Kääntyvän aurinkovoimalan suunnittelu
Niemelä, Henri (2020)
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020052614089
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2020052614089
Tiivistelmä
Tässä opinnäytetyössä suunniteltiin kääntyvän aurinkovoimalan prototyyppi ja laadittiin tarvittavat valmistuspiirustukset. Voimalassa on 18 aurinkopaneelia, jotka tuottavat maksimissaan 5 kW:n tehon. Tavoitteena oli saada mahdollisimman optimaalinen ratkaisu rakenteesta, jonka hankintakustannukset olisivat mahdollisimman alhaiset. Työn tilaajana toimi Kalajoen Sähköasennus Oy.
Työssä käytettiin systemaattista tuotekehitysprojektimallia, johon kuuluivat esisuunnitteluvaihe ja detaljisuunnitteluvaihe. Esisuunnitteluvaiheessa etsittiin vaatimuslistaan pohjautuvia potentiaalisia ratkaisuvaihtoehtoja morfologisen kaavion avulla. Potentiaalisia ratkaisuvaihtoehtoja valikoitui kaksi. Vaihtoehdoista laadittiin 3D-mittakaavaluonnokset Solidworks-ohjelmalla ja niitä vertailtiin keskenään pisteytystaulukon avulla. Vaihtoehdoille tehtiin myös tuottovertailu PVGIS-työkalun avulla. Yksityiskohtaisen suunnittelun vaiheeseen valittiin vaihtoehto, joka oli rakenteeltaan yksinkertainen ja tavanomainen.
Detaljisuunnitteluvaiheessa karkeaa mittakaavaluonnosta alettiin mallintamaan yksityiskohtaisesti. Keskeisenä vaiheena detaljisuunnitteluvaiheessa oli rakenteeseen vaikuttavien tuuli- ja lumikuormien määrittäminen. Kuormien määrittämisen apuna käytettiin Eurokoodi-standardeja sekä Solidworks Flow Simulation -työkalua. Lujuuslaskelmat tehtiin käsin sekä Solidworks 2018 -ohjelman Simulation-työkalun avulla. Laskelmien perusteella pystyttiin valitsemaan rakenteelle sopiva jalkapalkki. Paneeleita kannattelevaan runkoon valittiin lujuuslaskelmien perusteella sopivat materiaalit ja määritettiin rungon muoto. Lisäksi rakenteelle tehtiin värähtelyanalyyseja ominaistaajuuden määrittämiseksi. Ominaistaajuuden korottamiseksi rakenteeseen jouduttiin lisäämään jäykisteitä, jotta rakenne ei värähtelisi tuulen aiheuttaman dynaamisen vasteen takia. Lopulta rakenteesta saatiin riittävän luja ja jäykkä kestämään kovimmat myrskypuuskat. Prototyypistä laadittiin tarvittavat valmistuspiirustukset.
Työssä huomioitiin lisäksi tuotteen osien valmistustekniikat, tuotteen kokoonpantavuus ja asennus loppuasiakkaalle. Lopuksi suunniteltiin jalusta, jonka avulla rakenne voidaan kiinnittää maahan ruuvipaaluilla.
Työssä käytettiin systemaattista tuotekehitysprojektimallia, johon kuuluivat esisuunnitteluvaihe ja detaljisuunnitteluvaihe. Esisuunnitteluvaiheessa etsittiin vaatimuslistaan pohjautuvia potentiaalisia ratkaisuvaihtoehtoja morfologisen kaavion avulla. Potentiaalisia ratkaisuvaihtoehtoja valikoitui kaksi. Vaihtoehdoista laadittiin 3D-mittakaavaluonnokset Solidworks-ohjelmalla ja niitä vertailtiin keskenään pisteytystaulukon avulla. Vaihtoehdoille tehtiin myös tuottovertailu PVGIS-työkalun avulla. Yksityiskohtaisen suunnittelun vaiheeseen valittiin vaihtoehto, joka oli rakenteeltaan yksinkertainen ja tavanomainen.
Detaljisuunnitteluvaiheessa karkeaa mittakaavaluonnosta alettiin mallintamaan yksityiskohtaisesti. Keskeisenä vaiheena detaljisuunnitteluvaiheessa oli rakenteeseen vaikuttavien tuuli- ja lumikuormien määrittäminen. Kuormien määrittämisen apuna käytettiin Eurokoodi-standardeja sekä Solidworks Flow Simulation -työkalua. Lujuuslaskelmat tehtiin käsin sekä Solidworks 2018 -ohjelman Simulation-työkalun avulla. Laskelmien perusteella pystyttiin valitsemaan rakenteelle sopiva jalkapalkki. Paneeleita kannattelevaan runkoon valittiin lujuuslaskelmien perusteella sopivat materiaalit ja määritettiin rungon muoto. Lisäksi rakenteelle tehtiin värähtelyanalyyseja ominaistaajuuden määrittämiseksi. Ominaistaajuuden korottamiseksi rakenteeseen jouduttiin lisäämään jäykisteitä, jotta rakenne ei värähtelisi tuulen aiheuttaman dynaamisen vasteen takia. Lopulta rakenteesta saatiin riittävän luja ja jäykkä kestämään kovimmat myrskypuuskat. Prototyypistä laadittiin tarvittavat valmistuspiirustukset.
Työssä huomioitiin lisäksi tuotteen osien valmistustekniikat, tuotteen kokoonpantavuus ja asennus loppuasiakkaalle. Lopuksi suunniteltiin jalusta, jonka avulla rakenne voidaan kiinnittää maahan ruuvipaaluilla.