风对单轴光伏跟踪器的影响

来自南非的一组研究人员对 PV 单轴跟踪器安装导轨上的风载荷影响进行了全面的现场测量。这些数据是在南非西开普省通过两个仪表化光伏组件安装轨收集的，为期 109 天。还将实际结果与 ASCE 7-22 估计值（美国土木工程师协会的设计载荷标准）进行了比较。

“诸如此类的全面实验对于为未来使用风洞建模或模拟的研究提供参考或目标非常重要，”通讯作者 Johannes Hendrik Koekemoer 告诉 pv 杂志。

“目前的调查考虑了 omega 型冷弯钢安装轨中的风载荷效应。导轨在跨中连接到扭矩管，并使用总共四个地脚螺栓在两端用螺栓固定在光伏组件上，“学者们说。“固有的大表面和轻质支撑结构意味着风荷载因素决定了大型光伏装置的结构设计。由于光伏装置通常位于与较高风负荷相关的平坦裸露位置，这一事实加剧了这种情况。

该测量于 2022 年 12 月至 2023 年 3 月期间在一个专门用于各种光伏相关实验的站点进行，该站点根据 ASCE 7-22 的风暴露类别为 C。该场地由六排光伏组成，长约 32 m，间距 5 m，使用连接到中央摆臂驱动系统的 101 mm x 3 mm 圆形空心截面扭矩管。扭矩管安装在连接到 76 mm x 4 mm 圆形空心桩的聚合物轴承上。

虽然其中 5 行参与了不同的研究，但提到的测量值是排在一行中进行的。它由两个仪表导轨和两个安装在不同位置的光伏阵列组成。轨道 A 上的 PV 长 2.108 m，宽 1.048 m，质量 24.3 kg，位于阵列裸露的外边缘;而轨道 B 长 2.037 m，宽 1.005 m，质量 25 kg，位于阵列边缘向内。两者的倾斜角度均为 −55∘ 至 +55∘。

“测量载荷的频率含量显示 3.5 Hz 时的基本扭转模式 （ζ1 = 0.5%） 和 4.7 Hz 时的二次弯曲模式 （ζ2 = 0.2%） 对轨道 A 和 B 的测量响应有贡献，”研究小组表示。“虽然两条钢轨之间的扭转响应相似，但与钢轨 A 相比，钢轨 B 表现出明显更高的弯曲模式响应。这可能是由于导轨 B 在扭矩管上的位置，在那里更容易激发弯曲模式。

科学家们还发现，与西风方向相比，当测得的行更加暴露时，东风方向会出现最大载荷。测量还表明，主导风向是南的，这个方向是有利的，因为它不垂直于旋转轴。“然而，高风速事件仍可能发生在更关键的非主导风向，如本研究中测量的最大风速所示，”他们补充道。

将实验结果与 ASCE 7-22 的固定倾斜系统的系数进行了比较。“对于法向力，轨道 A 和 B 的峰值静态系数在 2.0 到 2.1 之间，低于 2.4 到 4.6 之间的代码值。相应的动态系数范围在 0.7 到 1.0 之间，这在代码的 0.4 到 1.5 范围内，“研究人员解释说。“实验静态力矩系数在 0.36 到 0.40 之间，与 0.29 到 0.64 之间的代码值相比，效果更好。动态部分表示实验的值在 0.22 到 0.23 之间，而代码值的范围是 0.29 到 0.64。

他们的发现在《风能工程与工业空气动力学杂志》上发表的“光伏单轴跟踪器安装轨中风负荷效应的现场测量”中进行了介绍。斯泰伦博斯大学和可再生能源系统公司 Scatec 南非分会的学者进行了这项研究。