Tas pats BIPV stogų sistema gali sugesti trimis visiškai skirtingais būdais, kai įdiegiama trijose skirtingose vietose.
Pakrančių vietose korozija yra pagrindinė rizika. Dykumose aukšta temperatūra ir dulkės daro savo. Dideliame aukštyje intensyvi UV spinduliuotė ir sniego apkrovos kelia didelį susirūpinimą. Šios aplinkos kelia skirtingus ir kartais prieštaringus reikalavimus konstrukcijai, pastato apvalkalui ir PV moduliams.
Daugelyje projektų vis dar naudojama ta pati įprasta stogo konstrukcija, nepaisant vietos. Toks metodas gali gerai veikti esant švelniam vidaus klimatui, tačiau atšiaurioje aplinkoje gali likti nepašalinta keletas pažeidžiamumų. Šiame straipsnyje nagrinėjami pagrindiniai aplinkos įtempimai, gedimų mechanizmai ir minimalūs kiekvieno nustatymo aspektai.
Kodėl atšiauri aplinka yra tikras BIPV streso testas?
Trys aplinkos, trys nesėkmių keliai
Pagrindinis skirtumas tarp BIPV ir įprastos stogo dangos yra tas, kad patys PV moduliai yra pastato apvalkalo dalis. Tai reiškia, kad jie vienu metu turi atlikti tris funkcijas: elektros generavimą, hidroizoliaciją ir laikančiąją. Nesėkmės vienoje iš šių sričių gali pakenkti kitoms dviems.
Korozija pirmiausia pažeidžia tvirtinimo detales ir jungiamąsias plokštes, o vėliau modulių rėmus ir jungiamąsias dėžes. Aukšta temperatūra sumažina energijos gamybos efektyvumą ir pagreitina kapsulių medžiagų senėjimą. UV spinduliuotė pirmiausia suardo užpakalinį sluoksnį ir kapsuliatorių, o tai ilgainiui gali sukelti izoliacijos gedimą.
Bendras visų trijų gedimo būdų modelis yra toks gedimas retai įvyksta staiga. Vietoj to, žala kaupiasi palaipsniui per pirmuosius penkerius metus, o problemos išryškėja nuo penkerių iki aštuntų metų.
Kodėl tradicinės stogų dengimo praktikos nepakanka
Pagrindiniai įprastų stogų projektavimo tikslai yra hidroizoliacija ir konstrukcinė laikomoji galia. Apsauga nuo korozijos ir medžiagų senėjimas dažnai vertinami remiantis „bendros pramonės aplinkos“ prielaida.
Atšiaurioje aplinkoje reikia kitokio požiūrio. Paimkite pakrantės zonas kaip pavyzdį: tam pačiam plieno komponentui C3 arba C4 apsaugos nuo korozijos gali pakakti vidaus projektui, o projektui, esančiam 500 metrų atstumu nuo pakrantės, gali reikėti C5-M apsaugos, atsižvelgiant į faktines poveikio sąlygas ir taikomus standartus. Reikalingas dangos storis gali skirtis daugiau nei du kartus, o tai lemia didelį sąnaudų skirtumą.
| Aplinka | Pirminiai streso veiksniai | Tipiški gedimų režimai | Pagrindiniai dizaino aspektai |
| Pakrantės | Druskos purškalas, chlorido jonai, didelė drėgmė | Tvirtinimo elementų korozija, jungiamųjų plokščių korozija, baltos korozijos dėmės ant modulių rėmų | Apsaugos nuo korozijos kategorija, dangos storis, skirtingų metalų izoliacija |
| Dykuma | Aukšta temperatūra, smėlis ir dulkės, stiprus vėjas, dideli temperatūros svyravimai | Galios pablogėjimas, dulkių kaupimasis ant stiklo, vėjo pakėlimo pažeidimai | Temperatūros koeficientas, vėjui atsparios detalės, valymo prieiga |
| Didelis aukštis | Intensyvi UV spinduliuotė, žema temperatūra, sniego apkrovos, dideli dienos ir nakties temperatūros svyravimai | Galinis lakštas įtrūkęs, kapsulės pageltimas, sniego apkrovos pažeidimai | Medžiagų atsparumas oro sąlygoms, sniego apkrovos skaičiavimai, drenažo takai |
Pakrantės projektai: korozija yra pagrindinis prioritetas
Ką reiškia ISO 12944 C5-M?
Pagal atmosferos korozijos klasifikaciją pagal ISO 12944-2, pakrantės vietos, esančios 500 metrų atstumu nuo lūžtančių bangų, gali priklausyti C5-M kategorijai, o tai rodo labai didelį koroziją, atsižvelgiant į faktines aplinkos sąlygas.
Tai ne tik šiek tiek griežtesnės apsaugos taikymas. C5-M aplinkoje metinis anglinio plieno korozijos greitis gali būti nuo penkių iki dešimties kartų didesnis nei C3 aplinkoje. Plieniniai komponentai be tinkamos apsaugos per trejus–penkerius metus gali smarkiai rūdyti ir prarasti skerspjūvį.
Minimalūs dangos ir tvirtinimo elementų pasirinkimo reikalavimai
C5-M aplinkoje karštam cinkavimui reikalingas žymiai didesnis dangos storis:
| Korozijos kategorija | Tipiška aplinka | Plieno dangos storio reikalavimai | Rekomenduojama apsaugos sistema |
| C3 | Vidaus miestai; bendra pramoninė aplinka | 55–70 μm | Karštas cinkavimas arba gruntas + viršutinis sluoksnis |
| C4 | Pramonės zonos, švelniai korozinė pakrantės aplinka | 70–85 μm | Karštas cinkavimas + epoksidinis tarpinis sluoksnis + poliuretano viršutinis sluoksnis |
| C5-M | 500 m atstumu nuo pakrantės, jūrinė aplinka | 85–100 μm (komponentams, storesniems nei 6 mm); ≥120 μm jūrų inžinerijos komponentams | Karštas cinkavimas + dvipusio dengimo sistema, kurios bendras sausos plėvelės storis ≥300 μm |
Tvirtinimo detalės yra dar viena detalė, kuri dažnai nepastebima. C5-M aplinkoje ant įprastų cinkuotų varžtų gali atsirasti rūdžių dėmių per dvejus ar trejus metus. Verta apsvarstyti 316 nerūdijančio plieno tvirtinimo detales arba izoliacines poveržles galima sumontuoti skirtingose metalo sąlyčio vietose, kad būtų išvengta galvaninės korozijos.
PV moduliams taip pat keliami specifiniai reikalavimai. Netinkamas aliuminio rėmų anodavimas arba nepakankamas jungiamųjų dėžių sandarinimas gali sukelti baltų korozijos nuosėdų arba vandens patekimą per dvejus ar trejus metus.
Dykumos projektai: dvigubas aukštų temperatūrų ir dulkių iššūkis
Modulio temperatūra ir galios praradimas
Dykumos aplinkoje PV modulio darbo temperatūra gali siekti 65–70°C. Kristalinio silicio moduliai turi neigiamą galios temperatūros koeficientą, kuris paprastai svyruoja nuo –0,25 % iki –0,35 %/°C pagrindiniams gaminiams.
Naudojant –0,3 %/°C temperatūros koeficientą, santykinė išėjimo galia sumažėja maždaug 12 %, kai modulio temperatūra pakyla nuo 25°C standartinės bandymo sąlygos (STC) iki 65°C. Esant 70 °C temperatūrai, sumažėjimas artėja prie 14%.
| Modulio temperatūra | Santykinė vardinė galia (esant –0,3 %/°C) | Aprašymas |
| 25°C | 100 % | Standartinės bandymo sąlygos (STC) |
| 45°C | 94 % | Saulėtos vasaros sąlygos vidutinio klimato kraštuose |
| 55°C | 91 % | Tipiškos vasaros sąlygos Centrinėje Azijoje ir Artimuosiuose Rytuose |
| 65°C | 88 % | Intensyvus vidurdienio saulės spinduliavimas dykumos aplinkoje |
| 70°C | 86,5 % | Ekstremalios eksploatavimo sąlygos |
Renkantis modulius, N tipo TOPCon ir HJT technologijos paprastai siūlo žemesnius temperatūros koeficientus nei įprasti PERC moduliai, o tai gali suteikti pranašumą dėl faktinio energijos išeiga dykumos sąlygomis.
Dirvožemis, smėlio audros ir vėjo pakilimas
Antrasis iššūkis dykumos aplinkoje yra dulkių kaupimasis. Kai nešvarumų tankis pasiekia 20 g/m², modulio efektyvumas gali sumažėti 15–35%. Metiniai nešvarumų nuostoliai Artimuosiuose Rytuose gali svyruoti nuo 12% iki 25%, o teritorijose, esančiose Sacharos pakraščiuose, nuostoliai gali siekti 15–30%.
Tai reiškia, kad valymas nėra neprivalomas; tai pasikartojančios veiklos sąnaudos. Valymo prieigos keliai, priežiūros takai, vandens tiekimo taškai arba sauso valymo sistemos turi būti įtrauktos į projektą nuo pat pradžių.
Vėjo pakėlimas yra trečiasis iššūkis. Laikinas vėjo slėgis, susijęs su smėlio audromis, gali būti sunkesnis nei įprastomis vėjo sąlygomis. Atstumas tarp tvirtinimo detalių, stovinčios siūlės detalės ir modulių spaustuvų atsparumas vėjui turi būti perskaičiuoti pagal vietines vėjo apkrovas.
Projektai dideliame aukštyje: UV spinduliuotė, žema temperatūra ir sniego apkrovos
UV intensyvumas ir medžiagos senėjimas
Kaskart padidinus aukštį 1000 metrų, UV spinduliuotės filtravimas atmosferoje mažėja, todėl UV spinduliuotė padidėja maždaug 10–12%.
Pagrindinis poveikis PV moduliams daro įtaką ne silicio medžiagoms, įskaitant užpakalines plokštes, inkapsuliacines plėveles, jungiamųjų dėžių plastiką ir kabelių izoliaciją.
Dideliame aukštyje esantiems projektams rekomenduojamos užpakalinės plokštės su didesniu atsparumo oro sąlygoms įvertinimu. Priklausomai nuo modulio konstrukcijos ir aplinkosaugos reikalavimų, pirmenybė gali būti teikiama POE arba TPO kapsuliatoriams, o ne įprastiems EVA. Esant intensyviam UV poveikiui, EVA gali būti jautresnė pageltimui ir rūgščių susidarymui.
Žema temperatūra yra privalumas; Sniego apkrovos kelia pavojų
Žema temperatūra gali būti naudinga energijos gamybai. Kadangi PV modulių temperatūros koeficientas yra neigiamas, žemesnė darbinė temperatūra gali sukelti didesnį nei vardinį lygį. Saulėtomis dienomis dideliame aukštyje modulio išvestis gali viršyti vardinę galią daugiau nei 10%.
Didesnė rizika yra sniego apkrova. Sniego apkrovos didelio aukščio regionuose dažnai neįvertinamos, ypač kaupimosi zonose prie parapetų, latakų ir stogo aukščio pokyčių. Vietinė sniego apkrova gali siekti du kartus didesnę nei vidutinė vertė.
Tiek pastato atitvarų, tiek laikančiosios konstrukcijos sniego apkrovos projektinės vertės turi būti perskaičiuotos naudojant vietinius meteorologinius duomenis, o ne standartines vertes iš mažo aukščio projektų.
Trys pagrindiniai dizaino principai
Nurodykite apsaugą nuo korozijos pagal didžiausią poveikį
Jei projektas yra veikiamas tiek pakrančių sąlygų, tiek pramoninės taršos, projektuojant turi būti laikomasi griežtesnių taikomų apsaugos nuo korozijos reikalavimų. Nedarykite kompromisų nustatydami dviejų poveikio lygių vidurkį.
Ryšys tarp sąnaudų ir rizikos yra aiškus: apsaugos nuo korozijos kategorijos atnaujinimas paprastai susijęs su valdomomis papildomomis sąnaudomis, o dėl korozijos gedimo sukeltas perdirbimas ir gamybos prastovos gali sukelti daug kartų didesnius nuostolius.
Suderinkite pastato apvalkalo tarnavimo laiką su PV modulių tarnavimo laiku
BIPV stogo dangų sistemos paprastai suprojektuotos maždaug 25 metų tarnavimo laikui, o PV modulių garantija paprastai tęsiasi iki 25 metų.
Jei pastato apvalkalo faktinis eksploatavimo laikas yra tik 15 metų, gali tekti pašalinti PV modulius, kad stogą būtų galima pakeisti 16 metais, o tai pakenktų bendram projekto ekonominiam modeliui.
Todėl stogo dangos sistemos pasirinkimas turėtų atitikti numatomą PV modulių tarnavimo laiką, o ne paprasčiausiai rinktis pigiausią veiksmingą variantą.
Netaikykite įprastų detalių be pritaikymo
Trys sritys yra ypač jautrios problemoms:
- Skirtingų metalų kontaktas:Tiesioginis aliuminio modulių rėmų ir cinkuoto plieno gaubtų kontaktas gali sukelti galvaninę koroziją drėgnoje aplinkoje. Norėdami sumažinti šią riziką, naudokite izoliacines trinkeles arba pasirinkite suderinamas medžiagas.
- Tarpai ir drenažo takai: Dulkės ir druska gali kauptis tarpuose, sukurdamos bendrus korozijos pradžios taškus. Drenažo takai turi būti suprojektuoti taip, kad vanduo nesikauptų.
- Tvirtinimo detalės ir sandarikliai:Savisriegių varžtų sandarinimo poveržlės gali greitai susidėvėti veikiant UV spinduliams ir aukštai temperatūrai, todėl jos yra dažnas skundų dėl stogo nuotėkio šaltinis.
Dažnai užduodami klausimai
1 klausimas: kiek laiko gali tarnauti BIPV stogų sistema C5-M aplinkoje?
C5-M apsaugos sistema, sukurta pagal taikomus standartus (karštas cinkavimas + dvipusis padengimas, bendras sausos plėvelės storis ≥300 μm), gali pasiekti 15–25 metų projektinį patvarumą (ISO 12944-5 apibrėžtas „labai aukšto“ patvarumo diapazonas). Faktinis tarnavimo laikas priklauso nuo priežiūros. Dangos apžiūrą rekomenduojama atlikti kas 3–5 metus.
2 klausimas: ar PV moduliams dykumos projektams reikia specialių modelių?
Nebūtinai, bet atrankos kriterijai skiriasi. Pirmenybę teikite moduliams su mažesniais temperatūros koeficientais (N tipo TOPCon / HJT), storesniu stiklu, kad būtų geresnis atsparumas vėjo pūstam smėliui, atšiaurioms aplinkoms tinkamiems inkapsuliatoriams, o ne įprastiniam EVA, ir specialiais valymo prieigos keliais.
3 klausimas: Ar dėl žemos temperatūros PV moduliai gali įtrūkti dideliame aukštyje?
Apskritai, ne. PV modulio stiklas iš tikrųjų gali turėti didesnį mechaninį stiprumą esant žemai temperatūrai. Tikras pavojus yra sniego apkrovos ir pakartotinis užšalimas nutirpus sniegui, dėl kurio drenažo išvaduose gali užsikimšti ledas.
4 klausimas: kiek daugiau kainuoja projektai atšiaurioje aplinkoje nei įprasti projektai?
Patobulinus apsaugą nuo korozijos nuo C3 iki C5-M, plieno apdirbimo sąnaudos gali padidėti maždaug 8–15%, priklausomai nuo komponento paviršiaus ploto ir dangos sistemos. Įskaitant patobulintas tvirtinimo detales ir modulių pasirinkimo skirtumus, bendra projekto kaina paprastai padidėja maždaug 10–20%. Šie skaičiai yra orientaciniai ir turėtų būti patikrinti pagal faktines projekto sąlygas ir kainas.
5 klausimas: ar galime pradėti nuo įprasto dizaino ir, jei iškyla problemų, atlikti pakeitimus?
Tai nerekomenduojama. BIPV sistemose PV moduliai yra pastato apvalkalo dalis, o jų pakeitimas gali kainuoti beveik tiek pat, kiek ir stogo atstatymas. Korozija ir medžiagų senėjimas vystosi palaipsniui ir gali likti nematomi per pirmuosius penkerius metus. Išryškėjus problemoms, jau gali būti pažeistas konstrukcijos vientisumas ir hidroizoliacija.
Reikia stogo dangos sprendimo, pritaikyto jūsų projekto aplinkos sąlygoms? El. paštas: info@xzbesta.com
