Progettazione ed analisi aeroelastiche di un sistema modulare per il supporto ed il fissaggio di pannelli fotovoltaici

The following thesis follows and describes the development of a project by fischer Italia company, specifically it is a modular system for the support and fixing of photovoltaic panels on Y-beams. The paper therefore aims to trace, from a theoretical and practical point of view, the fundamental steps that led to the definition of the anchoring support and consequently to the creation of a real product intended for placing on the market. The work includes a first part of introduction in which the multiple and complex requirements, the materials used in the project and the related processing technologies are outlined to identify limits and possibilities for development. The next chapter focuses on industrial design, with simulations and experimental tests and finally a summary of the aeroelastic phenomena that can impact on a structure like the one conceived. The key points of the thesis are the study of the actions acting on the photovoltaic panels, due to their own weight, to the wind and snow loads, to the way in which they are distributed and act and therefore to their combination according to the theory of limit states; the development of a modular fixing system that guarantees the tightness and safety of the system and adaptability to different geometries. This part includes both simulations carried out with the Siemens NX software and the NX Nastran solver, used to perform linear static analyzes of the system components, evaluate their deformations and constraint reactions to identify the best engineering solution, and some experimental tests carried out in the company to obtain fundamental data to proceed with the activity. The studies and tests made it possible to create the first support prototypes, which, based on the results of the first experimental tests, were found to be compliant, and in some cases better, with the simulations. In the last part the possible fluid-structure interactions were described as this type of industrial plant can be installed in many areas of Italy, where winds can reach considerable speeds. Thanks to the results obtained, it was possible to develop innovative solutions which, for reasons of industrial confidentiality, are not included in the report.

La seguente tesi segue e descrive lo sviluppo di un progetto dell’azienda fischer Italia, nello specifico si tratta di un sistema modulare per il supporto ed il fissaggio di pannelli fotovoltaici su travature a Y. L’elaborato si prefigge, quindi, di tracciare da un punto di vista teorico e pratico, i passi fondamentali che hanno portato alla definizione della staffa di ancoraggio e dunque alla realizzazione di un prodotto reale destinato all’immissione nel mercato. Il lavoro comprende una prima parte di introduzione in cui vengono delineati i requisiti, molteplici e complessi da realizzare, i materiali utilizzati nel progetto e le relative tecnologie di lavorazione al fine di individuare limiti e possibilità per lo sviluppo. Segue il capitolo riguardante la progettazione industriale, con simulazioni e test sperimentali e infine una breve sintesi dei fenomeni aeroelastici che possono impattare su una struttura come quella ideata. I punti cardine della tesi sono lo studio delle azioni agenti sui pannelli fotovoltaici, dovute al peso proprio, ai carichi di vento e neve, al modo in cui essi si distribuiscono e agiscono e quindi alla loro combinazione secondo la teoria degli stati limite; lo sviluppo di un sistema modulare di fissaggio che garantisca la tenuta e la sicurezza dell’impianto e l’adattabilità a diverse geometrie. Questa parte comprende sia simulazioni effettuate con il software Siemens NX e il solutore NX Nastran, utilizzato per eseguire le analisi lineari statiche delle componenti del sistema, valutarne deformazioni e reazioni vincolari per individuare la miglior soluzione ingegneristica, sia alcune prove sperimentali effettuate in azienda per ottenere dati fondamentali per procedere con l’attività. Gli studi e i test effettuati hanno permesso di realizzare i primi prototipi di staffa, che, in base ai risultati dei primi test sperimentali, sono risultati conformi, e in certi casi migliori, alle simulazioni. Nell’ultima parte sono state descritte le possibili interazioni fluido-struttura in quanto, questa tipologia di impianto industriale, può essere installata in molteplici zone d’Italia, dove i venti possono raggiungere velocità notevoli. Grazie ai risultati ottenuti, si sono potute sviluppare soluzioni innovative che, per motivi di riservatezza industriale, non sono incluse nell’elaborato.