Tracker solare mono assiale

Salve vengo a chiedere ai più esperti un consiglio sulle azioni del vento su tracker solari mono assiali. L'argomento è più inerente all'ambito dell'ingegneria civile ma sono fiducioso che qualcuno riesca ad aiutarmi e discernere i miei dubbi. I tracker solari ruotano attorno ad un asse con direzione NORD-SUD seguendo il sole nella sua traiettoria EST-OVEST. Durante la giornata l'inclinazione passa da 60° a 0° (circa a mezzogiorno) per poi ruotare dell'altra parte fino nuovamente a 60° di inclinazione rispetto terra. Il mio dubbio è inerente a quale modello utilizzare per il calcolo delle azioni del vento, il tracker potrebbe rientrare nella casistica di tettoia monofalda, mi pare di capire però che la normativa preveda un inclinazione massima fino a 30°. Si potrebbe studiare il sistema come tettoia fino a 30°, mentre dai 30° ai 60° come un muro o parapetto?. Qualcuno ha dei consigli a riguardo ?

MecNic ha detto:

Salve vengo a chiedere ai più esperti un consiglio sulle azioni del vento su tracker solari mono assiali. L'argomento è più inerente all'ambito dell'ingegneria civile ma sono fiducioso che qualcuno riesca ad aiutarmi e discernere i miei dubbi. I tracker solari ruotano attorno ad un asse con direzione NORD-SUD seguendo il sole nella sua traiettoria EST-OVEST. Durante la giornata l'inclinazione passa da 60° a 0° (circa a mezzogiorno) per poi ruotare dell'altra parte fino nuovamente a 60° di inclinazione rispetto terra. Il mio dubbio è inerente a quale modello utilizzare per il calcolo delle azioni del vento, il tracker potrebbe rientrare nella casistica di tettoia monofalda, mi pare di capire però che la normativa preveda un inclinazione massima fino a 30°. Si potrebbe studiare il sistema come tettoia fino a 30°, mentre dai 30° ai 60° come un muro o parapetto?. Qualcuno ha dei consigli a riguardo ?

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Pensa quando dovrai verificarla per neve e vento come tutte le strutture come capannoni con il loro tetto.
Seppure apparente semplici sono oggetti che necessitano verifiche secondo normativa.
I consulenti esperti sapranno guidarti su tutte le normative meccaniche e civili da seguire.

meccanicamg ha detto:

Pensa quando dovrai verificarla per neve e vento come tutte le strutture come capannoni con il loro tetto.
Seppure apparente semplici sono oggetti che necessitano verifiche secondo normativa.
I consulenti esperti sapranno guidarti su tutte le normative meccaniche e civili da seguire.

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A dire il vero sono diversi giorni che tra ricerche in internet e consulenze non siamo riusciti a venire a capo della situazione. Esistono diverse problematiche, prima fra tutte è che non è certo che queste strutture (se interdette alla presenza umana) debbano necessariamente adempire alle normative strutturali, in secondo luogo qualora si procedesse ad un dimensionamento secondo normativa non si riesce ad individuare il modello da seguire per effettuare il calcolo del carico vento. In sostanza si progetta completamente nella nebbia rischiando di sovradimensionare in maniera esagerata.

Le strutture come case, cartelloni pubblicitari ecc hanno le loro normative. L'impatto di vento , neve e terremoto.
Non credo sia molto lontano. Quando è orizzontale avrà dei problemi e quando sarà al massimo della sua verticale avrà altri problemi.
Zona interdetta all'uomo....non è un motore che togli corrente e poi puoi entrare in sicurezza aprendo l'elettroserratura....
Semplicemente non hai ancora trovato persone che conoscono l'argomento.
Hai provato direttamente a parlare con UNI e vedere se hanno qualcuno di davvero esperto al quale indirizzarti? Un tempo erano gentili e hanno sempre aiutato anche al tempo degli studi universitari....magari qualche anima pia la trovi ancora.

Solitamente viste le scarse norme italiane si dovrebbe seguire le indicazioni seguenti, dati di galleria del vento e CFD.

Seguire SEAOC PV2 (Structural Engineers Association of California): È il punto di riferimento mondiale per l'azione del vento sui sistemi fotovoltaici. Fornisce coefficienti di pressione e di momento specifici per i tracker, considerando anche l'effetto di "schermatura" (il primo tracker protegge parzialmente quelli interni alla vela).

I tracker moderni hanno una strategia di stowage (messa in sicurezza). Quando l'anemometro del campo solare rileva vento forte (es. sopra i 30-40 km/h), i motori ruotano forzatamente il tracker portandolo in posizione di sicurezza (solitamente a 0° o a 45° a seconda del design del produttore). Il calcolo del vento alla velocità massima di progetto (es. Vb delle NTC2018) va quindi eseguito esclusivamente sull'angolo di stowage, mentre gli angoli intermedi (come i 60°) vanno calcolati con la velocità massima operativa prima del lock-out.

Grazie mille @meccanicamg per i consigli, provvedo però ad aggiungere un aspetto normativo italiano che sconvolge in manira radicale la progettazione dei sistemi ad inseguimento.
il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (CSLLPP) in seguito ad una richiesta di chiarimento da parte di uno studio di progettazione sull'applicazione dell'NTC2018 per il calcolo dell'azione del vento, ha dichiarato che la verifica della struttura va effettuata indipendentemente dalla presenza di sistemi attivi che permettono il posizionamento del tracker in una posizione di sicurezza. In sostanza in italia sembrerebbe che non sia possibile dimensionare la struttura considerando le azioni del vento e della neve con l'angolazione più favorevole. Voglio porre alcune domande:
1- Vista la scarsità di normative italiane riguardo all'azione del vento sui tracker posso far riferimento a normative estere (es. SEAOC PV2 )per il calcolo dei coefficienti di forma ?
2- L'utilizzo di simulazioni CFD o prove in galleria del vento possono risultare una fonte alternativa alle NTC2018 per effettuare una verifica strutturale ?

Infine permettetemi una piccola polemica sterile e di sfogo personale. Questo paese ha un costo dell'energia impressionante, si parla in continuazione di rinnovabili e poi si chiede una verifica strutturale con condizioni di carico improponibili. Con queste premesse dove vogliamo andare ?

Presa da: Impianti fotovoltaici ad inseguimento solare: sicurezza strutturale e obblighi NTC 2018

MecNic ha detto:

Grazie mille @meccanicamg per i consigli, provvedo però ad aggiungere un aspetto normativo italiano che sconvolge in manira radicale la progettazione dei sistemi ad inseguimento.
il Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (CSLLPP) in seguito ad una richiesta di chiarimento da parte di uno studio di progettazione sull'applicazione dell'NTC2018 per il calcolo dell'azione del vento, ha dichiarato che la verifica della struttura va effettuata indipendentemente dalla presenza di sistemi attivi che permettono il posizionamento del tracker in una posizione di sicurezza. In sostanza in italia sembrerebbe che non sia possibile dimensionare la struttura considerando le azioni del vento e della neve con l'angolazione più favorevole. Voglio porre alcune domande:
1- Vista la scarsità di normative italiane riguardo all'azione del vento sui tracker posso far riferimento a normative estere (es. SEAOC PV2 )per il calcolo dei coefficienti di forma ?
2- L'utilizzo di simulazioni CFD o prove in galleria del vento possono risultare una fonte alternativa alle NTC2018 per effettuare una verifica strutturale ?

Infine permettetemi una piccola polemica sterile e di sfogo personale. Questo paese ha un costo dell'energia impressionante, si parla in continuazione di rinnovabili e poi si chiede una verifica strutturale con condizioni di carico improponibili. Con queste premesse dove vogliamo andare ?

Presa da: Impianti fotovoltaici ad inseguimento solare: sicurezza strutturale e obblighi NTC 2018

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Ciao, seguendo la tua "piccola polemica sterile" ti posso dire che siamo dei trogloditi sotto molto aspetti. Spesso manca coerenza in tutta la filiera di molte attività. Però per garantire il "loro" stipendio sanno come fare.

Tornato al tecnico, spesso nelle normative, anche in riferimento a strutture, saldature e altro, come eurocodice/NTC piuttosto che scale e parapetti, c'è riportato l'uso di FEM come validazione e/o test standardizzati.

Sicuramente dati di galleria del vento, prove sperimentali con estensimetri montati e altri sistemi sono modalità pratiche di test-stess.

Sicuramente la normativa estera è una base di partenza anche se magari non è direttamente riconosciuta in Italia/Europa e comunque non abbinata ad una norma armonizzata. È comunque uno "standard" di settore, a maggior ragione che non c'è nulla in Italia.

Chiaramente che per essere sicuri al 100% in Italia non lo so può mai essere mancando le certezze normative e dei professionisti di settore.

Che NTC dica di verificare le strutture in condizioni peggior senza ausili di sicurezza è fondamentale perché garantisce che la struttura da sola non crei incidenti. Ci possono essere casi in cui gli anemometri e la loro elettronica sia off ....per guasto....per manutenzione ecc, e in quei casi è palese che non si deve sradicare contro il manutentore che sta operando.
Queste sono cose che anche la direttiva macchie fornisce come indicazione.

Poi più riesci ad applicare e forzare di applicare norme italiane riconosciute e più sei in una botte di ferro.

Sicuramente un ginepraio ma non ti arrendere.

Progettare un tracker solare in Italia richiede di unire due mondi che spesso non si parlano: l'ingegneria civile (strutture e fondazioni) e l'ingegneria elettromeccanica (macchine in movimento).

Ho cercato di mettere assieme un po' tutto quello che riguarda la questione.

1. Sicurezza Strutturale e Carichi Generali (La Legge Italiana)
La base legale per qualsiasi struttura costruita sul suolo italiano è rappresentata dalle NTC, che per i materiali e i carichi rimandano agli Eurocodici.

• NTC 2018 (D.M. 17 Gennaio 2018) e relativa Circolare n. 7/2019: È il riferimento obbligatorio. Gestisce le combinazioni di carico (SLU, SLE), le verifiche di resistenza e i coefficienti di sicurezza parziali.
• UNI EN 1991-1-4 (Eurocodice 1 - Vento): Stabilisce la pressione cinetica di riferimento in base al sito di installazione (zona di ventosità, rugosità del terreno, altimetria). Come discusso in precedenza, le NTC e l'Eurocodice consentono esplicitamente di derogare ai loro coefficienti di forma standard qualora si utilizzino dati provenienti da prove certificate in galleria del vento.
• CNR-DT 207/2008: Documento tecnico del CNR specifico per l'azione del vento. Offre un inquadramento più profondo dell'Eurocodice per le azioni aerodinamiche e aeroelastiche, utilissimo per giustificare approcci avanzati.
• UNI EN 1991-1-3 (Eurocodice 1 - Neve): Non va dimenticata la neve. Sebbene il tracker in posizione di "stowage" cerchi di scaricarla, è necessario verificare il carico neve asimmetrico e il carico combinato neve + vento leggero secondo normativa.

2. Dimensionamento degli Elementi e Materiali
I tracker sono realizzati prevalentemente in acciaio zincato o leghe di alluminio. Il dimensionamento dei profili (tubi di torsione, arcarecci, boccole) deve seguire:

• UNI EN 1993 (Eurocodice 3 - Acciaio): Fondamentale in particolare la parte 1-3 (Profili formati a freddo), dato che i profili a "C", "Z" o "Sigma" che reggono i pannelli sono solitamente lamiere piegate a freddo, soggette a instabilità locale (local buckling).
• UNI EN 1999 (Eurocodice 9 - Alluminio): Nel caso in cui morsetti o elementi secondari siano in lega di alluminio.

3. Geotecnica e Fondazioni
I tracker utilizzano raramente fondazioni in calcestruzzo armato. Nel 90% dei casi si piantano pali direttamente nel terreno (ramming posts) o si usano viti di fondazione (ground screws).

• NTC 2018 (Capitolo 6) e UNI EN 1997 (Eurocodice 7): Governano la progettazione geotecnica. Per i pali infissi è cruciale verificare:
  • La resistenza a estrazione (pull-out) per il ribaltamento da vento.
  • La spinta orizzontale (pali tozzi infissi) che subisce l'azione di "drag".
  • La corrosione del terreno (spessore di sacrificio dell'acciaio interrato), un parametro che l'Eurocodice 3 ed Eurocodice 7 impongono di calcolare in base all'aggressività chimica del sito.

4. La Norma Specifica di Prodotto (L'Anima del Tracker)
C'è una norma fondamentale che definisce il tracker non solo come "struttura", ma come "macchina" che deve inseguire il sole e proteggersi:

• CEI EN 62817 ("Sistemi di inseguimento solare per applicazioni fotovoltaiche - Qualifica di progetto"): È la Bibbia dei tracker. Non ti dice quanto deve essere spesso l'acciaio, ma stabilisce i test e i criteri di accettazione che il tracker deve superare per essere venduto o accettato da un investitore. Regolamenta:
  • Precisione di inseguimento.
  • Test di usura meccanica (cicli di vita di motori e boccole).
  • Verifica delle modalità di stowage per vento estremo.
  • Test di deformazione sotto carico.

5. Standard Macchine ed Elettrici
Poiché c'è un motore che muove una struttura immensa, entrano in gioco norme di sicurezza meccanica ed elettrica.

• Direttiva Macchine (2006/42/CE)...sostituita da (UE) 2023/1230: Un tracker con motore è considerato a tutti gli effetti una "Macchina". È obbligatoria la marcatura CE, la stesura del fascicolo tecnico e l'analisi dei rischi (es. rischio di schiacciamento durante il movimento).
• Normativa CEI 64-8: Per il dimensionamento e la sicurezza degli impianti elettrici a bordo macchina (cavi in movimento, messa a terra dei componenti strutturali contro i fulmini, ecc.).

Il consiglio pratico per l'Italia: Se devi validare i calcoli strutturali per Genio Civile o per una Due Diligence tecnica in Italia, il flusso corretto è: prendere il vento di base dalle NTC 2018, moltiplicarlo per i coefficienti aerodinamici (Cp e Cm) forniti dal report della galleria del vento del produttore (o da letteratura come SEAOC PV2 se in fase preliminare), e verificare l'acciaio e le fondazioni interamente con le NTC 2018/Eurocodici.

Cercherò di arrivare fino in fondo e vi aggiornerò sulle modalità utilizzate per effettuare tutte le verifiche del caso. Ad ogni modo c'è una questione che sembra di poco conto da tenere in considerazione, in molte regioni la costruzione di campi fotovoltaici non necessita di depositare alcun progetto all'ufficio regionale ma solo a quello comunale. Questo aspetto non dovrebbe implicare nulla dal punto di vista delle verifiche progettuali ma sappiamo bene che gli uffici comunali non hanno le stesse capacità di controllo dell'ufficio regionale.

MecNic ha detto:

Cercherò di arrivare fino in fondo e vi aggiornerò sulle modalità utilizzate per effettuare tutte le verifiche del caso. Ad ogni modo c'è una questione che sembra di poco conto da tenere in considerazione, in molte regioni la costruzione di campi fotovoltaici non necessita di depositare alcun progetto all'ufficio regionale ma solo a quello comunale. Questo aspetto non dovrebbe implicare nulla dal punto di vista delle verifiche progettuali ma sappiamo bene che gli uffici comunali non hanno le stesse capacità di controllo dell'ufficio regionale.

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Tu fai tutto quello che è nelle tue capacità. Meglio avere documentazione completa e stare al sicuro piuttosto che averla deficitaria e dover correre dopo a farla magari riscontrando pure delle difformità incolmabili se non con menzogne.

@MecNic
I coefficienti aerodinamici non sono riportati direttamente nelle NTC18 ma nella relativa circolare (che non ha vigore di legge). Per questo è sicuramente lecito fare riferimento a normative specifiche di settore per la loro definizione. Per quanto possibile fai riferimento al capitolo 12 delle NTC18 per l'applicazione di altre norme.

Guarda a me capita di dover verificare i teli e le guaine di impermeabilizzazione sui cui vengono fissati dei dispositivi per il collegamento dei pannelli fotovoltaici. Qui uso i coefficienti dell'Eurocodice 1 parte 1-4 (che è conforme alle NTC18) integrati da prove sperimentali in galleria del vento del Politecnico di Milano.
La cosa sorprendente è la concordanza dei risultati sperimentali con quelli di normativa.
Le prove sperimentali hanno permesso di definire un limite inferiore sotto al quale non andare.

Io userei un approccio simile anche per il tuo caso.
Puoi partire dall'Eurocodice 1-1-4 e dalla CNR 207_r1_2018 che è decisamente fatta bene (aggiunge un po' di cose interessanti rispetto alla versione 2008) e integri con prove sperimentali.
Rimango però dell'idea che vada bene anche l'uso della norma specifica facendo comunque confronti con l'eurocodice.

Ultima cosa: chiaramente devi verificare i casi più estremi. Metti che si bloccano i pannelli in una posizione sfavorevole e deve andarci il manutentore a sistemarli. Secondo te non devo considerare il caso estremo per la verifica delle strutture?

Legs ha detto:

Ultima cosa: chiaramente devi verificare i casi più estremi. Metti che si bloccano i pannelli in una posizione sfavorevole e deve andarci il manutentore a sistemarli. Secondo te non devo considerare il caso estremo per la verifica delle strutture?

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Ti ringrazio per le informazioni che hai fornito, vado subito a studiare. Io sono completamente in accordo con te sulla verifica nelle condizioni più sfavorevoli ( non esistendo una ridondanza del sistema di controllo e di movimentazione del tracker) ma ti assicuro che la maggior parte dei sistemi in commercio non può essere stata verificata nelle condizioni più sfavorevoli. Come azienda, anche in seguito a un mia personale presa di posizione, abbiamo deciso di commercializzare un prodotto che rispetti le normative attuali anche se questo ci ha già fatto perdere alcune commesse.

Meglio perdere qualche commessa piuttosto che perdere la reputazione e dover rispondere di danni a persone e cose e rischiare di mandare all'aria l'azienda.
Che poi i coraggiosi lavorino sporco si sa...ma prima o poi a fare così ci si lascia le piume.