ปัญหาส่วนใหญ่เกี่ยวกับหลังคาไฟฟ้าโซลาร์เซลล์แบบรวมอาคาร (BIPV) ไม่ได้เกิดจากการคำนวณโครงสร้างที่ไม่ถูกต้อง แต่เกิดจากลำดับเค้าโครงที่ไม่ถูกต้อง
วิธีการทั่วไปคือการวางแปตามการออกแบบอาคาร เลือกระยะห่างแบบวงกลมที่สะดวก เช่น 1.5 ม. หรือ 1.2 ม. จากนั้นติดตั้งโมดูล PV ที่ด้านบน การติดตั้งได้ครึ่งทาง ทีมงานอาจพบว่าจุดรองรับอยู่ภายในระยะ 100 มม. จากขอบโมดูล หรือตัวยึดตกลงบนพื้นที่อ่อนของกรอบโมดูล ภาพวาดจะต้องได้รับการแก้ไข การคำนวณซ้ำ และกำหนดการโครงการอาจล่าช้าไปสองสัปดาห์
ลำดับที่ถูกต้องคือย้อนกลับ: กำหนดขนาดโมดูลก่อน กำหนดจำนวนเส้นรองรับ คำนวณระยะห่างแป จากนั้นเลือกส่วนของแป
คู่มือนี้จะอธิบายกระบวนการทั้งหมด ให้ช่วงอ้างอิงสำหรับระยะห่างแป ขนาดหน้าตัด และการใช้เหล็ก และแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการโก่งตัวจึงมักกลายเป็นข้อจำกัดในการออกแบบก่อนที่ความแข็งแรงจะเกิดขึ้น
ขนาดโมดูล PV กำหนดเส้นรองรับ ซึ่งกำหนดระยะห่างแป
การเตรียมการสนับสนุนขั้นพื้นฐานสองประการ
โมดูล PV ขนาด 2,278 × 1,134 มม. สามารถรองรับแปได้ในรูปแบบพื้นฐานสองแบบ
| การจัดการสนับสนุน | การวางแนวโมดูล | ขอบที่รองรับ | ระยะห่างแป |
| การสนับสนุนขอบยาว | การวางแนวแนวนอน | ขอบยาวสองข้าง | เท่ากับด้านสั้นของโมดูลประมาณ 1.13 ม |
| การสนับสนุนขอบสั้น | แนวตั้ง | ขอบสั้นสองอัน | เท่ากับด้านยาวของโมดูล ประมาณ 2.28 ม |
ระยะห่างแปไม่ใช่ตัวเลือกการออกแบบโดยพลการ มันได้มาจากโครงร่างโมดูล ด้วยขนาดด้านสั้นของโมดูล 1,134 มม. ระยะห่างที่สอดคล้องกันคือประมาณ 1.13 ม. ด้วยขนาดด้านยาว 2,278 มม. มีความยาวประมาณ 2.28 ม. ไม่มีแนวรับระดับกลางในการจัดเรียงขั้นพื้นฐาน เว้นแต่จะมีการเพิ่มแนวรับที่สาม
เมื่อใดจึงจำเป็นต้องมีสายสนับสนุนสามสาย?
สำหรับช่วงกว้าง ลมแรงสูง หรือโมดูลที่หนักกว่า การรองรับแบบสองจุดอาจไม่เพียงพอ วิธีแก้ไขประการหนึ่งคือเพิ่มแปที่อยู่ใต้กึ่งกลางของโมดูล โดยแบ่งช่วงเดิมออกเป็นสองช่วง
เมื่อเพิ่มแปตรงกลาง ระยะห่างระหว่างเส้นรองรับจะอยู่ที่ประมาณ 1.14 ม. หรือ 1.13 ม. ทำให้มีโครงสร้างคล้ายกับส่วนรองรับขอบยาว ข้อเสียคือต้องใช้แปเพิ่ม ทำให้ใช้เหล็กโดยรวมเพิ่มขึ้น
ข้อจำกัดระยะขอบ
ต้องรักษาระยะห่างที่เพียงพอระหว่างขอบโมดูลและเส้นกึ่งกลางแป แคลมป์ทั่วไปมีความกว้างในการจับที่มีประสิทธิภาพประมาณ 30–40 มม. หากเส้นกึ่งกลางแปอยู่ใกล้กับขอบโมดูลมากเกินไป แคลมป์อาจไม่ยึดแน่น หากอยู่ไกลเกินไป ส่วนยื่นของโมดูลจะมากเกินไป ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงที่จะเกิดการเสียรูปที่มุมใต้แรงลม
แนวทางปฏิบัติทั่วไปในอุตสาหกรรมคือการวางตำแหน่งแปตรงกลางจากขอบโมดูลเข้าไปด้านใน 50–100 มม. โดยต้องแน่ใจว่าส่วนที่ยื่นออกมาไม่เกินหนึ่งในห้าของขนาดด้านสั้นของโมดูล
ระยะห่างแปส่งผลต่อการเลือกส่วนอย่างไร
เมื่อระยะห่างแปเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โหลดของเส้นที่พาไปโดยแปแต่ละอันจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเช่นกัน โดยสมมติว่ามีการโหลดพื้นที่เท่ากัน จะต้องเพิ่มขนาดส่วนตามนั้น
| ระยะห่างแป | มาตราทั่วไป | น้ำหนักทางทฤษฎี | ปริมาณการใช้เหล็กต่อหน่วยพื้นที่ | หมายเหตุ |
| 1.13 ม | C160 × 60 × 20 × 2.5 | ประมาณ 6.3กก./ม | ประมาณ 5.5กก./ตรม | แปที่มากขึ้น น้ำหนักต่อชิ้นลดลง และการจัดการที่ง่ายขึ้นระหว่างการติดตั้ง |
| 1.50 ม | C180 × 70 × 20 × 2.5 | ประมาณ 7.1 กก./ม | ประมาณ 4.7 กก./ตร.ม | โซลูชันประนีประนอม; ต้องตรวจสอบการโก่งตัว |
| 2.28 ม | C220 × 70 × 20 × 3.0 | ประมาณ 9.4 กก./ม | ประมาณ 4.1 กก./ตร.ม | แปน้อยลง โหลดได้มากขึ้นต่อสมาชิก การโก่งตัวอาจกลายเป็นปัจจัยจำกัด |
จากการใช้เหล็กเพียงอย่างเดียว ส่วนรองรับขอบสั้นที่มีระยะห่าง 2.28 ม. ดูเหมือนจะประหยัดกว่าที่ประมาณ 4.1 กก./ตร.ม.—น้อยกว่า 5.5 กก./ตร.ม. ที่เกี่ยวข้องกับส่วนรองรับขอบยาวมากกว่า 20%
อย่างไรก็ตาม ตัวเลขนี้ไม่ควรพิจารณาแยกกัน เหตุผลจะชัดเจนในหัวข้อถัดไป
การโก่งตัว: ขีดจำกัดที่สามารถเข้าถึงได้ก่อนที่ความแข็งแกร่งจะกลายเป็นจุดวิกฤติ
ขีดจำกัดการโก่งตัวถูกกำหนดอย่างไร?
สำหรับแปหลังคาภายใต้สภาวะความสามารถในการซ่อมบำรุงตามปกติ ขีดจำกัดทางอุตสาหกรรมที่ใช้กันทั่วไปคือ ลิตร/200. บางโครงการที่มีข้อกำหนดความต้านทานการยกตัวของลมและการกันน้ำที่เข้มงวดมากขึ้นอาจใช้ L/250
สำหรับโครงการที่มีระยะ 7.5 ม. L/200 ยอมให้มีระยะโก่งตัวเพียง 37.5 มม. สำหรับช่วง 9 ม. ขีดจำกัดคือ 45 มม. ค่าเผื่อเหล่านี้ค่อนข้างจำกัดสำหรับสมาชิกที่เป็นเหล็ก
เหตุใดระยะห่างแปสองเท่าจึงทำให้การโก่งตัวทำได้ยากขึ้นในการควบคุม?
การโก่งตัวเป็นสัดส่วนกับโหลดที่กระจายสม่ำเสมอและแปรผกผันกับโมเมนต์พื้นที่ที่สองของสมาชิก โดยถือว่าช่วงและเงื่อนไขรองรับเท่ากัน
เมื่อระยะห่างแปเพิ่มขึ้นจาก 1.13 ม. เป็น 2.28 ม. ภาระของเส้นบนแปแต่ละอันจะเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่า เช่นเดียวกับการโก่งตัวภายใต้สภาวะที่ไม่เปลี่ยนแปลง การเพิ่มหน้าตัดจาก C160 เป็น C220 จะทำให้พื้นที่โมเมนต์ที่สองเพิ่มขึ้นอย่างจำกัด ซึ่งอาจไม่สามารถชดเชยภาระเพิ่มเติมได้ทั้งหมด
เป็นผลให้การตรวจสอบความแข็งแรงอาจยังคงเป็นไปตามขีดจำกัดที่อนุญาตในขณะที่การตรวจสอบการโก่งตัวล้มเหลว นี่เป็นหนึ่งในปัญหาการออกแบบแปหลังคาที่พบบ่อยที่สุด และมักพบในระหว่างการตรวจสอบการวาดภาพเท่านั้น
เหตุใดข้อกำหนดการโก่งตัวจึงเข้มงวดกว่าสำหรับหลังคา BIPV
ในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ประยุกต์ในอาคาร (BAPV) โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะถูกติดตั้งบนโครงสร้างรองรับซึ่งต่อจากนั้นจะติดกับหลังคาโลหะ การโก่งตัวมากเกินไปอาจทำให้ซีลระหว่างโครงสร้างรองรับและแผงหลังคาเสียหาย ทำให้เกิดปัญหาการบำรุงรักษา ซึ่งบางครั้งสามารถแก้ไขได้ด้วยการปิดผนึกหรือเปลี่ยนปะเก็น
ในระบบ BIPV โมดูล PV เองก็เป็นส่วนหนึ่งของเปลือกหลังคา. หากแปเบี่ยงเบนไป 5 มม. ข้อต่อแผงอาจเปิดออกได้ 5 มม. ความต่อเนื่องของการกันน้ำขึ้นอยู่กับความแข็งของโครงสร้างตลอดจนรายละเอียดการซีล
นี่คือสาเหตุที่หลังคา BIPV มักต้องการการควบคุมการโก่งตัวที่เข้มงวดกว่าหลังคาโลหะทั่วไป และเหตุใดการจัดเตรียมส่วนรองรับขอบสั้นอาจถูกปฏิเสธในโครงการที่มีระยะห่างระหว่างเสาขนาดใหญ่
ข้อจำกัดเพิ่มเติมสามประการที่สามารถเปลี่ยนระยะห่างแปได้
ระยะห่างของคอลัมน์
ช่วงแปถูกกำหนดโดยระยะห่างระหว่างคอลัมน์เมนเฟรม ระยะห่างระหว่างเสา 6 ม., 7.5 ม. และ 9 ม. เป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับอาคารอุตสาหกรรม
เมื่อระยะห่างระหว่างเสาเพิ่มขึ้น ช่วงแปจะยาวขึ้น โดยทั่วไปต้องใช้ส่วนที่ลึกกว่าและเพิ่มปริมาณการใช้เหล็ก ดังนั้นจึงต้องเลือกระยะห่างแปภายในกรอบของเค้าโครงคอลัมน์ที่สร้างขึ้นแทนที่จะแยกจากกัน
ข้อต่อโมดูล PV
ตำแหน่งแปจะต้องสอดคล้องกับรอยต่อระหว่างโมดูล PV หากแปตกอยู่ใต้กึ่งกลางของโมดูลโดยตรง ตัวยึดอาจตกลงบนพื้นที่ที่ไม่ได้รับการสนับสนุนของแผ่นรองหลังของโมดูล ทำให้การเชื่อมต่อขึ้นอยู่กับการหนีบและอาจลดความแข็งของข้อต่อได้
ในระหว่างโครงร่างแผง ให้ทำเครื่องหมายเส้นรอยต่อของโมดูลก่อน จากนั้นจึงสร้างเส้นกึ่งกลางแป ลำดับนี้ไม่ควรย้อนกลับ
การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน
เมื่ออุณหภูมิหลังคาสูงถึง 70°C แปเหล็กและโครงโมดูลอะลูมิเนียมจะขยายตัวในอัตราที่ต่างกัน เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนแตกต่างกัน การขยายตัวตามยาวจึงไม่เหมือนกัน วิธีการทางวิศวกรรมทั่วไปคือการรวมรายละเอียดการเลื่อนไปตามทิศทางตามยาว ซึ่งทำให้การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างโมดูลและแปมีจำกัด
ระยะห่างแปที่แน่นเกินไปอาจจำกัดการเคลื่อนไหวนี้ และเพิ่มแรงยึดเหนี่ยวในเฟรมโมดูล ดังนั้น ระยะห่างแปที่ใกล้มากขึ้นไม่ได้หมายความว่าการออกแบบที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นโดยอัตโนมัติ
ตัวอย่างการเลือก Purlin ที่สมบูรณ์
เงื่อนไขที่สันนิษฐาน: ระยะห่างของเสา 7.5 ม., หลังคา BIPV ในตัว, โมดูล PV ขนาด 2,278 × 1,134 มม. และโครงการตั้งอยู่ในเขตแรงดันลมปานกลาง
ขั้นตอนที่ 1: เลือกการจัดการการสนับสนุน ระยะห่างระหว่างเสา 7.5 ม. ถือว่าค่อนข้างใหญ่ ด้วยส่วนรองรับขอบสั้นและระยะห่างแป 2.28 ม. การโก่งตัวอาจควบคุมได้ยากภายใต้ขีดจำกัด L/200 จึงเลือกใช้การรองรับขอบด้านยาวในแนวนอน โดยมีระยะห่างแป 1.13 ม.
ขั้นตอนที่ 2: เลือกส่วนแป การใช้น้ำหนักบรรทุกคงที่ 20 กก./ตร.ม. น้ำหนักบรรทุกจริงในการบำรุงรักษา 0.5 กิโลนิวตัน/ตร.ม. และค่ารวมแรงลมในพื้นที่ที่เกี่ยวข้อง คำนวณน้ำหนักบรรทุกของสายและเลือกส่วน C160 × 60 × 20 × 2.5 หากแรงดันลมสูงขึ้น ให้อัพเกรดเป็น C180 × 70 × 20 × 2.5
ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบการโก่งตัว สำหรับช่วง 7.5 ม. ขีดจำกัด L/200 คือ 37.5 มม. ตรวจสอบการโก่งตัวภายใต้น้ำหนักบรรทุกที่เกี่ยวข้อง และยืนยันว่ายังคงอยู่ภายในขีดจำกัดที่อนุญาต
ขั้นตอนที่ 4: จัดแนวข้อต่อโมดูล จัดเรียงโมดูลโดยใช้โมดูลเค้าโครง 1,134 มม. จัดแนวเส้นกึ่งกลางแปให้ตรงกับแนวรอยต่อของโมดูล โดยมีพิกัดความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งเป้าหมาย ±5 มม.
ขั้นตอนที่ 5: กรอกแบบร่างเค้าโครง ระบุระยะห่างแป ข้อกำหนดส่วน ตำแหน่งตัวยึด ปลายเลื่อน และปลายคงที่อย่างชัดเจน
การปฏิบัติตามลำดับนี้จะช่วยลดความเป็นไปได้ในการแก้ไขเค้าโครงระหว่างการตรวจสอบการวาดภาพ
คำถามที่พบบ่อย
Q1: ระยะห่างโดยทั่วไประหว่างแปหลังคาคือเท่าไร?
ช่วงอุตสาหกรรมทั่วไปคือ 1.0–1.5 ม. ระยะห่างจริงขึ้นอยู่กับขนาดของโมดูล การจัดเตรียมอุปกรณ์รองรับ และการผสมผสานน้ำหนักบรรทุก สำหรับโมดูลที่มีขนาดด้านสั้น 1,134 มม. ส่วนรองรับขอบยาวจะสอดคล้องกับระยะห่างประมาณ 1.13 ม. ส่วนรองรับขอบสั้นตามขนาดด้านยาว 2,278 มม. สอดคล้องกับประมาณ 2.28 ม. ซึ่งเกินช่วงปกติและต้องมีการตรวจสอบการโก่งตัวแยกต่างหาก
คำถามที่ 2: ระยะห่างแปที่เล็กลงจะทำให้หลังคาปลอดภัยขึ้นเสมอหรือไม่?
ไม่ ระยะห่างที่น้อยลงหมายถึงแปที่มากขึ้นและปริมาณการใช้เหล็กที่สูงขึ้น นอกจากนี้ยังอาจจำกัดการเคลื่อนที่ของการเลื่อนที่จำเป็นเพื่อรองรับการขยายตัวจากความร้อน ซึ่งเพิ่มความเค้นในการยับยั้งในเฟรมโมดูล แนวทางที่ถูกต้องคือการตอบสนองความต้องการด้านการโก่งตัว ความแข็งแรง และการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนไปพร้อมๆ กัน
คำถามที่ 3: หลังคา BIPV สามารถใช้ผังแปแบบเดียวกับหลังคาเมทัลชีททั่วไปได้หรือไม่
ไม่แนะนำสิ่งนี้หากไม่มีการตรวจสอบการออกแบบโดยเฉพาะ ขีดจำกัดการโก่งตัวของหลังคาโลหะทั่วไปเน้นที่การระบายน้ำและรูปลักษณ์เป็นหลัก ในขณะที่หลังคา BIPV จะต้องรักษาความต่อเนื่องระหว่างโมดูล PV และระบบกันซึม การจัดเรียงแปแบบเดียวกันอาจเพียงพอสำหรับ BAPV แต่อาจทำให้ข้อต่อแผงเปิดมากเกินไปในแอปพลิเคชัน BIPV
คำถามที่ 4: ควรเพิ่มหรือเว้นระยะห่างแปให้ชิดมากขึ้นเมื่อติดตั้ง BIPV เข้ากับหลังคาโรงงานที่มีอยู่หรือไม่
โครงสร้างที่มีอยู่จะต้องได้รับการประเมินใหม่โดยพิจารณาจากน้ำหนักการออกแบบเดิมและสภาพการกัดกร่อนในปัจจุบัน ประสบการณ์ในอุตสาหกรรมชี้ให้เห็นว่าน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของหลังคาโลหะที่มีอยู่ผ่านการตรวจสอบความจุของโครงสร้างที่จำเป็นสำหรับการปรับปรุง PV ในกรณีที่โครงสร้างล้มเหลว อาจจำเป็นต้องเสริมกำลัง รวมถึงเพิ่มความจุของส่วนเสริม เพิ่มส่วนรองรับ หรือเปลี่ยนแป มาตรการเหล่านี้อาจคิดเป็น 15%–25% ของงบประมาณการติดตั้งเพิ่มเติม
การรวมโหลดตายตัวของ PV และโหลดปัจจุบันในการบำรุงรักษาในขั้นตอนการออกแบบโครงสร้างสามารถลดการใช้เหล็กทั้งหมดได้ประมาณ 8%–12% เมื่อเทียบกับการออกแบบที่ต้องมีการเสริมแรงในภายหลัง การประหยัดโดยประมาณนี้เป็นผลมาจากผลรวมของรายละเอียดการเชื่อมต่อที่ใช้ร่วมกัน การเพิ่มประสิทธิภาพส่วน และการออกแบบหลังคาแบบรวม โดยไม่รวมส่วนต่างในต้นทุนของโมดูล PV เอง
ติดต่อ: info@xzbesta.com
