können, dass es sich lockert oder sogar aus dem Boden gezogen wird.
Grundlage jeder sorgfältigen Planung ist daher eine genaue Prüfung der Bodenverhältnisse. Dies geschieht in der Regel durch geologische Gutachten, in denen Struktur, Zusammensetzung und Porosität des Bodens analysiert werden. Professionelle Dienstleister oder Baugruppenhersteller erstellen Gutachten – sofern sie über entsprechende Erfahrung verfügen. Daraus wird ein Lastenheft für die Gesamtstatik der Anlage inklusive der erforderlichen Nachweise erstellt.
Statische Berechnungen – die Grundlagen verstehen
Bei den anschließenden statischen Berechnungen des Systems ist es wichtig, die sogenannte Lastseite genau zu verstehen: wo die Windlast wirkt und vor allem wie sie wirkt. Die nach lokalen technischen Standards zu erwartende Windgeschwindigkeit ist nur ein Aspekt der Medaille. Sie sagen, welche Kräfte auftreten können, aber sie sagen nicht, wie diese Kräfte tatsächlich auf einzelne Bauteile wirken. Die Untersuchung ist Aufgabe des Montagelieferanten. Daher sind für Hersteller hochwertiger Systeme umfangreiche Windkanaltests fester Bestandteil der Produktentwicklung. Mit Hilfe der so gewonnenen Daten kann die Kraft genau berechnet werden. Es ist wichtig, alle Komponenten zu berücksichtigen
Der zweite wichtige berechnete Parameter ist die sogenannte Bauteilwiderstandsseite, also die Tragfähigkeit eines einzelnen Bauteils. Hier reicht es nicht aus, nur das Modell zu berechnen; es muss getestet werden. Denn: Bei der Planung von Photovoltaikanlagen sind die üblichen Normen und Berechnungsmethoden in der Baubranche an ihre Grenzen gestoßen. Hintergrund ist, dass die Photovoltaikanlage nicht in einer Montagewerkstatt unter perfekten Bedingungen installiert wird, sondern im Freien installiert wird. So ist beispielsweise beim Setzen eines Stampffundaments auf unebenem Gelände die Toleranz zwangsläufig größer als bei der klassischen Gebäudestruktur.
Genaue Montageanleitung
Damit die berechneten Dinge in der Praxis funktionieren, muss das System natürlich auf der Baustelle fachgerecht installiert werden. Eine genaue und umfassende Dokumentation und Montageanleitung sowie entsprechende technische Zeichnungen sind hierfür unabdingbar – zumal die Montage in der Regel durch eine Fremdfirma erfolgt. Diese Zeichnungen enthalten nicht nur eine detaillierte Montageanleitung. Sie wiesen auch auf die Fehlerquelle hin, wie zum Beispiel das richtige Anzugsdrehmoment der Schraube.
Auf der Baustelle: improvisieren – aber gut machen
Kaum ein Photovoltaik-Außenprojekt kann eine Standortplanung mit 100%iger Genauigkeit durchführen. Es gibt fast immer unvorhergesehene Schwierigkeiten, die Sie an bestimmten Stellen zwingen, von Ihrem Plan abzuweichen. Zum Beispiel trifft man oft auf Felsbrocken am Boden, sodass man einige solide Fundamente nicht wie geplant platzieren kann.
Daher ist es wichtig, auf der Baustelle eine gewisse Improvisationsfähigkeit zu haben – aber so kann die Statik trotzdem gewährleistet werden. Dafür sorgen die schnelle Reaktion und erfahrene"After-Sales-Support"vom Montagehersteller bereitgestellt. Idealerweise sind Techniker, die bereits an der Planung beteiligt waren, für die Berechnung und Umsetzung von Alternativlösungen verantwortlich.
Kann ein statisches Problem sein: Korrosion
Tropische Gebiete sind nicht nur Extremgebiete, in denen Windlasten möglich sind. Im Vergleich zu fast jedem anderen Ort der Erde hat die Atmosphäre einen größeren Einfluss auf Stahlbauteile. Einerseits ist der Chloridgehalt der Luft in Küstengebieten sehr hoch, was die Korrosion stark fördert und beschleunigt. Zudem führt die hohe Luftfeuchtigkeit morgens und abends häufig zur Bildung von Kondenswasser an den Bauteilen. Beide Phänomene treten gleichzeitig in Küstennähe auf – extreme Belastungen an Metallteilen. .
Unter solch rauen Bedingungen hält herkömmlicher Korrosionsschutz nur wenige Jahre. Sobald die Beschichtung"fällt herunter", besteht die Gefahr von Lochfraß oder sogar Ausfall eines einzelnen Bauteils. Dies zeigt, dass Stabilität in den Tropen dauerhafter ist als anderswo. Daher ist in tropischen Gebieten mit starkem Wind ein besonders langlebiger und korrosionsbeständiger Schutz, der diesen aggressiven Bedingungen gewachsen ist, Pflicht.
Stabiles Montagesystem zur Investitionssicherung
Die Rentabilität von Photovoltaikanlagenin tropischen Regionen ist überdurchschnittlich. Gleichzeitig sind sie überdurchschnittlichen Risiken ausgesetzt – durch Wirbelstürme, Starkregen, Feuchtigkeit und Korrosion. Daher sollten Investoren und Projektentwickler bei der Auswahl und Planung der Installation von Systemen sehr vorsichtig sein. Warum sich das lohnt, zeigt ein einfaches Rechenbeispiel: Montageanlagen machen nur etwa 10 % der Gesamtinvestition aus, Module etwa 70 %. Wenn Sie hier die falsche Priorität festlegen, können Sie auf kostspielige Verwirrung stoßen.