Erfahren Sie, was jeder Eingabewert bedeutet, wo Sie den richtigen Wert finden und wie Sie Wind, Schnee, Druck, Neigung und Tracker-Torque-Ergebnisse lesen, ohne sich in der Ingenieurnotation zu verlieren.
Kurze Antwort: Beginnen Sie mit der Auswahl des Montagesystems. Geben Sie die Modulgröße, Anordnung, Wind- und Schneedaten des Standorts ein, fügen Sie dann die tatsächlichen Querschnittseigenschaften und die Analysekräfte für Ihre Bauteile hinzu. Der Rechner aktualisiert sich sofort. Ein grünes “Pass” bedeutet, dass die angegebene Nachfrage innerhalb der angegebenen Grenze liegt; “Review” bedeutet, dass die Nachfrage diese Grenze überschreitet. Beide Status sind keine Baugenehmigung.
Was überprüft der Solar-Montage-Tragwerksbelastungsrechner?
Der LuminVolt Solar-Montage-Tragwerksbelastungsrechner ist ein vorläufiges Ingenieurwerkzeug für zwei gängige PV-Unterstützungssysteme: einen festen Neigungswinkel und einen Einachsen-Tracker. Er wandelt das bereitgestellte Ingenieurarbeitsblatt in ein browserbasiertes Formular um, so dass sich jeder abhängige Wert sofort ändert, wenn Sie eine Eingabe ändern.
Für eine festgelegte Neigungswinkelstruktur berechnet das Tool die grundlegende Winddruck, den Design-Windlast, den Design-Schneelast, die verteilten Lasten, die kombinierte Bauteilbeanspruchung, die Auslastung und die Neigungsgrenzen. Für einen Tracker berechnet es den Winddruck in zwei Betriebsfällen, den Windexzentrionsmomente, den Schwerkraftexzentrionsmoment, das Einheitsmoment entlang des Drehrohres und den Schneelastwert.
Dieser Rechner dient zur vorläufigen Überprüfung und Ingenieurdiskussion. Er wählt keine lokalen Design-Windgeschwindigkeiten, Expositionsarten, Bedeutung factors, Lastfälle, Verbindungskapazitäten, Fundamentwiderstände oder Kodierregeln für Sie aus. Der endgültige Entwurf muss unter dem in der Projektlocation angenommenen Kodex überprüft und bei Bedarf von einem qualifizierten Tragwerksingenieur genehmigt werden.
In den Vereinigten Staaten, ASCE/SEI 7-22 berührt Umgebungsbelastungen und Lastkombinationen für die Tragwerksentwurfsplanung. ASCE veröffentlicht auch gearbeitete Leitfäden für seine Wind- und Schneevorschriften. Projekte in anderen Ländern können unterschiedliche nationale Normen befolgen. Verwenden Sie die im Projekt dokumentierte Norm anstatt davon auszugehen, dass eine Methode überall gilt.
Wie soll ich mich vor der Öffnung des Rechen Instruments vorbereiten?
Sie können das Tool mit den Standardwerten erkunden, aber eine tatsächliche Projektprüfung erfordert überprüfte Eingaben. Sichern Sie sich zunächst folgende Informationen:
- Längen, Breiten, Gewichte und Mengen der PV-Module
- Tabellenlayout, Trägerlängen und Torque-Tube-Länge
- Windgeschwindigkeit und Luftdichte am Standort
- Geländedaten oder Ausrichtung und der richtige Höhenfaktor
- Sneeuddichte, Schneehöhe, Dach- oder Paneelschneide
- Trägerfläche, Querschnittsmodul und Materialdesignfestigkeit
- Analysekräfte, Biegemomente und tatsächliche Verformungen
- Gültige Lastkombinationen und Projektgestandards
Modulwerte stammen normalerweise aus dem Datenblatt des Herstellers. Abschnittseigenschaften sollten aus genehmigten Stahl- oder Aluminiumprofilzeichnungen stammen. Wind, Schnee, Gelände und Lastkombinationswerte sollten aus dem Projektgrundlagen, lokalen Behörden Daten oder einer Ingenieurrechnung stammen.
Die fest geneigten Modul- und Trägerlängen werden in Millimetern angegeben, während die Schneehöhe in Metern angegeben wird. Die Tracker-Geometrie wird in Metern angegeben. Der Querschnittsmodul ist in cm³, die Fläche in cm², die Momente in N·m, der Druck in MPa und der Drehmoment in N·m oder N·m/m. Lesen Sie die Einheit neben jedem Feld vor dem Tippen.
Schritt 1: Wählen Sie fest geneigte oder Einachsbewegung Tracker
| Modus | Wählen Sie es, wenn | Hauptausgabe |
|---|---|---|
| Fester Neigungsbau | Die Module bleiben an einem Winkel auf Dachbalken, Sparren, Pfosten und Streben. | Wind- und Schneelasten, Trägerbelastungsauslastung und Verformungsprüfungen. |
| Einachs-Tracker | Eine Reihe rotiert um einen Drehmomentrohr und muss an verschiedenen Verfolgungswinkeln überprüft werden. | Wind- und Schragentorque, Einheitstorque und der überwiegende Torquerequisit. |
Wenn Ihr Projekt eine konventionelle Erd- oder Dachfläche verwendet, beginnen Sie mit festem Neigungswinkel. Falls es sich um eine rotierende Reihe handelt, wie die Systeme, die auf unseren Solarspuren-Seite, wählen Sie den Tracker. Die beiden Registerkarten behalten ihre eigenen Eingabewerte bei, sodass Sie zwischen ihnen wechseln können, ohne die Modelle zu vermischen.
Wie den Festwinkel-Rechner verwenden
Geben Sie das Modul und die Tabellenlayout ein
Geben Sie die Modul-Länge, Modul-Breite und Modul-Masse aus der Modul-Datenblatt ein. Geben Sie dann die Anzahl der Layout-Reihen und die Anzahl der Module pro Reihe ein.
Gesamtlänge der Stützbalken ist die modellierte Länge, die verwendet wird, um Modulbelastungen entlang der Trapezlatten zu verteilen. Trägerlänge ist der verwendete Sparrendurchmesser für die Lastverteilungsberechnung im Arbeitsblatt. Geben Sie keine Gesamtlänge des Projekts ein, es sei denn, sie entspricht der modellierten Länge.
Geben Sie die Wind-Eingaben ein
Das Werk berechnet zunächst den grundlegenden Winddruck mithilfe von w = 0,5 × ρ × V². Hier, ρ ist die Luftdichte und V ist Designwindgeschwindigkeit.
Der entstehende Winddruck wird dann durch den Sturzbewegungsfaktor berücksichtigt βz, shape coefficient µs, und Höhenfaktor µz. Diese Koeffizienten sind keine universellen Konstanten. Wählen Sie sie aus dem Projektstandard und der Ausführungsgrundlage aus. Die Tabelle μz weiter unten auf der Calculator-Seite wiederholt die bereitgestellten Wertebücher für Geländekategorien A bis D.
Geben Sie die Schneidstoffe ein
Geben Sie den Schneefaktor ein µr, Schneedichte und Schneehöhe. Das Tool berechnet die grundlegende Schneelast aus Dichte, Schwerkraft und Höhe und multipliziert sie mit μr.
Verwenden Sie die Mono-Pitch-Tabelle auf dem Rechner, um μr mit dem Neigungswinkel α im beigefügten Arbeitsbuch zu vergleichen. Zum Beispiel gibt diese Tabelle μr = 1.00 für Neigungen bis zu 25°, 0.85 bei 30°, 0.70 bei 35° und 0 bei 60° oder mehr an. Verwenden Sie nur diese Werte, wenn sie für Ihre Projektstandards und Belastungsbedingungen gültig sind.
Fügen Sie die Mitgliedsbereichseigenschaften hinzu
Öffnen Trägerquerschnittseigenschaften. Für die Pfette, Sparren und Ständer geben Sie die Nettoquerschnittmodul für jede Achse ein (Wnx und Wny), die Nettofläche Ein, und die γ-Faktoren ein, die im Arbeitsblatt verwendet werden. Geben Sie auch den Designbereich für die Stütze und die Materialdesignfestigkeit an.
Hier verwenden Anfänger oft falsche Daten. Geben Sie nicht die Außenbreite oder -höhe eines профиля in das Modul für die Querschnittmodul ein. Wnx und Wny sind geometrische Eigenschaften, die normalerweise in einer Profiltafel oder einem Ingenieurzeichnung aufgeführt sind.
Fügen Sie Kräfte, Momente und tatsächliche Verformungen hinzu
Öffnen Mitgliederkräfte und Momente. Geben Sie die axiale Kraft N und die Biegemomente Mx und My für den zu überprüfenden Lastfall ein. Geben Sie dann die Längen der Mitglieder und die tatsächlichen Verformungen aus Ihrer Strukturanalyse an.
Der Rechner generiert keine vollständige Rahmenermittlung aus dem Modullayout. Er überprüft die Kräfte und Verformungen, die Sie eingeben. Diese Unterscheidung ist wichtig: Umgebungsdaten berechnen Lastwerte, während die Anforderungen der Mitglieder noch aus einem angemessenen Strukturmodell oder einem überprüften Arbeitsblatt stammen müssen.
Lesen Sie die festen Neigungsergebnisse
Die oberen Karten zeigen die Designwindlast, die grundlegende Winddruck und die Designschneelast an. Die Liste der verteilt Lasten zeigt, wie diese Lasten mit den Formeln des Arbeitsblatts auf die Pfette, Tabelle und Sparren aufgeteilt werden.
Die Stärketabelle vergleicht die kombinierte Mitgliedspannung mit der eingetragenen Designfestigkeit. Der Auslastung ist das Verhältnis von Bedarf zu Kapazität. Die Verformungstabelle vergleicht die tatsächliche Bewegung mit dem Arbeitsblattlimit für jedes Mitglied.
Arbeitsbeispiel mit festem Neigungswinkel unter Verwendung der Standardwerte
Das Standardmodell für den festen Neigungswinkel verwendet ein 1.650 × 991 mm großes Modul, das 16.5 kg wiegt und in 2 Reihen à 11 Modulen angeordnet ist. Der Windgeschwindigkeit ist 26.84 m/s, die Luftdichte ist 1.25 kg/m³, βz ist 1.00, μs ist 1.30 und μz ist 1.00. Die Schneedichte ist 130 kg/m³, die Schneehöhe ist 0.11 m und μr ist 0.85.
Mit diesen Werten gibt der Rechner zurück:
| Ergebnis | Standardausgabe | Bedeutung in einfacher Sprache |
|---|---|---|
| Basiswinddruck | 450,24 Pa | Druck aus der eingegebenen Luftdichte und Windgeschwindigkeit vor der Berechnung der drei Windkoeffizienten. |
| Entwurfswindlast | 585,31 N/m² | Grunddruck nach Anlegen von βz, μs und μz. |
| Entwurfsschneelast | 121,55 N/m² | Es wird eine Schneelast entsprechend dem eingegebenen Koeffizienten μr aufgebracht. |
| Verwendung der höchsten Standardfestigkeit | Sparren: 80,41 TP3T | In diesem Beispiel entspricht der Sparren am ehesten der eingegebenen Bemessungsfestigkeit. |
| Prüfung auf die nächstgelegene Standardauslenkung | Pfette: 15,0 / 17,5 mm | Die tatsächliche Durchbiegung liegt unter dem angezeigten Grenzwert, ist jedoch näher daran als bei den beiden anderen Prüfungen. |
Alle Zeilen zu Standardfestigkeit und Durchbiegung zeigen “Bestanden” an, was jedoch lediglich bedeutet, dass die in der Arbeitsmappe angegebenen Werte innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte liegen. Wenn Sie die Bemessungsfestigkeit, die Querschnittseigenschaften, Momente, Kräfte, Längen oder tatsächlichen Durchbiegungen ändern, kann sich das Ergebnis sofort ändern. Ein bestandener Test ist kein Nachweis dafür, dass ein anderer Standort oder ein anderes Profil geeignet ist.
So verwenden Sie den Rechner für einachsige Nachführsysteme
Reihen- und Modulgeometrie eingeben
Geben Sie die Modullänge, die Modulbreite, die Modulmasse, die Anzahl der Module pro Reihe, die Länge des Drehmomentrohrs und die Längsseite des Moduls auf der Luvseite ein. Das Nachführmodell verwendet Meter als Maßeinheit; fügen Sie daher keine Millimeterwerte aus der Registerkarte „Feste Neigung“ ein.
Den Fall mit 0° Wind definieren
Geben Sie βz, μz, die Luftdichte, die Windgeschwindigkeit sowie einen positiven und einen negativen Cp-Wert für die 0°-Position ein. Der Rechner verwendet den Mittelwert der beiden Cp-Werte für die angezeigte Bemessungswindlast und deren Differenz für das exzentrische Windmoment.
Den 45°-Windfall definieren
Wiederholen Sie die Windangaben für die 45°-Position. Gehen Sie nicht automatisch davon aus, dass dieselben Windgeschwindigkeits- oder Druckkoeffizienten gelten. Verwenden Sie die in der Auslegungsgrundlage des Nachführsystems oder in der Windstudie angegebenen Werte.
Schwerkraft- und Schneewerte hinzufügen
Die Schwerkraft-Exzentrizität ist der Abstand zwischen der Drehachse und dem jeweiligen Schwerpunkt. Der Tracker-Winkel bestimmt die Schwerkraft-Drehmomentkomponente. Geben Sie μr, die Schneedichte und die Schneehöhe ein, um die Schneedaten zu berechnen.
Das Drehmoment der Steuerbaugruppe ablesen
Die Ergebnisse unterscheiden zwischen dem exzentrischen Drehmoment durch Wind und dem exzentrischen Drehmoment durch Schwerkraft; anschließend wird das Drehmoment durch die Achsenlänge geteilt, um den Wert in N·m/m zu erhalten. Der maßgebliche Wert ist der größere absolute Gesamtwert der beiden angezeigten Tracker-Fälle.
Beispiel für einen Tracker mit den Standardeinstellungen
Die Standard-Trackerreihe besteht aus 56 Modulen mit den Abmessungen 2,15 × 1,06 m und einem Gewicht von jeweils 30 kg, die auf einem 60,7 m langen Drehmomentrohr montiert sind. Für den 0°-Windfall wird eine Windgeschwindigkeit von 25 m/s angenommen, für den 45°-Fall eine von 15 m/s. Das sich daraus ergebende maßgebende Einheitsdrehmoment beträgt 176,58 N·m/m.
| Standard-Tracker-Ergebnis | Wert |
|---|---|
| Exzentrisches Drehmoment bei 0° | 10.718,42 N·m |
| Drehmoment der Windkraftanlage bei 0° | 176,58 N·m/m |
| Exzentrisches Drehmoment bei 45° | 3.858,63 N·m |
| Exzentrisches Drehmoment aufgrund der Schwerkraft | 1.513,43 N·m |
| Gesamtdrehmoment bei 45° | 88,50 N·m/m |
| Entwurfsschneelast | 0,175 kN/m² |
Verwenden Sie das Drehmoment der Steuereinheit als Eingabewert für den nächsten Konstruktionsschritt, beispielsweise zur Überprüfung des Drehmomentrohrs, der Antriebseinheit, der Lager, der Dämpfer und des Reaktionsverhaltens der Reihe. Der Rechner gibt keine Bestätigung darüber, dass diese Komponenten geeignet sind.
So nutzen Sie die drei Referenzabschnitte
Lastfälle
Die Lastkombinationstabelle listet 12 Faktoren aus der mitgelieferten Arbeitsmappe auf. Die Festigkeitskombinationen umfassen die faktorierte Eigenlast, positive oder negative Windlast sowie Schneelast. Bei den Durchbiegungskombinationen kommen Betriebslastfaktoren zum Einsatz. Die Tabelle dient als Referenz; sie erzeugt nicht automatisch neue Stabkräfte im Browser-Tool. Wenden Sie die richtige Kombination in Ihrer Tragwerksanalyse an und geben Sie anschließend die resultierenden Kräfte und Momente in die Stabfelder ein.
Winddruck-Höhenkoeffizient μz
Suchen Sie die Projekthöhe in der ersten Spalte und gehen Sie dann quer zu Gelände A, B, C oder D. Die Erläuterungen unterhalb der Tabelle beschreiben die Geländekategorien der Arbeitsmappe. Liegt die Höhe zwischen zwei Zeilen, befolgen Sie die Interpolations- oder Auswahlregel der jeweiligen Norm, anstatt einen Wert nach Augenmaß zu wählen.
Schneekoeffizient μr bei einseitiger Neigung
Das Diagramm trennt die horizontale Schneeverteilung vom geneigten Dach ab und zeigt den Wert α an der Unterkante des Daches. Wählen Sie aus der Tabelle den Wert μr aus, der der Dachneigung entspricht. Betrachten Sie den langen horizontalen Schneebalken nicht als Dachfläche; er stellt die in den Quelldaten dargestellte gleichmäßige Schneeverteilung dar.
Was bedeuten “Bestanden”, “Überprüfen”, „Auslastung“ und „Ablenkung“?
Stress ist der berechnete interne Bedarf pro Fläche. Entwurfsfestigkeit ist der von Ihnen eingegebene zulässige Vergleichswert. Auslastung ist die Spannung geteilt durch die Bemessungsfestigkeit. Ein Wert von 80% bedeutet, dass die berechnete Beanspruchung 80% der eingegebenen Festigkeit beträgt; 105% bedeutet, dass sie um 5% darüber liegt.
Das Tool stuft eine Auslastung von 100% oder darunter als “Bestanden” und Werte über 100% als “Überprüfen” ein. Bei der Durchbiegung wird die Zeile als “Bestanden” markiert, wenn die tatsächliche Durchbiegung den angezeigten Grenzwert nicht überschreitet. Hierbei handelt es sich um numerische Vergleiche, nicht um eine technische Freigabe.
Bei einer tatsächlichen Auslegung können außerdem Nachweise hinsichtlich Knickung, lokaler Knickung, Quer-Torsions-Knickung, Ermüdung, Verbindungsfestigkeit, Ausreißfestigkeit, Lagerung, Umkippen des Fundaments, Gleiten, Bodenwiderstand, dynamisches Verhalten des Nachführsystems, Montagebedingungen, Korrosionsverlust, Toleranzen und Ausnahmesituationen erforderlich sein. Fragen Sie den Projektingenieur, welche Nachweise maßgeblich sind.
Neun häufige Fehler bei der Dateneingabe, die es zu vermeiden gilt
- Millimeter und Meter werden verwechselt. Das kann das Ergebnis um das 1.000-Fache oder mehr verändern.
- Winddruck als Windgeschwindigkeit eingeben. Die Windgeschwindigkeit wird in m/s angegeben; der Druck ist ein berechneter Wert in Pa.
- Verwendung der Modulabmessungen für die gesamte Tabelle. Die Modulgröße und die Länge der Bauteile werden separat eingegeben.
- Schätzung von μz allein anhand der Höhe. Auch die Geländekategorie beeinflusst den Koeffizienten.
- Verwendung der Schneehöhe ohne Überprüfung der Dichte. Bei unterschiedlicher Schneedichte können gleiche Tiefen zu unterschiedlichen Belastungen führen.
- Eingabe der Profilabmessungen in Wnx oder Wny. Der Querschnittsmodul muss aus einer Berechnung der Querschnittseigenschaften oder aus einer Tabelle stammen.
- Die Arbeitsmappen-Einstellungen für ein neues Projekt beibehalten. Die Standardmomente und -kräfte beziehen sich auf den Probekörper, nicht auf Ihr Bezugssystem.
- Die Referenzkombinationen werden als automatisch behandelt. Für die Felder zur Mitgliederanfrage werden noch korrekt zusammengeführte Analyseergebnisse benötigt.
- “Pass” als „zur Genehmigung bereit“ interpretieren. Es werden lediglich die im Tool hinterlegten Vergleiche angezeigt.
Speichern Sie einen Satz überprüfter Eingaben, ändern Sie jeweils nur einen Wert und notieren Sie sich, welches Ergebnis sich dadurch ändert. So lassen sich Einheitenfehler und unerwartete Abhängigkeiten leichter erkennen. Verwenden Sie die Schaltfläche „Zurücksetzen“, wenn Sie zu den Standardeinstellungen der Arbeitsmappe zurückkehren möchten.
Häufig gestellte Fragen
Kann ich den Rechner auch ohne ingenieurwissenschaftliche Vorkenntnisse nutzen?
Sie können damit die Zusammenhänge nachvollziehen und einen vorläufigen Vergleich erstellen. Für eine Projektprüfung sollten die Koeffizienten, Querschnittseigenschaften, Berechnungskräfte und Zulassungskriterien von einer für den Tragwerksentwurf qualifizierten Person bereitgestellt oder überprüft werden.
Wo finde ich die richtige Auslegungswindgeschwindigkeit?
Orientieren Sie sich an den Auslegungsgrundlagen des Projekts, der zuständigen Behörde oder der Karte und Methode, die in der lokal geltenden Norm vorgeschrieben sind. Übernehmen Sie die Windgeschwindigkeit nicht aus einer Wetter-App oder von einer anderen Stadt.
Wendet der Rechner automatisch jede Lastkombination an?
Nein. Es wird die Kombinationstabelle der Arbeitsmappe als Referenz angezeigt. Geben Sie die Teilkräfte und Momente aus dem richtigen kombinierten statischen Berechnungsfall ein.
Was soll ich tun, wenn bei einem Ergebnis “Überprüfen” steht?
Überprüfen Sie zunächst die Einheiten und die Ausgangsdaten. Wenn die Eingabewerte korrekt sind, bitten Sie den Statiker, den Querschnitt, die Spannweite, die Aussteifung, den Lastpfad, das Berechnungsmodell und die Abnahmekriterien zu überprüfen. Beheben Sie ein Ergebnis, das die Grenzwerte überschreitet, nicht durch Ändern eines Koeffizienten, ohne technische Unterstützung einzuholen.
Warum führt schon ein geringer Anstieg der Windgeschwindigkeit zu einer so starken Druckänderung?
Der Grundwinddruck ist proportional zum Quadrat der Windgeschwindigkeit. Steigt die Geschwindigkeit um 10%, erhöht sich der Druck um etwa 21%, bevor weitere Koeffizienten angewendet werden.
Kann dieser Rechner die Größe von Fundamenten oder Dachverankerungen berechnen?
Nein. Es werden weder Boden, Schotter, Pfähle, Ankerauszugskraft, Dachtragfähigkeit noch Verbindungsdetails geprüft. Nutzen Sie unser separates Wind- und Schneelastrechner um eine weitere vorläufige Belastungsansicht zu erhalten, lassen Sie anschließend projektspezifische Fundament- und Anschlussprüfungen durchführen.
Kann ich es sowohl für Stahl- als auch für Aluminiumprofile verwenden?
Der Spannungsvergleich berücksichtigt bearbeitbare Querschnittseigenschaften und die Bemessungsfestigkeit, doch die korrekten Festigkeitsnachweise variieren je nach Werkstoff und Norm. Klären Sie das Bauteilmodell, die Koeffizienten, die Knickregeln und die Festigkeitswerte mit dem Projektingenieur ab.
Wodurch unterscheiden sich die Festneigungs- und Nachführanlagen?
Die beiden Modi geben unterschiedliche Arbeitsbuchmodelle wieder. Die Geometrie mit fester Neigung wird hauptsächlich in Millimetern eingegeben, während die Tracker-Geometrie in Metern angegeben wird, da ihr Hauptergebnis das Drehmoment pro Meter Rohr ist.
Sind Sie bereit, Ihre eigenen Projektdaten auszuprobieren?
Öffnen Sie den Rechner in einem zweiten Tab, halten Sie diese Anleitung daneben bereit und ersetzen Sie die Standardwerte ausschließlich durch überprüfte Werte. Um Unterstützung beim Montagesystem zu erhalten, senden Sie LuminVolt Ihren Modulplan, die Standortlasten und die Projektzeichnungen.