La majoria dels problemes amb les cobertes fotovoltaiques integrades a l'edifici (BIPV) no són causats per càlculs estructurals incorrectes, sinó per equivocar la seqüència de disposició.
Un enfocament comú és disposar les corretges d'acord amb el disseny de l'edifici, triar un espai de nombre rodó convenient, com ara 1,5 m o 1,2 m, i després instal·lar els mòduls fotovoltaics a la part superior. A la meitat de la instal·lació, l'equip pot descobrir que un punt de suport es troba a 100 mm de la vora d'un mòdul o que un subjecte aterra en una zona feble del marc del mòdul. S'han de revisar els dibuixos, repetir els càlculs i el calendari del projecte es pot retardar dues setmanes.
La seqüència correcta és la inversa: determineu primer les dimensions del mòdul, establiu el nombre de línies de suport, calculeu l'espaiat de la correa i només després seleccioneu les seccions de la correa.
Aquesta guia explica tot el procés, proporciona intervals de referència per a l'espaiat de la correa, les mides de la secció i el consum d'acer, i mostra per què la deflexió sovint es converteix en la restricció de disseny que governa abans que la força.
Les dimensions del mòdul fotovoltaic determinen les línies de suport, que determinen l'espaiat de la correa
Dos acords bàsics de suport
Un mòdul fotovoltaic de 2.278 × 1.134 mm es pot suportar en corretges en dues configuracions bàsiques.
| Arranjament de suport | Orientació al mòdul | Vores suportades | Espaciat de corretges |
| Suport de vora llarga | Orientació paisatgística | Dues vores llargues | Igual al costat curt del mòdul, aproximadament 1,13 m |
| Suport a curt termini | Orientació retrat | Dues vores curtes | Igual al costat llarg del mòdul, aproximadament 2,28 m |
L'espaiat de corretges no és una opció de disseny arbitrària; es deriva de la disposició del mòdul. Amb una dimensió del costat curt del mòdul de 1.134 mm, la distància corresponent és d'aproximadament 1,13 m. Amb una dimensió del costat llarg de 2.278 mm, és d'aproximadament 2,28 m. No hi ha cap línia de suport intermèdia en cap dels dos arranjaments bàsics tret que s'afegeix un tercer suport.
Quan es requereixen tres línies de suport?
Per a grans llums, fortes càrregues de vent o mòduls més pesats, el suport de dos punts pot ser insuficient. Una solució és afegir una correa a sota de la meitat del mòdul, dividint el tram original en dos trams.
Amb una correa central afegida, l'espai entre les línies de suport es converteix en aproximadament 1,14 m o 1,13 m, produint una configuració similar al suport de vora llarga. La compensació és que es requereixen més corretges, augmentant el consum total d'acer.
Restriccions de distància de vora
S'ha de mantenir una distància suficient entre la vora del mòdul i la línia central de la correa. Les pinces típiques tenen una amplada de subjecció efectiva d'aproximadament 30-40 mm. Si la línia central de la correa està massa a prop de la vora del mòdul, és possible que la pinça no s'enganxi bé. Si està massa lluny, el voladís del mòdul es fa excessiu, augmentant el risc de deformació a les cantonades sota l'aixecament del vent.
Una pràctica habitual de la indústria és col·locar la línia central de la correa entre 50 i 100 mm cap a dins des de la vora del mòdul mentre s'assegura que el voladís no superi una cinquena part de la dimensió del costat curt del mòdul.
Com afecta l'espaiat de la correa a la selecció de seccions
Quan es duplica l'espaiat de la correa, la càrrega de línia transportada per cada veta també es duplica, assumint la mateixa càrrega d'àrea. La mida de la secció s'ha d'augmentar en conseqüència.
| Espaciat de corretges | Secció típica | Pes teòric | Consum d'acer per unitat de superfície | Notes |
| 1,13 m | C160 × 60 × 20 × 2,5 | Aprox. 6,3 kg/m | Aprox. 5,5 kg/m² | Més corretges, menor càrrega per membre i fàcil maneig durant la instal·lació |
| 1,50 m | C180 × 70 × 20 × 2,5 | Aprox. 7,1 kg/m | Aprox. 4,7 kg/m² | Una solució de compromís; s'ha de comprovar la desviació |
| 2,28 m | C220 × 70 × 20 × 3,0 | Aprox. 9,4 kg/m | Aprox. 4,1 kg/m² | Menys corretges, major càrrega per membre; la deflexió pot esdevenir el factor limitant |
Basant-se només en el consum d'acer, el suport de vora curt amb una distància de 2,28 m sembla més econòmic amb aproximadament 4,1 kg/m², més d'un 20% menys que els 5,5 kg/m² associats amb el suport de vora llarg.
No obstant això, aquesta xifra no s'ha de considerar de manera aïllada. El motiu queda clar a l'apartat següent.
Desviació: el límit que es pot assolir abans que la força esdevingui crítica
Com es determina el límit de desviació?
Per a les corretges de sostre en condicions normals de servei, un límit de la indústria d'ús habitual és L/200. Alguns projectes amb requisits d'impermeabilització i resistència al vent més estrictes poden adoptar L/250.
Per a un projecte amb una llum de 7,5 m, L/200 permet una deflexió de només 37,5 mm. Per a un vano de 9 m, el límit és de 45 mm. Aquestes bonificacions són relativament restrictives per als membres d'acer.
Per què duplicar l'espaiat de la correa fa que la deflexió sigui més difícil de controlar?
La deflexió és proporcional a la càrrega uniformement distribuïda i inversament proporcional al segon moment d'àrea de l'element, assumint la mateixa envergadura i condicions de suport.
Quan l'espaiat de la correa augmenta d'1,13 m a 2,28 m, la càrrega de la línia a cada correa es duplica aproximadament, igual que la deflexió en condicions que no canvien. Augmentar la secció de C160 a C220 només proporciona un augment limitat en el segon moment de l'àrea, que pot no compensar completament la càrrega addicional.
Com a resultat, la comprovació de força encara pot satisfer el límit permès mentre falla la prova de desviació. Aquest és un dels problemes més comuns de disseny de la correa del sostre i sovint només es descobreix durant les revisions dels dibuixos.
Per què els requisits de deflexió són més estrictes per a les cobertes BIPV?
En un sistema fotovoltaic aplicat a l'edifici (BAPV), els mòduls fotovoltaics es munten sobre una estructura de suport que després s'uneix al sostre metàl·lic. Una deflexió excessiva pot comprometre els segells entre l'estructura de suport i els panells del sostre, creant un problema de manteniment que de vegades es pot solucionar tornant a segellar o substituir les juntes.
En un sistema BIPV, els mateixos mòduls fotovoltaics formen part de l'embolcall del sostre. Si una correa es desvia 5 mm, la junta del panell pot obrir-se 5 mm. La continuïtat de la impermeabilització depèn de la rigidesa estructural i dels detalls de segellat.
És per això que les cobertes BIPV sovint requereixen un control de deflexió més estricte que les cobertes metàl·liques convencionals, i per això els arranjaments de suport de vora curta es poden rebutjar en projectes amb gran espai de columnes.
Tres restriccions addicionals que poden canviar l'espaiat de la correa
Espaiat de columnes
L'envergadura de la correa ve determinada per l'espai entre les columnes del bastidor principal. Els espais entre columnes de 6 m, 7,5 m i 9 m són opcions habituals per a les naus industrials.
A mesura que augmenta l'espaiat de les columnes, l'envergadura de la correa s'allarga, generalment requereix seccions més profundes i augmenta el consum d'acer. Per tant, l'espaiat de la correa s'ha de seleccionar dins del marc de la disposició de columnes establerta i no de manera independent.
Juntes del mòdul fotovoltaic
Les posicions de les corretges s'han d'alinear amb les unions entre els mòduls fotovoltaics. Si una correa cau directament a sota del centre d'un mòdul, els elements de fixació poden caure en una àrea no suportada de la fulla posterior del mòdul, deixant la connexió dependent de la subjecció i reduint potencialment la rigidesa de la junta.
Durant la disposició del panell, marqueu primer les línies d'unió del mòdul i, a continuació, establiu les línies centrals de la correa. Aquesta seqüència no s'ha d'invertir.
Moviment tèrmic
Quan les temperatures del sostre arriben als 70 °C, les corretges d'acer i els marcs dels mòduls d'alumini s'expandeixen a diferents ritmes perquè els seus coeficients d'expansió tèrmica són diferents. Per tant, la seva expansió longitudinal no és idèntica. Un enfocament d'enginyeria comú és incorporar detalls de lliscament al llarg de la direcció longitudinal, permetent un moviment relatiu limitat entre els mòduls i les corretges.
Un espai de correa excessivament ajustat pot restringir aquest moviment i augmentar les tensions de contenció als marcs del mòdul. Per tant, un espai més proper entre les corretges no significa automàticament un disseny més segur.
Un exemple complet de selecció de corretges
Condicions pressuposades: una distància entre columnes de 7,5 m, una coberta BIPV integrada, mòduls fotovoltaics de 2.278 × 1.134 mm i un projecte situat en una zona de pressió de vent moderada.
Pas 1: seleccioneu la disposició de suport. Un espai de columnes de 7,5 m és relativament gran. Amb un suport de vora curt i una separació de la correa de 2,28 m, la deflexió pot ser difícil de controlar sota un límit L/200. Per tant, es selecciona un suport de vora llarg en orientació horitzontal, amb una separació de la correa d'1,13 m.
Pas 2: seleccioneu la secció de corretges. Utilitzant una càrrega morta de 20 kg/m², una càrrega viva de manteniment de 0,5 kN/m² i les combinacions locals de càrrega de vent aplicables, calculeu la càrrega de línia i seleccioneu una secció C160 × 60 × 20 × 2,5. Si la pressió del vent és més alta, actualitzeu a C180 × 70 × 20 × 2,5.
Pas 3: comproveu la desviació. Per a una llum de 7,5 m, el límit L/200 és de 37,5 mm. Comproveu la deflexió sota les combinacions de càrrega aplicables i confirmeu que es manté dins del límit permès.
Pas 4: alineeu les juntes del mòdul. Organitzeu els mòduls mitjançant un mòdul de disseny de 1.134 mm. Alineeu les línies centrals de la correa amb les línies d'articulació del mòdul, amb una tolerància de posicionament de l'objectiu de ± 5 mm.
Pas 5: completeu els dibuixos de la disposició. Indiqueu clarament l'espaiat de la correa, les especificacions de la secció, les posicions dels elements de fixació, els extrems lliscants i els extrems fixos.
Seguir aquesta seqüència ajuda a reduir la probabilitat de revisions de disseny durant les revisions dels dibuixos.
Preguntes freqüents
P1: Quin és l'espai típic entre les corretges del sostre?
Un rang industrial comú és d'1,0 a 1,5 m. L'espai real depèn de les dimensions del mòdul, les disposicions de suport i les combinacions de càrrega. Per a un mòdul amb una dimensió del costat curt de 1.134 mm, el suport de la vora llarga correspon a un espai aproximadament d'1,13 m. El suport de vora curt basat en una dimensió del costat llarg de 2.278 mm correspon a aproximadament 2,28 m, que supera el rang habitual i requereix una comprovació de desviació independent.
P2: L'espaiat més petit de les corretges sempre fa que el sostre sigui més segur?
No. Un espai més petit significa més corretges i un major consum d'acer. També pot restringir el moviment de lliscament necessari per adaptar-se a l'expansió tèrmica, augmentant les tensions de contenció en els marcs del mòdul. L'enfocament correcte és satisfer els requisits de deflexió, força i moviment tèrmic simultàniament.
P3: Pot un sostre BIPV utilitzar el mateix disseny de corretges que un sostre metàl·lic convencional?
Això no es recomana sense una revisió específica del disseny. Els límits de deflexió per a les cobertes metàl·liques convencionals aborden principalment el drenatge i l'aspecte, mentre que les cobertes BIPV també han de mantenir la continuïtat entre els mòduls fotovoltaics i el sistema d'impermeabilització. La mateixa disposició de la correa pot ser adequada per a BAPV, però pot provocar que les juntes dels panells s'obrin excessivament en una aplicació de BIPV.
P4: S'han d'afegir o espaciar-se les corretges més properes quan s'instal·la BIPV al sostre d'una fàbrica existent?
L'estructura existent s'ha de revalorar en funció de les càrregues de disseny originals i del seu estat de corrosió actual. L'experiència del sector suggereix que menys de la meitat dels sostres metàl·lics existents superen els controls de capacitat estructural requerits per a les modificacions fotovoltaiques. Quan una estructura falla, pot ser necessari un reforç, incloent augmentar la capacitat dels membres, afegir suports o substituir les corretges. Aquestes mesures poden representar entre el 15% i el 25% del pressupost de modernització.
La integració de càrregues mortes fotovoltaiques i càrregues vives de manteniment en l'etapa de disseny estructural pot reduir el consum total d'acer entre un 8% i un 12% aproximadament, en comparació amb un disseny que requereix un reforç posterior. Aquest estalvi estimat resulta dels efectes combinats dels detalls de connexió compartits, l'optimització de la secció i el disseny integrat del sostre. Exclou les diferències en el cost dels mateixos mòduls fotovoltaics.
Contacte: info@xzbesta.com
