Solartracker

  • Hallo liebe Forumsmitglieder,


    mein Papa möchte sich einen Solartracker (PV-Module an drehbarem Mast) bei sich aufstellen und hat mich gebeten die statischen Berechnungen für Mast und Fundament zu übernehmen. (Aufgrund meines Ingenieurstudiums geht er davon aus, dass ich das kann, aber leider war Statik nicht wirklich meine Leidenschaft und es ist schon eine Weile her, dass ich irgendwas in der Richtung gerechnet habe.😅)


    Der Mast soll insgesamt 3m hoch sein, die PV-Module aber erst in 1m Höhe beginnen. Die geplante Fläche der Module beträgt 2m x 4,5m = 9m. Sie sollen asymmetrisch (1/3 zu 2/3) am Mast montiert werden. (Siehe Bild)


    Für die PV-Module habe ich ein Flächengewicht von 11kg/m² laut Internetrecherche angenommen und somit ein Gesamtgewicht von 99kg.

    Die vermutlich maßgebliche Windlast beläuft sich auf 0,52kN/m² (Windzone 2, Geländekategorie 2, h<=10 -> qp=0,65kN/m², cpe,10=0,8).


    Zur Dimensionierung des Mastes habe ich als statisches System eine unten eingespannte Stütze gewählt, auf welche nur die Windlast einwirkt. Am Auflager komme ich dann auf ein Moment von 1,04kN * 2m = 2,08kNm. Das statische System entspricht ja dem Eulerfall 1, aber es gibt keine Auflast oben.

    Kann und muss ich trotzdem den Knicklastfall berücksichtigen? Wie komme ich auf die Dimensionierung des Mastes?


    Für das Fundament würde ich ein quadratisches unbewehrtes Einzelfundament aus Beton C20/25 wählen. M.H der Formeln nach den Schneider Bautabellen auf S.4.105 (Kap 4 C 2.5) könnte ich dann die Seitenlänge und Höhe des Fundaments ermitteln. Gilt es hier noch etwas zu berücksichtigen? Durchstanznachweis oder sowas?


    Tut mir leid für den Roman, ich hoffe mein Anliegen ist verständlich.

    Viele Grüße und eine schöne Weihnachtszeit!

  • Aufgrund meines Ingenieurstudiums geht er davon aus, dass ich das kann ...

    Dann sage ihm, dass Du es nicht kannst.

    eine unten eingespannte Stütze gewählt, auf welche nur die Windlast einwirkt.

    Da wirken auch noch Momente aus der unsymmetrischen Anordnung der Module.

    quadratisches unbewehrtes Einzelfundament aus Beton C20/25

    unbewehrt geht nicht. Es müssen Momente aus der Stützeneinspannung eingeleitet werden. Und Beton kann nicht viel Zug.


    Außerdem gibt es mehrere Lastfälle durch die drehbaren Module.


    Das Ding könnte ich jetzt auch nicht in kurzer Zeit durchkonstruieren, obwohl ich sicherlich einige Erfahrung mit Statik habe.


    Lass die Finger davon, das wird nur Materialvernichtung. Dein Papa möge sich bitte einen erfahrenen Statiker suchen.

    __________________
    Gruß aus Oranienburg
    Thomas

  • Trackersysteme sind Ressourcenverschwendung.

    Den Mehraufwand, den man in das Trackingsystem steckt, bekommt man in dessen Lebenszeit niemals mehr als Mehrertrag heraus.

    Das war mal sinnvoll, als die Module noch sehr teuer waren. Mittlerweile sind die Module einfach zu günstig / effizient in der Herstellung. Einfach ein Modul mehr ist viel günstiger als das aufwändige Trackingsystem.


    Das gilt nicht nur für den finanziellen, sondern auch für den Ressourcenaufwand / ökologischen Fußabdruck. Stahl, Alu und Beton erzeugen was bei Ihrer Produktion? Genau... CO2.


    Von der Wartung, Verschleiß, Fehleranfälligkeit mal abgesehen.

  • wenn keine starre dachbelegung möglich ist, dann wirds halt ein pv-zaun - aber auch da gibts nicht nur eigengewicht der module, sondern u.u. gewicht der tragkonstruktion, eisbesatz, "richtiger" wind (ähnlich freistehende wand) usw.

  • Vielleicht schaust Du Dir mal die statischen Berechnungen für Antennenmasten, Fahnenmasten o.ä. an, das dürfte vergleichbar sein.


    Für die PV-Module habe ich ein Flächengewicht von 11kg/m²

    Die ganze Mechanik nicht vergessen (Rotoren für horizontale Position und Elevation) die bringt auch einige kg auf die Waage.


    Wie oben schon geschrieben wurde, lohnt sich das nicht wirklich. Vielleicht wenn man das als Bastelprojekt oder unter "Jugend forscht" verbuchen kann. Ansonsten wird sich der Vorteil durch die Nachführung der Paneele in den nächsten 100 Jahren nicht amortisieren.


    Nebenbei bemerkt, ich verstehe noch nicht warum der Mast 3m hoch werden soll, wenn die Module mit 2m Höhe in 1m Abstand zum Boden montiert werden. Die Drehachse wäre dann doch in ca. 2m Höhe, sonst kann Du die Module ja nicht mehr vertikal schwenken, oder Du müsstet die Module mit Abstand zum Mast montieren, was völliger Unsinn wäre. Oder soll die Elevation über eine Schubstange erfolgen?

    Irgendwie scheint mir der "Plan" noch nicht so richtig ausgereift.

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  • Nebenbei bemerkt, ich verstehe noch nicht warum der Mast 3m hoch werden soll, wenn die Module mit 2m Höhe in 1m Abstand zum Boden montiert werden.

    Er wohnt im Gebirge, wo im Winter gut Schnee liegt, deshalb der Abstand zum Boden.

    Wie genau die Paneele am Mast befestigt

    werden, wenn das Dreh-/Kipp-Gelenk oben am Mast sitzt, habe ich auch noch nicht verstanden.

  • wo im Winter gut Schnee liegt,

    Dann Schnee- und Eislast nicht vergessen.


    Die Last am Kopf könnte man etwas reduzieren wenn man den Horizontalrotor am Mastfuß montiert (Rohr in Rohr System, mit Oberlager). Dadurch würde auch der Horizontalrotor entlastet.

    Es gibt also viele Möglichkeiten wie man so etwas aufbauen könnte, aber so lange diese Details nicht bekannt sind, braucht man sich über statische Berechnungen keine Gedanken machen.

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  • Das Ding könnte ich jetzt auch nicht in kurzer Zeit durchkonstruieren, obwohl ich sicherlich einige Erfahrung mit Statik habe.


    Lass die Finger davon, das wird nur Materialvernichtung. Dein Papa möge sich bitte einen erfahrenen Statiker suchen.

    :bier:


    Und nicht wundern, wieviel Beton da im Boden versenkt werden muss!

    mit Gruß aus Berlin, der Skeptiker


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  • Ich zitiere einfach mal seine Antwort:

    "das Ding soll für die Not-Versorgung im Winter sein. Die Hauptanlage ist ja auf dem Garagendach, und im Moment von Schnee und Eis bedeckt.

    Das Problem ist der Schnee. Die Solarzellen müssen bei Schneefall senkrecht stehen, oder man muß sie ganz leicht sauber machen können, am besten beides. Das geht auf dem Dach beides nicht. An der Hausfassade ist beim derzeitigen Sonnenstand nur kurze Zeit mal Sonne. Es gibt nur einen Bereich im Garten wo ich bei Sonnenschein im Winter ca. 3h Sonne hätte.


    Man kann ja statt eines dicken Betonfundamentes auch 4 kleine machen und die über ein Stahlkreuz verbinden. Dann entfällt die Zuglast auf den Beton. Es ist ja sogar üblich, daß Solarzellen auf ein Flachdach gestellt werden und lediglich durch Betongewichte (Betonplatten) gehalten werden. Also alleine durch Schwerkraft. So könnte man auch mit dem Stahlkreuz mit Betonfüßen, die nur durch ihr Eigengewicht wirken sollen, rechnen - dann wäre auch die Bodenfestigkeit egal.


    Wenn ich z.B. wüßte, wie das senkrechte Rohr dimensioniert sein müßte und welches Gewicht die Betonfüße haben müssen (ich würde die mal so weit auseinander rücken wie der Schwenkbereich der "Wetterfahne" ist) könnte ich das Stahlkreuz nach Gefühl dimensionieren (also z.B. ähnlich stark wie das senkrechte Rohr), oder sagen, das wird alles zu aufwändig.


    Damit reduziert sich die Rechnung auf das senkrechte Rohr, das nötige Betongewicht ist ja über die Windlast und Hebelgesetze leicht auszurechnen. Also wenn ich die Formel für das Stahlrohr hätte und die "Normwindstärke" wäre es eigentlich schon erledigt. (es wäre gut, mit Rohrdurchmesser und Wandstärke spielen zu können)"

  • Dann würde ich es nicht so kompliziert machen.


    Einfach eine Aufständerung für Freiflächenanlagen kaufen, und wenn mal Schnee auf den Paneelen liegt dann ist der schnell beseitigt. Da brauchst Du Dir auch keine Gedanken über Statik o.ä. machen, einfach die Montageanleitung beachten.

    Ob die Paneele nun 60cm oder 100cm vom Boden entfernt sind, das sollte nicht das Problem sein, das bisschen Schnee ist auch schnell weggeräumt. Die Anlagen ist ja nur für die "Notversorgung".


    Deine Variante mit Solartracker wird unnötig schwer und kompliziert, und somit auch teuer. Da kostet ein Rotor schon mehr als die komplette Aufständerung für 3 oder 4 Module.

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  • das Ding soll für die Not-Versorgung im Winter sein

    sag bescheid, ob und wie das realisiert wurde. ich habe den eindruck, bei dem thema gibts jede menge heisse luft statt kompetenz. eines ist jedenfalls selbst mir als laien klar: die pv-anlage müsste in dem fall vom netz getrennt sein und irgendwo müssen 50 takte pro minute herkommen ..

    ein ordentlicher inverter mit 2kw oder so dürfte günstiger sein.

  • mir als laien klar: die pv-anlage müsste in dem fall vom netz getrennt sein und irgendwo müssen 50 takte pro minute herkommen ..

    Technisch machbar, ähnlich wie bei Inselanlagen, oder USV. Kostet halt ein paar Euronen, und ohne Speicher oder Sonnenschein war´s das mit der Notstromversorgung. Dann bleibt die Hütte dunkel.



    ein ordentlicher inverter mit 2kw oder so dürfte günstiger sein.

    Auf jeden Fall, und der läuft auch bei Nacht. ;)

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  • Vielleicht noch als Ergänzung:


    Gerade bei einer Notstromversorgung würde ich nicht auf ein einzelnes Pferd setzen, denn so ein Notfall kann zu jeder Tages- und Nachtzeit und zu jeder Jahreszeit eintreten.


    Lösungen mit Akkus sind teuer und werden daher meist sehr knapp dimensioniert (Überbrückungszeit einige Minuten bis ein paar Stunden). Nachdem es bereits PV auf dem Dach gibt, würde ich für den Notstrom auf einen Generator setzen.


    Für die Dimensionierung sollte man aber die Verbraucher und deren Strombedarf genau kennen, denn es macht schon einen Unterschied ob ich einen 2kW oder 10kW Generator benötige.

    Die 3 PV Module können selbst bei Sonnenschein nur eine geringe Leistung liefern, ist es bewölkt (Schneefall?) dann sinkt die Leistung auf wenige Watt. Ohne Speicher geht da gar nichts.


    Es gibt übrigens WR die viele der o.g. Funktionen in einem Gerät beinhalten. Umschaltung Netz-/Notstrombetrieb, PV, Akku, Anschluss für Generator usw.

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