Solar Tracker Tek Eksenli Güneş Takip Sistemi Rüzgar Kuvveti Dayanımının Analitik Çözümleri

Abstract

Bu çalışmada, açık arazi ortamına yerleştirilmiş olan tek eksenli bir güneş takip sistemi model olarak ele alınarak, sisteme etki eden en önemli yük olan rüzgâr yüklerinin konstrüksiyon üzerinde oluşturduğu gerilimler ve deplasmanlar incelenmiştir. Rüzgâr akış analizi hesaplamalı akışkanlar dinamiği yöntemi ile gerçekleştirilmiştir ve temel akış denklemleri Ansys Fluent paket programı ile çözülmüştür. Sonlu hacimler metodu ve daimî durumlu SST k- ω türbülans modeli kullanılarak güneş panellerine etkiyen rüzgâr yükleri hesaplanmıştır. Bu yükler altındaki metal taşıyıcı sistemin von-mises gerilim değerleri sonlu elemanlar yöntemi ile incelemiştir ve temel denklemler Ansys Structure paket programı ile çözülmüştür. Akış analizi sonucunda, güneş panelleri üzerinde oluşan rüzgâr basınç dağılımlarını sonlu elemanlar modeline aktarmak için Ansys akışkan-yapı etkileşimi paket programı kullanılmıştır. Akış ve yapısal analiz çalışmaları sonucunda güneş takip sistemi konstrüksiyonu üzerinde elde edilen gerilim değerleri, malzemelerin akma sınır değerleri ile kıyaslanıp sistem üzerinde kalıcı hasar oluşumunun engellenmesi amaçlanmıştır. Diğer çalışmalardan farklı olarak güneş panellerinin eğim açısı, rüzgârın hücum açısı ve şiddeti ile birlikte, kolonların zemine olan yüksekliği de değişken olarak dikkate alınmış ve parametrik analizler yürütülmüştür. Ayrıca, mevcut çalışmada kullanılan sayısal yöntemlerin doğrulanması için literatürde kullanılan çalışmadan yararlanılmıştır.

Keywords

• Rüzgar yükleri,Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği,Sonlu Elemanlar Yöntemi,Türbülans Modelleri,Güneş Takip Sistemleri

References

1. TS498, “Yapı Elemanlarının Boyutlandırılmasında Alınacak Yüklerin Hesap Değerleri,” (İkinci Baskı). Türk Standartları Enstitüsü, Ankara, 1997.
2. G. T. Bitsumlak, A. K. Dagnew, and J. Erwin, “Evaluation of Wind Loads on Solar Panel Modules Using CFD,” in 2010 The Fifth International Symposium on Computational Wind Engineering, 2010, pp. 23–27.
3. C. M. Jubayer, and H. Hangan, “Numerical Simulation of Wind Effects on a Stand-Alone Ground Mounted Photovoltaic (PV) System,” in 2014 Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodymaöics, 2014, vol. 134, pp. 56–64.
4. C. K. Lin, C. Y. Dai, and J. C. Wu, “Analysis of Structural Deformation and Deformation-Induced Solar Radiation Misaligment in a Tracking Photovoltaic System Numerical Simulation of Wind Effects on a Stand-Alone Ground Mounted Photovoltaic (PV) System,” in 2013 Journal of Renewable Energy, 2013, vol. 59, pp. 65–74.
5. H. Li, D. Zhang, Z. Qin, L. Li, and E. Zhang, “Analysis of Deformation and Strength of Solar Modüle Support Under Wind-Wawe Load,” in 2015 International Conference on Manufacturing Science and Engineering.
6. Ch. Khelifi, and F. Ferroudji, “Stress and Fatigue Analyses Under Wind Loading of the Dual Axis Sun Tracking System via Finite Element Analysis,” in 2016 Journal of Mechanical Engineering and Sciences, 2016, vol. 10(2), pp. 2008–2015.
7. J. Franke, A. Hellsten, H. Schlunzen, and B. Carissimo, “Best Practice Guideline for the CFD Simulation of Flows in the Urban Environment,” Qual. Assur. Improv. Microscale Meteor Models Cost Action 732, May. 2007.
8. F. Menter, “Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications,” in 1994 Journal of American Institute of Aeronautics and Astronoutics, 1994, vol. 32(8), pp. 1598–1605.

9. ANSYS Inc., “ANSYS Fluent Theory Guide,” (15th Ed.). 2013.
10. I. Ovalı, ve C. Esen, “Von-Mises Kriteri,” Ansys Workbench, Kodlab Yayınevi, 2017, pp. 46.