Ветровете предизвикват силни усуквания и вибрации във фотоволтаичните панели, което води до пукнатини и увреждания, дори до потенциален срив (снимка: CC0 Public Domain)
Вятърната и слънчевата енергия се сочат като най-добри алтернативи за производство на електричество, но двете изглежда не са добри „приятели“. Учени потвърдиха, че вятърът уврежда фотоволтаичните панели. Може би скоро ще се наложи да избираме между единия и другия вид генерация – или най-малкото внимателно да избираме местата, където изграждаме ВЕИ паркове.
Изследователи от ОАЕ и Сингапур направиха анализ как вибрациите, предизвикани от вятъра, увеличават механичното напрежение във фотоволтаичните панели – и откриха, че тези вибрации могат да доведат до микропукнатини, по-сериозни механични повреди, размествания и в крайна сметка до колапс на ВЕИ системата.
Когато духа вятър, плоскостите на фотоволтаичните панели понасят натиск и нерядко това води до усуквания на панела. „Такъв тип движения могат да доведат до микропукнатини, по-сериозни механични повреди, несъответствия и в крайна сметка до колапс на системата“, казва водещият автор на изследването Сагарика Кумар.
Част от експериментите на изследователите показват, че фотоволтаичен масив, монтиран върху тракер, при северен вятър със скорост 10 метра в секунда може да регистрира отклонение от над 5 сантиметра!
„Съществуващата схема за сертифициране на фотоволтаичните модули може да не се справя напълно с въздействието на тези екологични предизвикателства за едроплощните модули, оставяйки значителни пропуски“, добавя Кумар. „Нашето изследване има за цел да се справи с тези пропуски“.
Учените предлагат план за действие, структуриран в две фази. Целта е да се изгради добро разбиране за ефектите, предизвиквани от вятъра върху фотоволтаичните системи.
Първата фаза се фокусира върху анализа на фотоволтаичната система. Това следва да включва модален анализ, симулации на статично и динамично натоварване при различни ветрови условия и моделиране на вибрациите, предизвикани от въздушните потоци.
Втората фаза е съсредоточена върху анализ, базиран на вятърните потоци, включващ интерпретация на историческите данни за ветровете, моделиране на динамиката на флуидите и тестване на едроплощните модели в аеродинамичен тунел.
Целта на учените на този етап следва да е изследване на ефектите на механичен стрес върху фотоволтаичните модули чрез целенасочени лабораторни експерименти. Идеята е всяко изследване да подобрява параметрите за всяко следващо такова – те наричат това итеративен подход. Така би трябвало да се постигне усъвършенстване на тестовите параметри за изследване на вибрациите на фотоволтаиците под въздействието на ветровете.
„В крайна сметка констатациите ще допринесат за разработване на препоръки за изпитване на повреди, предизвикани от вятъра, с потенциал за приемане от Международната електротехническа комисия (IEC)“, казва учените.
Но нима такива тестове не съществуват? „Настоящите тестове IEC 61215-2 включват тест за статично и динамично механично натоварване“, подчертава Кумар. „Те обаче не представят в достатъчна степен наблюдаваното механично напрежение, следователно в момента изследваме условията на асиметрично и усукващо натоварване като следваща стъпка“.
Бъдещата работа по изследване на въздействията на ветровете върху фотоволтаиците ще бъде предизвикателна. В своя анализ учените следва да вземат под внимание множество променливи. Така например, нагряването от слънцето и затоплянето на самите панели също има своето въздействие и то се комбинира с натиска на ветровете.
Височината на носещите конструкции и тракерите има огромно влияние: с нарастването на височината ветровете стават по-силни, докато ниско до земната повърхност пък са по-турбулентни. Ъгълът на наклон също има огромно значение. Различия има и между монтажните техники.
Ето защо предложеният протокол за тестване, разработен от екипа на Кумар, тепърва ще се допълва и доразработва, уточнява изследователят.