1. Photovoltaikanlagen unter Windlast
ANSYS Conference & 6. CADFEM Austria Users' Meeting 2011
Christoph Schlegel, CADFEM (Austria) GmbH

2. Tätigkeitsfelder von CADFEM
= Berechnung im Auftrag

3. Inhaltsangabe – PV-Anlage unter Windlast
 Anforderungen an eine Photovoltaikanlage
http://www.photovoltaik.eu/typo3temp/pics/f9c9e6cde1.j
pg
 nachgeführte Solaranlage
Strömungsanalyse
Strukturanalyse
 stationäre Solaranlage auf Flachdach
Strömungsanalyse
Strukturanalyse
 Zusammenfassung
baulinks.de

4. Anforderungen an eine Photovoltaikanlage
Ziel: Stromproduktion zu geringsmöglichen Kosten
Herstellungs- und Betriebskosten ↓
Energieeffizienz ↑
o green footprint – geringer Matrialeinsatz
Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Einsatzzeit ↑
o Sturmsicherheit
o Erdbebensicherheit
 Minimierung des Materialeinsatz
 Maximierung der Einsatzzeit

5. Beispiel 1: nachgeführte PV-Anlage
9,6 m
5,9 m
56 m² Kollektorfläche

6. Windlastfall im Versuch

7. vereinfachte Windlasten in der Norm
DIN 1055-4: Einwirkungen auf Tragwerke – Windlasten

8. Lastfälle
in aufrechter Position in Tischposition
120 km/h Wind von „Süden“ 200 km/h Wind von „Süden“
120 km/h Wind von „Norden“ 200 km/h Wind von „Westen“
120 km/h Wind von „Süd-Ost“
Südwind Nordwind

9. Strömungsanalyse

10. Strukturmechanische Analyse: « Südwind »
Verformung: 100 mm

11. Strukturmechanische Analyse: « Süd-Ost-Wind »
Verformung 177 mm

12. Strukturmechanische Analyse: « Süd-Ost-Wind »
von Mises Vergleichsspannung
> 40kN Zugkraft an
Verstellstange

13. Beulenanalyse
Beulform Faktor
1 0.78
2 1.05
3 1.22
4 1.23

14. Modalanalyse
Mode 1:
1,5 Hz
Mode 2: Mode 3:
1,7 Hz 1,9 Hz

15. schwingungsanfällige Tragwerke - Böenwirkung
Quelle:
„Anwendungsbereich und Hintergrund der
neuen DIN 1055 Teil 4“
Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Niemann

16. Beispiel 2:
stationäre PV-Anlage auf einem Flachdach

17. Beispiel 2: Dachanlage
Anforderung:
keine Verschraubung am Boden -
sonst droht Flachdach undicht zu werden
baulinks.de

18. 2D Strömungsmodell
Luftvolumen
Gebäude

19. Modell 3D

20. 2D-Strömungsuntersuchung
Gebäude

21. 2D-Strömungsuntersuchung
Lastfall 2; Überdruck unter dem ersten Modul (Fy=1840N)
Anordnung: 2 Panele

22. 2D-Strömungsuntersuchung
Abbildung 10-21: CFD Resultate für Lastfall 3; Wind Geschwindigkeit.
Abbildung 10-22: CFD Resultate für Lastfall 3; Wind Geschwindigkeit im Bereich der letzten Module
Anordnung: 22 Panele

23. transiente Strömungsanalyse
Geschwindigkeit für t=10s.
100
0
0s
-100
10 s
20 s
Fy [N] -200
30 s
-300 40 s
50 s
-400
-500
1
3
40 s
5
7
9
11
t [s]
13
15
0s
17
19
21
Modul

24. Spannungsergebnisse
Abbildung 10-14: Struktur Resultate für Lastfall 1; von-Mises-Vergleichsspannung

25. Zusammenfassung
• für manche strukturmechanische Fragestellungen sind
Strömungssimulationen eine unerläßliche Basis
• CADFEM als Entwicklungspartner und Consulting-Dienstleister
www.cadfem.at

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