Краткий ответ: солнечная панель, установленная на верхней части опоры уличного светильника, работает как парус. В наших примерах расчёта она увеличивает ветровой момент в основании опоры в 3,5–4,6 раза по сравнению с одним светодиодным светильником. Опора, выбранная для светильника с питанием от сети, обычно недостаточно прочна для раздельного солнечного уличного светильника: укажите размер панели, скорость ветра и высоту и запросите расчёт.
Покупатели часто заказывают «опору 8 м, панель 200 Вт» как две отдельные позиции. Опора, кронштейн, опорная плита и анкерные болты должны быть проверены совместно для фактически устанавливаемой панели и ветра на площадке. В этой статье показан масштаб эффекта с помощью простого расчёта.
Ключевые цифры
- Ветровое давление растёт пропорционально квадрату скорости ветра: около 670 Па при 33 м/с (120 км/ч) и 1 080 Па при 42 м/с (150 км/ч).
- Панель площадью 1 м² на верхней части опоры высотой 8 м добавляет около 0,9–1,4 кН горизонтальной силы при этих скоростях, действующей более чем на 8 м выше основания.
- Момент в основании для опоры высотой 8 м: 2,9 кНм только со светодиодным светильником, 10,1 кНм с панелью площадью 1 м² при 33 м/с.
1. Расчёт
Для каждого элемента горизонтальная сила F = q × Cf × A, где q = ½ ρ v² — ветровое давление (ρ = 1,225 кг/м³), Cf — коэффициент силы, A — площадь воздействия. Мы использовали Cf = 1,3 для наклонной панели, 1,0 для светодиодного светильника и 0,8 для конической круглой стойки. Момент в основании — это сумма произведений каждой силы на её высоту над основанием. Требуемый упругий момент сопротивления — это момент, умноженный на общий коэффициент запаса 1,5, делённый на предел текучести стали Q355 (355 МПа).
Это упрощённая проверка для демонстрации порядка величин. Проектный расчёт выполняется по местному нормативу (например, EN 1991-1-4 или ASCE 7) с учётом категории местности, коэффициента порывистости, динамических эффектов и усталости, и проверяет кронштейн, дверной проём, опорную плиту, сварные швы и анкерные болты, а также стойку.
2. Таблица расчёта
| Высота опоры | Площадь панели | Скорость ветра | Момент в основании, только светодиодный светильник | Момент в основании с панелью | Доля панели | Требуемый момент сопротивления | Пример круглого сечения в основании |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 m | 0,7 м² (около 100 Вт) | 33 m/s | 1,5 кНм | 5,3 кНм | 72 % | 22 см³ | 130 мм × 2,5 мм |
| 6 m | 0.7 m² | 42 m/s | 2,4 кНм | 8,6 кНм | 72 % | 36 см³ | 130 мм × 3 мм |
| 8 m | 1,0 м² (около 200 Вт) | 33 m/s | 2,9 кНм | 10,1 кНм | 71 % | 43 см³ | 160 мм × 2,5 мм |
| 8 m | 1.0 m² | 42 m/s | 4,7 кНм | 16,4 кНм | 71 % | 69 см³ | 160 мм × 4 мм |
| 10 m | 2,0 м² (две панели) | 33 m/s | 5,0 кНм | 22,9 кНм | 78 % | 97 см³ | 190 мм × 4 мм |
| 10 m | 2.0 m² | 42 m/s | 8,1 кНм | 37,1 кНм | 78 % | 157 см³ | 220 мм × 5 мм |
Наш собственный расчёт. Вал смоделирован как коническая круглая труба (основание 130/160/190 мм, вершина 70/80/90 мм); центр панели на 0,3 м выше верха стойки; светодиодная головка 0,15–0,25 м². Пример сечения — самая тонкая стандартная стенка, удовлетворяющая требуемому моменту сопротивления; это не проект.
3. Что таблица говорит покупателю
- Панель, а не стойка, определяет конструкцию. Удвоение площади панели примерно удваивает момент в основании; переход с 33 на 42 м/с увеличивает его примерно на 60 %.
- Одной толщины стенки недостаточно. При 10 м с двумя панелями в зоне 42 м/с основание 190 мм потребовало бы более 6 мм стенки; основание 220 мм справляется с 5 мм. Диаметр — более эффективный рычаг.
- Анкерные болты и опорные плиты также масштабируются с моментом. Стойка, повторно используемая из сетевого проекта с оригинальной анкерной корзиной, может разрушиться в фундаменте, а не в стволе.
- Прибрежные и циклонические зоны требуют местной карты ветров. Момбаса, Дар-эс-Салам, Лагос и Абиджан находятся на побережье; северный Мозамбик и Мадагаскар подвержены циклонам. Не используйте обобщённые 120 км/ч.
4. Что включить в спецификацию
| Пункт | Укажите |
|---|---|
| Панель | Мощность, габариты, количество панелей, угол наклона и высоту над верхом стойки |
| Ветер | Основная скорость ветра и категория местности по местному кодексу или скорость, указанная в тендере |
| Опора | Высота установки, сечение (круглое или восьмигранное), марка стали, диаметр основания и вершины, толщина стенки |
| Соединения | Кронштейн, толщина опорной плиты, количество и размер анкерных болтов, усиление дверного проёма |
| Отделка | Стандарт горячего цинкования и минимальная толщина цинка; порошковое покрытие при необходимости |
| Подтверждение | Расчёт ветровой нагрузки для фактически установленной панели и светильника, подписанный инженером поставщика |
Вопросы и ответы
Можно ли установить солнечную панель на существующую стойку уличного освещения?
Только после проверки. В наших примерах панель увеличивает момент в основании в 3,5–4,6 раза, поэтому существующая стойка, её анкерные болты и фундамент обычно требуют расчёта и часто усиления или замены.
На какую скорость ветра должна быть рассчитана стойка солнечного уличного освещения?
Основная скорость ветра в национальном кодексе для данной площадки с поправкой на местность и высоту. Во многих тендерах указывается 120–150 км/ч; в прибрежных и циклонических зонах может быть выше.
Легче ли для стойки все-в-одном солнечный светильник?
Обычно да, потому что панель меньше и расположена близко к светильнику. Но крупные моноблочные устройства всё равно имеют 0,5–0,8 м² панели наверху и требуют такой же проверки.
Восьмигранная или круглая стойка?
Обе подходят. При одинаковом весе стали круглое сечение хорошо сопротивляется изгибу от ветра; восьмигранные сечения распространены в тендерах и легко формуются. Сравнивайте по моменту сопротивления в основании, а не по форме.
Как мы помогаем
Мы поставляем стойки для солнечных уличных светильников с кронштейнами для панелей и стальные опоры освещения высотой до 15 м, совместимые с нашими солнечными уличными светильниками, с расчётом ветровой нагрузки для фактически установленной панели и светильника. Пришлите нам высоту, панель и скорость ветра.
Источники: ветровое давление q = ½ρv² при стандартной плотности воздуха; аэродинамические коэффициенты — типовые значения, используемые в EN 1991-1-4 для плоских пластин и круглых цилиндров; предел текучести стали Q355 по GB/T 1591. Приведённая таблица — наш собственный расчёт для иллюстрации. См. также: высота и шаг опор освещения, моноблочные и раздельные солнечные уличные светильники.