Finite Elemente Analyse von Modulunterkonstruktionen

© Foto Fraunhofer CSP

Animation der Modulgestelldeformation bei wechselnder Windbelastung (+/- 1000 Pa), 5-fache Überhöhung.

Durch den fortschreitenden Preisverfall für Solarmodule, der Anteil an den Gesamtkosten sank von 2/3 auf zum Teil weniger als 1/3, geraten nun die Kosten anderer Komponenten (Montagegestell, Wechselrichter, Elektroarbeiten und Elektrozubehör, Montage & Gerüst) einer PV-Anlage stärker in den Blickpunkt für Kosteneinsparungen. Das Fraunhofer CSP bietet mit seiner Expertise im Bereich der Finite-Elemente-Simulation die Möglichkeit an, Unterkonstruktionen und deren Wechselwirkung mit den PV-Modulen zu analysieren. Damit ergeben sich Möglichkeiten zur Optimierung hinsichtlich Materialkosteneinsparungen.

Für die Simulation werden Modelle mit unterschiedlichem Detaillierungsgrad aufgebaut. Es werden die Deformationen des gesamten Gestells mit den Modulen bei verschiedenen Lastszenarien, wie Temperatur-, Schnee- oder Windlast, simuliert, um die Belastungen der einzelnen Komponenten zu ermitteln. In Detailsimulationen können anschließend z. B. Halterungen und Verschraubungen näher untersucht werden. Die Zielstellung ist es mit Normteilen und möglichst geringem Materialeinsatz kostengünstige Lösungen zu finden und die Gesamtkosten weiter zu senken. Anhand der Modelle können die Belastungen der Module in Wechselwirkung mit der Unterkonstruktion untersucht werden. Im Gegensatz zu Normprüfungen wird hierbei die Flexibilität des Gestells berücksichtigt, was zu einer veränderten Beanspruchungssituation führt (z.B. durch zusätzliche Verwindung) und auch in die Analyse von Zellbrüchen oder anderen Defekten einfließen kann. Mit Hilfe von Fluiddynamiksimulationen können die Windlasten im Feld weiterführend untersucht werden. Die inhomogene Druckverteilung im realen Fall kann mitunter zu kritischeren Belastungen führen und sollte für eine zuverlässige Auslegung berücksichtigt werden.

Weitere Informationen:

S. Dietrich, U. Zeller, M. Pander, M. Ebert, „Evaluation of Non-Uniform Mechanical Loads on Solar Modules“, 39th IEEE, (2013), 2998-3003 DOI: 10.1109/PVSC.2013.6745093