Os 5 principais desafios no projeto de sistemas de montagem solar e como superá-los

Introdução

A energia solar continua a ser uma das fontes de energia renováveis ​​mais promissoras a nível mundial. À medida que aumenta a adoção da energia solar, aumenta também a complexidade dos sistemas que a suportam, especialmente as estruturas de montagem solar. Estas estruturas desempenham um papel crítico na segurança dos painéis solares, garantindo a sua durabilidade a longo prazo e maximizando a eficiência energética. No entanto, projetar um sistema de montagem solar ideal apresenta vários desafios que os engenheiros e projetistas devem enfrentar. Neste artigo, exploraremos os 5 principais desafios no projeto de sistemas de montagem solar em 2024, apoiados por dados do mundo real e insights de especialistas, e forneceremos soluções para superá-los.

1. Adaptação às diferentes condições ambientais

Visão geral do desafio:

Um dos principais desafios no projeto de sistemas de montagem solar é a adaptação às diversas condições ambientais encontradas em diferentes localizações geográficas. Essas condições podem incluir temperaturas extremas, ventos fortes, fortes cargas de neve e ambientes costeiros corrosivos. Os sistemas de montagem precisam ser projetados para resistir a esses desafios para garantir a longevidade e a confiabilidade dos painéis solares.

• Zonas de vento forte: Em áreas costeiras ou propensas a furacões, os sistemas de montagem solar devem ser capazes de resistir a velocidades de vento superiores a 210 km/h.

• Carga de neve e gelo: Em regiões mais frias, os sistemas de montagem precisam suportar o peso do acúmulo de neve e gelo sem danificar os painéis ou a estrutura.

• Ambientes Corrosivos: Áreas costeiras e de alta umidade exigem materiais que resistam à ferrugem e à corrosão.

Exemplo do mundo real:Em 2024, Tecnologia Solar SMA enfrentou desafios ao instalar parques solares nas regiões ventosas do meio-oeste americano. Eles projetaram sistemas de montagem solar personalizados com componentes estruturais reforçados e usaram revestimentos resistentes à corrosão, reduzindo o risco de danos causados ​​por condições climáticas extremas.

Solução:
Para mitigar esses desafios, os engenheiros devem selecionar materiais como aço galvanizado, alumínio ou aço inoxidável, que proporcionam resistência superior e resistência à corrosão. Além disso, o uso de estruturas de montagem resistentes ao vento ou suportes de solo ajustáveis ​​pode garantir estabilidade em áreas com ventos fortes. Para regiões propensas à neve, a seleção de suportes com maior capacidade de carga pode evitar falhas estruturais.

2. Otimizando a utilização do espaço para grandes instalações

Visão geral do desafio:

A utilização eficiente do espaço disponível, especialmente em instalações solares comerciais ou industriais, é outro grande desafio no projeto de sistemas de montagem solar. Quer a instalação seja num telhado ou num conjunto montado no solo, é crucial maximizar a colocação do painel para obter a maior produção de energia possível sem ocupar espaço desnecessário.

• Restrições de espaço no telhado: Edifícios comerciais com espaço limitado no telhado exigem uma disposição precisa dos painéis para evitar superlotação e, ao mesmo tempo, otimizar a geração de energia.

• Restrições Terrestres-Espaciais: Os sistemas montados no solo em grandes parcelas de terreno devem ter em conta a disposição geográfica, como declives, sombreamento e proximidade de infra-estruturas.

Exemplo do mundo real:Em 2023, Energia Tesla enfrentou restrições de espaço ao projetar um sistema solar para o Gigafábrica em Nevada. Para maximizar a produção de energia do espaço limitado, a equipe implementou uma combinação de sistemas de montagem no telhado com lastro e um layout estratégico de painéis, otimizando a área disponível do telhado.

Solução:
O uso de sistemas de racks ajustáveis ​​pode permitir que os painéis sejam inclinados ou girados para capturar mais luz solar, mesmo em espaços apertados. Para instalações em telhados, a seleção de sistemas de montagem de baixo perfil pode reduzir o espaço necessário para a instalação do painel, enquanto os sistemas de rastreamento para conjuntos montados no solo podem ajudar a alcançar a produção máxima de energia por metro quadrado.

3. Equilibrando a relação custo-benefício com a durabilidade do sistema

Visão geral do desafio:

Como acontece com qualquer projeto de engenharia, há uma tensão constante entre manter os custos baixos e garantir que o sistema permaneça durável e confiável ao longo do tempo. Para sistemas de montagem solar, isso significa selecionar os materiais e métodos de instalação corretos que proporcionem resistência sem aumentar os custos.

• Custos de materiais: A escolha dos materiais (por exemplo, aço versus alumínio versus compósitos) pode impactar significativamente o custo da instalação.

• Durabilidade a longo prazo: O sistema deve durar décadas sem degradação, especialmente em climas desafiadores, exigindo uma consideração cuidadosa das propriedades do material.

Exemplo do mundo real:Em 2024, Energia Solar enfrentou esse desafio ao projetar grandes instalações comerciais. Ao utilizar ligas de alumínio nos sistemas de montagem, conseguiram reduzir custos de materiais mantendo alta durabilidade, garantindo a longevidade dos sistemas.

Solução:
Os projetistas podem superar esse desafio selecionando materiais com as melhores relações custo-durabilidade para as condições climáticas e ambientais específicas. Por exemplo, embora o alumínio possa ser mais caro inicialmente, o seu peso leve e a resistência à corrosão tornam-no mais económico a longo prazo. Da mesma forma, os projetos modulares podem reduzir os custos de instalação, mantendo a resistência e a durabilidade.

4. Garantindo a integridade estrutural e a distribuição de carga

Visão geral do desafio:

Os sistemas de montagem solar devem distribuir o peso dos painéis solares uniformemente pela estrutura para garantir a integridade do sistema de montagem e da superfície (telhado ou solo) à qual está ancorado. Isto é especialmente importante para instalações em telhados, onde a carga deve ser distribuída por diferentes secções da estrutura do edifício para evitar potenciais danos.

• Distribuição desigual de carga: O peso mal distribuído pode causar danos ao telhado ou desgaste irregular do sistema de montagem.

• Cargas Dinâmicas: Vento, neve e atividades sísmicas podem impor cargas dinâmicas ao sistema que devem ser levadas em conta durante o projeto.

Exemplo do mundo real:Em 2024, Solar Canadense trabalhou em uma instalação em um telhado na Califórnia. Eles tiveram que projetar cuidadosamente a estrutura de montagem para garantir que a carga fosse distribuída uniformemente pelo telhado, usando modelagem avançada de elementos finitos (FEM) para simular cargas dinâmicas e evitar falhas estruturais.

Solução:
Os engenheiros podem usar ferramentas avançadas de análise estrutural, como o FEM, para modelar como o peso dos painéis e os fatores ambientais afetarão o sistema. Além disso, sistemas de montagem modulares que permitem ajustes fáceis e distribuição flexível de carga podem ajudar a garantir que o sistema de montagem seja eficiente e seguro.

5. Conformidade com regulamentos e padrões locais

Visão geral do desafio:

Navegar no complexo cenário regulatório é um desafio significativo para os projetistas de sistemas de montagem solar. Diferentes regiões, cidades ou países têm padrões e códigos de construção variados para instalações solares. Esses regulamentos regem aspectos como requisitos de carga de vento, segurança sísmica e resistência ao fogo.

• Códigos de construção: As instalações solares devem atender aos códigos de construção locais, que variam de acordo com a região e podem exigir materiais ou métodos de instalação específicos.

• Padrões de Certificação: Padrões de certificação internacionais e nacionais como UL 2703 para sistemas de montagem e CEI 61215 para painéis solares devem ser seguidos para garantir que o sistema atenda aos requisitos de segurança e durabilidade.

Exemplo do mundo real:A Projeto 2023 da Sunrun em Nova York exigiu que os sistemas de montagem solar atendessem aos rígidos códigos locais de segurança contra incêndio. A empresa teve que escolher sistemas de montagem que atendessem aos padrões UL 2703, garantindo uma instalação segura e confiável.

Solução:
Manter-se atualizado com as regulamentações locais e internacionais é essencial. Muitos fabricantes oferecem sistemas de montagem pré-certificados que atendem aos códigos de construção mais rigorosos. Os projetistas também podem colaborar com as autoridades locais para garantir que o projeto atenda a todos os requisitos regulamentares.

Conclusão

Projetar sistemas de montagem solar é uma tarefa complexa que requer um conhecimento profundo das condições ambientais, propriedades dos materiais, integridade estrutural e requisitos regulatórios. Os cinco desafios discutidos neste artigo – adaptação às condições ambientais, otimização do espaço, equilíbrio entre custo e durabilidade, garantia da distribuição de carga e cumprimento das regulamentações locais – são fatores críticos que podem determinar o sucesso de uma instalação solar. Mantendo-se informados sobre as mais recentes tecnologias, materiais e tendências da indústria, os projetistas e engenheiros solares podem criar sistemas de montagem que não são apenas econômicos e duráveis, mas também capazes de fornecer desempenho energético ideal nas próximas décadas.

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