來源：小樹洞談光伏支架
作者：John Smart
引言
上周臺風(fēng)“山竹”登錄廣東，很多視頻和媒體往往都喜歡拿“百年一遇”甚至“千年一遇”來描述臺風(fēng)的破壞力。有人會問，僅僅才活了二十幾年，卻遇到了50年一遇的雪災(zāi)，100年一遇的洪災(zāi)，600年一遇的海嘯，怎么這么倒霉。那么這個所謂的“百年一遇”、“千年一遇”又具體指的是什么意思呢，下面跟隨小樹洞一起來分析其中的含義。
我們常常用重現(xiàn)期(MRIs, Mean Recurrence Intervals)來描述一個氣象災(zāi)害的大小，而重現(xiàn)期通常使用單位“年”來進行表示。我們往往會被這種表示方式所迷惑，但是實際上重現(xiàn)期的真實含義并不是指“多少年才會出現(xiàn)一次”而是“每年出現(xiàn)這種氣象災(zāi)害的概率”。所以重現(xiàn)期又稱“年超越概率”(Annual Exceedance Probability)。
我們設(shè)計光伏跟蹤器時常用“50年一遇”的風(fēng)速來計算基本風(fēng)壓，而所謂50年一遇的風(fēng)速，實際上是指，每年的臺風(fēng)會超過這種風(fēng)速的概率是五十分之一，也就是年超越概率為2%(0.02)。
如果需要收集100年，甚至1000年的氣象數(shù)據(jù)，才能計算得到今年對應(yīng)的年超越概率，那么我們就需要從北宋天禧二年開始收集資料了。
? 哈？朕可沒空！
當(dāng)然不用，只需要獲得該地區(qū)的幾十年的氣象數(shù)據(jù)，使用耿貝爾(Gumbel)概率分布，就可以來擬合得到50年，100年甚至1000年概率的風(fēng)速。
? 耿貝爾分布曲線，μ為尺度參數(shù)，β為分布密度
耿貝爾分布有很多種叫法，它其實是極值分布的一種，由于其型式參數(shù)為0，所以可稱為極值I型分布。又因為極值分布是由Ronald Fisher和L. H. C. Tippett在1928年發(fā)現(xiàn)，所以也稱為Fisher-Tippe分布。既然不是耿貝爾發(fā)明的，那為什么行業(yè)內(nèi)總以耿貝爾來命名這種分布函數(shù)呢？因為正是耿貝爾在1941年首次將它運用在了水文研究上。
? 耿貝爾在微笑
根據(jù)幾十年的一系列數(shù)據(jù)(每年的極大值)，我們就可以運用耿貝爾分布預(yù)測百年甚至千年的超越概率。當(dāng)然數(shù)據(jù)越多，預(yù)測的就越準(zhǔn)。
? 這里使用的是Weibull分布預(yù)測
很多沒有接觸過重現(xiàn)期的工程師往往會把重現(xiàn)期和設(shè)計使用壽命搞混淆。原因就是這兩個概念都是以“年”為單位。所謂設(shè)計使用壽命指的是建筑物在設(shè)計壽命內(nèi)能正常使用。
以光伏跟蹤器為例，其設(shè)計使用壽命為25年，如果使用50年一遇的風(fēng)速來進行計算，那么在25年的使用壽命里，有多大的概率會出現(xiàn)50年一遇的風(fēng)速呢？
? 50年一遇在25年內(nèi)出現(xiàn)的概率為39.7%
按照這樣的話，使用50年一遇的風(fēng)速，就有接近40%的概率，會出現(xiàn)實際風(fēng)速大于設(shè)計風(fēng)速的情況了。
事實上隨著極端天氣的頻繁發(fā)生，這樣的情況正在變的越來越多。
2017年8月30日，颶風(fēng)Irma襲擊了美國佛羅里達州，登陸時其1分鐘平均風(fēng)速甚至達到了驚人的130mph(58.11m/s)。根據(jù)后來的分析，該颶風(fēng)的重現(xiàn)期接近250年一遇。直接經(jīng)濟損失達647億美元，這也給該州的光伏電站帶來了前所未有的挑戰(zhàn)，很多光伏電站紛紛被吹毀。
災(zāi)后，F(xiàn)CX Solar聯(lián)合“加勒比公共電力設(shè)施公司(CARILEC)”以及“Solar Island Energy”一起針對被這次颶風(fēng)損壞的光伏電站(主要是損壞的光伏支架)進行了詳細的分析。
總結(jié)出了以下8點常見的失效模式：
1. 采用壓塊式安裝的組件容易產(chǎn)生“多米諾骨牌式連鎖效應(yīng)”
2. 支架強度設(shè)計不足
3. 固定支架未考慮東西側(cè)向風(fēng)荷載
4. 螺栓強度設(shè)計不足
5. 螺栓未完全緊固
6. 支架節(jié)點設(shè)計未考慮顫振等動態(tài)風(fēng)荷載
7. 組件本身的抗壓能力不足
8. 自攻螺栓失效
欲知詳細內(nèi)容，可在公眾號內(nèi)回復(fù) 美國颶風(fēng) 即可獲得該電子版報告。
很顯然，醫(yī)院、核電站這樣的建筑物，遠遠比我們光伏電站要重要。在海外的建筑荷載規(guī)范里，使用重現(xiàn)期恰恰就可以來區(qū)分不同重要性的建筑物。
比較典型的比如美標(biāo)ASCE 7-05/10和澳大利亞規(guī)范NCC以及AS1170.0/2。
那么如何選擇重現(xiàn)期對光伏跟蹤系統(tǒng)進行設(shè)計呢，我們且聽下回分解。
原文始發(fā)于微信公眾號（坎德拉學(xué)院）：千年一遇?臺風(fēng)這是要成精了!(上篇)