Večino težav s fotovoltaičnimi strehami (BIPV) ne povzročajo nepravilni strukturni izračuni, ampak napačno zaporedje postavitve.
Običajen pristop je postavitev gred v skladu z zasnovo stavbe, izbira priročnega razmika okroglih številk – na primer 1,5 m ali 1,2 m – in nato namestitev fotonapetostnih modulov na vrh. Na polovici namestitve lahko ekipa odkrije, da podporna točka pade do 100 mm od roba modula ali da pritrdilni element pade na šibko območje okvirja modula. Risbe je treba pregledati, izračune ponoviti, urnik projekta pa se lahko zamakne za dva tedna.
Pravilno zaporedje je obratno: najprej določimo dimenzije modula, določimo število nosilnih linij, izračunamo razmik gred in šele nato izberemo odseke gred.
Ta vodnik pojasnjuje celoten postopek, zagotavlja referenčne razpone za razmik med gredami, velikosti presekov in porabo jekla ter prikazuje, zakaj upogib pogosto postane vodilna omejitev načrtovanja pred trdnostjo.
Dimenzije fotonapetostnega modula določajo podporne črte, ki določajo razmik med nosilci
Dve osnovni ureditvi podpore
PV-modul dimenzij 2.278 × 1.134 mm je lahko podprt na nosilcih v dveh osnovnih konfiguracijah.
| Ureditev podpore | Usmerjenost modula | Podprti robovi | Razmik med nosilci |
| Podpora za dolge robove | Ležeča orientacija | Dva dolga robova | Enako krajši stranici modula, približno 1,13 m |
| Podpora kratkega roba | Portretna usmerjenost | Dva kratka robova | Enako kot dolga stranica modula, približno 2,28 m |
Razmik med gredami ni poljubna izbira; izpeljan je iz postavitve modula. Z dimenzijo kratke stranice modula 1.134 mm je ustrezna razdalja približno 1,13 m. Z dimenzijo dolge stranice 2.278 mm je približno 2,28 m. V obeh osnovnih ureditvah ni vmesne podporne črte, razen če je dodana tretja podpora.
Kdaj so potrebne tri podporne linije?
Za velike razpone, velike obremenitve vetra ali težje module dvotočkovna podpora morda ne zadostuje. Ena od rešitev je, da pod sredino modula dodate gred, ki prvotni razpon razdeli na dva razpona.
Z dodano osrednjo gredjo postane razmik med nosilnimi linijami približno 1,14 m ali 1,13 m, kar ustvari konfiguracijo, podobno nosilcu z dolgim robom. Kompromis je, da je potrebnih več gred, kar poveča skupno porabo jekla.
Omejitve robne razdalje
Med robom modula in središčnico gredi mora biti zadostna razdalja. Tipične spone imajo efektivno širino prijemanja približno 30–40 mm. Če je središčna črta gredi preblizu robu modula, objemka morda ne bo varno prijela. Če je predaleč, postane previs modula prevelik, kar poveča tveganje deformacije na vogalih zaradi dvigovanja vetra.
Običajna industrijska praksa je, da se središčna črta gredi postavi 50–100 mm navznoter od roba modula, pri čemer je treba zagotoviti, da previs ne presega ene petine dimenzije kratke stranice modula.
Kako razmik med gredami vpliva na izbiro odseka
Ko se razmik med gredami podvoji, se podvoji tudi linijska obremenitev, ki jo nosi vsaka greda, ob predpostavki enake površinske obremenitve. Velikost odseka je treba ustrezno povečati.
| Razmik med nosilci | Tipičen razdelek | Teoretična teža | Poraba jekla na enoto površine | Opombe |
| 1,13 m | C160 × 60 × 20 × 2,5 | Pribl. 6,3 kg/m | Pribl. 5,5 kg/m² | Več gred, manjša obremenitev na element in lažje rokovanje med montažo |
| 1,50 m | C180 × 70 × 20 × 2,5 | Pribl. 7,1 kg/m | Pribl. 4,7 kg/m² | Kompromisna rešitev; deformacijo je treba preveriti |
| 2,28 m | C220 × 70 × 20 × 3,0 | Pribl. 9,4 kg/m | Pribl. 4,1 kg/m² | Manj gred, večja obremenitev na element; upogib lahko postane omejevalni dejavnik |
Samo na podlagi porabe jekla se podpora s kratkim robom z razmikom 2,28 m zdi bolj ekonomična pri približno 4,1 kg/m² – več kot 20 % manj kot 5,5 kg/m², povezanih z oporo z dolgim robom.
Vendar te številke ne bi smeli obravnavati ločeno. Razlog postane jasen v naslednjem razdelku.
Odklon: meja, ki jo je mogoče doseči, preden moč postane kritična
Kako se določi meja upogiba?
Za strešne grede v normalnih pogojih uporabnosti je običajno uporabljena industrijska omejitev L/200. Nekateri projekti s strožjimi zahtevami glede odpornosti proti vetru in vodotesnosti lahko sprejmejo L/250.
Za projekt z razponom 7,5 m dovoljuje L/200 upogib samo 37,5 mm. Za razpon 9 m je meja 45 mm. Ti dodatki so relativno restriktivni za jeklene člane.
Zakaj podvojitev razmika med gredami oteži nadzor nad upogibom?
Upogib je sorazmeren z enakomerno porazdeljeno obremenitvijo in obratno sorazmeren z drugim momentom površine nosilca, ob predpostavki enakega razpona in podpornih pogojev.
Ko se razmik med gredami poveča z 1,13 m na 2,28 m, se obremenitev na vsaki gredi približno podvoji, kot tudi upogib pri sicer nespremenjenih pogojih. Povečanje odseka od C160 do C220 zagotavlja le omejeno povečanje v drugem trenutku površine, ki morda ne bo v celoti kompenziralo dodatne obremenitve.
Posledično lahko preverjanje trdnosti še vedno ustreza dovoljeni meji, medtem ko preverjanje upogiba ne uspe. To je ena najpogostejših težav pri načrtovanju strešnih gred in se pogosto odkrije šele med pregledi risb.
Zakaj so zahteve glede upogiba strožje za strehe BIPV?
V fotonapetostnem sistemu, ki se uporablja v stavbah (BAPV), so fotovoltaični moduli nameščeni na nosilno strukturo, ki je nato pritrjena na kovinsko streho. Prekomerni upogib lahko ogrozi tesnila med podporno konstrukcijo in strešnimi ploščami, kar povzroči težave z vzdrževanjem, ki jih je včasih mogoče rešiti s ponovnim tesnjenjem ali zamenjavo tesnil.
V sistemu BIPV, PV moduli sami tvorijo del strešnega ovoja. Če se gred upogiba za 5 mm, se lahko spoj plošče odpre za 5 mm. Kontinuiteta hidroizolacije je odvisna od strukturne togosti in podrobnosti tesnjenja.
To je razlog, zakaj strehe BIPV pogosto zahtevajo strožji nadzor upogiba kot običajne kovinske strehe in zakaj so lahko podpore s kratkimi robovi zavrnjene pri projektih z velikimi razmiki med stebri.
Tri dodatne omejitve, ki lahko spremenijo razmik med gredami
Razmik med stolpci
Razpon gredi je določen z razmikom med stebri glavnega ogrodja. Razmiki med stebri 6 m, 7,5 m in 9 m so običajne možnosti za industrijske zgradbe.
Ko se razmik stebrov poveča, postane razpon gredi daljši, kar na splošno zahteva globlje odseke in večjo porabo jekla. Razmik gred je zato treba izbrati v okviru uveljavljene postavitve stebrov in ne samostojno.
Spoji fotonapetostnih modulov
Položaji gred morajo biti poravnani s spoji med PV moduli. Če gred pade neposredno pod sredino modula, lahko pritrdilni elementi pristanejo na nepodprtem območju zadnje plošče modula, zaradi česar je povezava odvisna od vpenjanja in potencialno zmanjša togost spoja.
Med postavitvijo plošče najprej označite linije spoja modulov in nato določite središčne črte gredi. To zaporedje se ne sme obrniti.
Toplotno gibanje
Ko temperatura strehe doseže 70 °C, se jekleni gredi in okvirji modulov iz aluminija različno hitro širijo, ker se njihovi koeficienti toplotne razteznosti razlikujejo. Njihova vzdolžna razteznost torej ni enaka. Pogost inženirski pristop je vključitev drsnih podrobnosti vzdolž vzdolžne smeri, kar omogoča omejeno relativno gibanje med moduli in gredmi.
Preveč tesen razmik med gredami lahko omeji to gibanje in poveča zadrževalne napetosti v okvirjih modulov. Zato manjši razmik med gredami ne pomeni samodejno varnejše zasnove.
Popoln primer izbire gredi
Predpostavljeni pogoji: razmik med stebri 7,5 m, integrirana BIPV streha, fotonapetostni moduli dimenzij 2.278 × 1.134 mm in projekt v območju zmernega vetrnega pritiska.
1. korak: Izberite dogovor o podpori. Razmik stebrov 7,5 m je razmeroma velik. Pri podpori s kratkimi robovi in razmikom med gredami 2,28 m je upogib morda težko nadzorovati pod omejitvijo L/200. Zato je izbrana ležeča ležeča opora z dolgim robom z razmikom med gredami 1,13 m.
2. korak: Izberite odsek grede. Z uporabo lastne obremenitve 20 kg/m², vzdrževalne žive obremenitve 0,5 kN/m² in ustreznih lokalnih kombinacij obremenitve vetra izračunajte obremenitev proge in izberite odsek C160 × 60 × 20 × 2,5. Če je pritisk vetra višji, nadgradite na C180 × 70 × 20 × 2,5.
3. korak: Preverite deformacijo. Za razpon 7,5 m je meja L/200 37,5 mm. Preverite deformacijo pod ustreznimi kombinacijami obremenitev in potrdite, da ostaja znotraj dovoljene meje.
4. korak: Poravnajte spoje modulov. Module razporedite z modulom za postavitev 1.134 mm. Poravnajte središčne črte gredi z linijami spoja modula z dovoljenim odstopanjem ciljnega položaja ±5 mm.
5. korak: Dokončajte risbe postavitve. Jasno navedite razmik med gredami, specifikacije odsekov, položaje pritrdilnih elementov, drsne konce in fiksne konce.
Upoštevanje tega zaporedja pomaga zmanjšati verjetnost revizij postavitve med pregledi risb.
Pogosto zastavljena vprašanja
V1: Kakšna je tipična razdalja med strešnimi gredami?
Običajni industrijski obseg je 1,0–1,5 m. Dejanski razmik je odvisen od dimenzij modula, razporeditve podpor in kombinacij obremenitev. Pri modulu z dimenzijo kratke stranice 1.134 mm podpora dolgega roba ustreza približno 1,13 m razmika. Podpora kratkega roba, ki temelji na dimenziji dolge strani 2278 mm, ustreza približno 2,28 m, kar presega običajni obseg in zahteva ločeno preverjanje upogiba.
V2: Ali je streha vedno varnejša zaradi manjšega razmika gred?
Ne. Manjša razdalja pomeni več gred in večjo porabo jekla. Prav tako lahko omeji drsno gibanje, potrebno za prilagoditev toplotnemu raztezanju, s čimer se povečajo zadrževalne napetosti v okvirjih modulov. Pravilen pristop je istočasno izpolnjevanje zahtev glede upogiba, trdnosti in toplotnega gibanja.
V3: Ali lahko streha BIPV uporablja enako postavitev gred kot običajna kovinska streha?
To ni priporočljivo brez posebnega pregleda zasnove. Meje upogiba za običajne kovinske strehe se nanašajo predvsem na drenažo in videz, medtem ko morajo strehe BIPV ohranjati tudi kontinuiteto med PV moduli in hidroizolacijskim sistemom. Ista razporeditev gred je lahko ustrezna za BAPV, vendar lahko povzroči, da se spoji plošč čezmerno odpirajo pri uporabi BIPV.
V4: Ali je treba pri naknadni vgradnji BIPV na obstoječo tovarniško streho dodati pasove ali jih razmakniti bolj tesno?
Obstoječo konstrukcijo je treba ponovno oceniti glede na prvotne projektne obremenitve in njeno trenutno korozijsko stanje. Izkušnje iz industrije kažejo, da manj kot polovica obstoječih kovinskih streh prestane strukturne preglede zmogljivosti, ki so potrebni za naknadno vgradnjo PV. Če konstrukcija odpove, bo morda potrebna ojačitev, vključno s povečanjem zmogljivosti elementov, dodajanjem podpor ali zamenjavo gred. Ti ukrepi lahko predstavljajo 15–25 % proračuna za naknadno opremljanje.
Vključevanje lastnih obremenitev PV in vzdrževalnih živih obremenitev v fazi projektiranja konstrukcije lahko zmanjša skupno porabo jekla za približno 8 %–12 % v primerjavi z načrtom, ki zahteva naknadno ojačitev. Ta ocenjeni prihranek je rezultat kombiniranih učinkov skupnih povezovalnih podrobnosti, optimizacije odsekov in integrirane zasnove strehe. Izključuje razlike v ceni samih PV modulov.
Kontakt: info@xzbesta.com
