Aurinkopaneelien kattokiinnikkeiden kestävyys myrskytuulissa
Pirinen, Henri (2017)
Kandidaatintyö
Pirinen, Henri
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705096356
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201705096356
Tiivistelmä
Tämän kandidaatintyön päätavoitteena oli tutkia aurinkopaneelien kattokiinnikkeiden
kestävyyttä myrskytuulessa. Työssä tutkittiin lisäksi kiinnikkeiden mitoitusta lumikuormien
avulla. Tutkittavan aurinkopaneelijärjestelmän koko on 20 m2 ja se on asennettu talon katon
lappeen suuntaisesti. Työssä tutkittiin erään valmistajan eri kattomateriaaleille tarkoitettuja
kiinnikkeitä. Kiinnikkeet 3D-mallinnettiin SolidWorks-ohjelmalla ja niiden kestävyyttä
tutkittiin Femap/NxNastran-rakenneanalyysiohjelmalla. Työssä käytettiin
tutkimusmenetelmänä kirjallisuuskatsausta. Tuulikuormien laskentaan sovellettiin
kirjallisuudesta saatuja tietoja sekä standardia SFS-EN 1991-1-4 ja lumikuormien laskentaan
sovellettiin standardia SFS-EN 1991-1-3. FE-analyysillä selvitettiin kiinnikkeisiin
kohdistuvat suurimmat jännitykset ja siirtymät tuuli- ja lumikuormilla. Saatujen tulosten
perusteella kiinnikkeiden määrä pitää aina mitoittaa asennuskohteen mukaan, koska
kuormien suuruuteen vaikuttaa monet asennuskohteesta riippuvat muuttujat. Tässä työssä
käytetty kiinnikkeiden määrä ei ollut tarpeeksi suuri, että ne olisivat kestäneet analyyttisesti
lasketut kuormitukset. Kiinnikkeiden määrää on kuitenkin helppo lisätä, jolloin kiinnikkeet
kestäisivät niihin kohdistuvat kuormitukset. Tulosten perusteella esitettiin
parannusehdotukset tutkituille kiinnikkeille. On kuitenkin kustannuskysymys, onko
järkevintä lisätä kiinnikkeiden määrää, vai miettiä uusia ratkaisuja tai materiaalivaihtoehtoja
kiinnikkeille. The main target of this bachelor’s thesis was study solar panels roof mounting brackets durability in storm wind. In addition designing brackets with snow loads was studied. Studied solar panel system’s area was 20 m2 and it was installed parallel to the roof. In this
thesis one manufacturer’s roof mounting brackets for different kind of roof materials was studied. Brackets was 3D modelled with SolidWorks and then their durability was analyzed with structural analysis program Femap/NxNastran. Literature review was used as research method in this thesis. Literature and standard SFS-EN 1991-1-4 were used to calculate wind loads and standard SFS-EN 1991-1-3 was used to calculate snow loads. The greatest stresses and displacements with different wind and snow loads were sorted out with FE-analysis. Based on the results, the number of the roof mounting brackets must designed according to the installation location because magnitude of the load depends on variables of the installation location. Number of brackets that was used in the analytical calculations were not enough to take the carried loads. However it is easy to add brackets and then brackets could last the loads. Based on the results improvement suggestions for brackets were presented. However it is cost issue is it most intelligent to add brackets or think about new solutions or change material of the brackets.
kestävyyttä myrskytuulessa. Työssä tutkittiin lisäksi kiinnikkeiden mitoitusta lumikuormien
avulla. Tutkittavan aurinkopaneelijärjestelmän koko on 20 m2 ja se on asennettu talon katon
lappeen suuntaisesti. Työssä tutkittiin erään valmistajan eri kattomateriaaleille tarkoitettuja
kiinnikkeitä. Kiinnikkeet 3D-mallinnettiin SolidWorks-ohjelmalla ja niiden kestävyyttä
tutkittiin Femap/NxNastran-rakenneanalyysiohjelmalla. Työssä käytettiin
tutkimusmenetelmänä kirjallisuuskatsausta. Tuulikuormien laskentaan sovellettiin
kirjallisuudesta saatuja tietoja sekä standardia SFS-EN 1991-1-4 ja lumikuormien laskentaan
sovellettiin standardia SFS-EN 1991-1-3. FE-analyysillä selvitettiin kiinnikkeisiin
kohdistuvat suurimmat jännitykset ja siirtymät tuuli- ja lumikuormilla. Saatujen tulosten
perusteella kiinnikkeiden määrä pitää aina mitoittaa asennuskohteen mukaan, koska
kuormien suuruuteen vaikuttaa monet asennuskohteesta riippuvat muuttujat. Tässä työssä
käytetty kiinnikkeiden määrä ei ollut tarpeeksi suuri, että ne olisivat kestäneet analyyttisesti
lasketut kuormitukset. Kiinnikkeiden määrää on kuitenkin helppo lisätä, jolloin kiinnikkeet
kestäisivät niihin kohdistuvat kuormitukset. Tulosten perusteella esitettiin
parannusehdotukset tutkituille kiinnikkeille. On kuitenkin kustannuskysymys, onko
järkevintä lisätä kiinnikkeiden määrää, vai miettiä uusia ratkaisuja tai materiaalivaihtoehtoja
kiinnikkeille.
thesis one manufacturer’s roof mounting brackets for different kind of roof materials was studied. Brackets was 3D modelled with SolidWorks and then their durability was analyzed with structural analysis program Femap/NxNastran. Literature review was used as research method in this thesis. Literature and standard SFS-EN 1991-1-4 were used to calculate wind loads and standard SFS-EN 1991-1-3 was used to calculate snow loads. The greatest stresses and displacements with different wind and snow loads were sorted out with FE-analysis. Based on the results, the number of the roof mounting brackets must designed according to the installation location because magnitude of the load depends on variables of the installation location. Number of brackets that was used in the analytical calculations were not enough to take the carried loads. However it is easy to add brackets and then brackets could last the loads. Based on the results improvement suggestions for brackets were presented. However it is cost issue is it most intelligent to add brackets or think about new solutions or change material of the brackets.