Giá điện đang tăng và nhiều chủ nhà máy đang xem những mái nhà không sử dụng của họ là địa điểm tiềm năng cho điện mặt trời.
Điều gì nên đến trước? Hầu hết các chủ sở hữu bắt đầu bằng cách hỏi giá mô-đun của các công ty năng lượng mặt trời. Đó chỉ là một nửa bức tranh. Đối với một nhà xưởng khung thép hiện có, bước đầu tiên là đánh giá kết cấu. Nếu mái nhà không thể hỗ trợ hệ thống một cách an toàn thì tính kinh tế của dự án sẽ không tăng lên.
Một ước tính của ngành đặt tỷ lệ vượt qua bài kiểm tra khả năng chịu tải của PV trên mái kim loại hiện có là dưới 50%. Gần một nửa số tòa nhà xưởng cũ có thể cần gia cố trước khi lắp đặt năng lượng mặt trời. Bỏ qua việc đánh giá và tiến hành lắp đặt ngay có thể dẫn đến biến dạng xà gồ, dột mái hoặc thậm chí là sự cố về an toàn kết cấu.
Hướng dẫn này giải thích ba bước kiểm tra, tiêu chí đạt/không đạt và chi phí dự kiến nếu mái nhà không vượt qua đánh giá.
Kiểm tra 1: Khả năng chịu tải
Những gì cần kiểm tra
Kiểm tra xem thiết kế ban đầu có đủ khả năng chịu tải dự trữ hay không. Hệ thống PV trên mái nhà (mô-đun, cấu trúc lắp đặt và cáp), được lắp đặt song song với độ dốc mái, sẽ bổ sung thêm khoảng 15–26 kg/m2 (0,15–0,26 kN/m2).
Điều đó nghe có vẻ không nhiều nhưng đó là một tải chết vĩnh viễn. Thiết kế ban đầu thường giả định tải trọng hoạt động chỉ 0,5 kN/m2 đối với mái nhà không dành cho người sử dụng thường xuyên. Khi tải chết của PV được kết hợp với tải trọng gió và tuyết, nó có thể dễ dàng sử dụng hết công suất còn lại.
Tiêu chí Đạt/Không đạt
| Mục kiểm tra | Vượt qua | Thất bại |
| Tỷ lệ ứng suất trong các trường hợp tải chết, sống, gió và tuyết kết hợp | Trong giới hạn cho phép | Vượt quá giới hạn |
| Độ lệch khung chính | ≤ L/250 (thông lệ chung của ngành) | Vượt quá giới hạn |
| Chuyển vị đỉnh cột | Trong giới hạn mã | Vượt quá giới hạn |
Nếu mái nhà bị hỏng: Gia cố khung chính, ví dụ bằng cách tăng kích thước các cấu kiện hoặc thêm thanh giằng. Đây là biện pháp gia cố tương đối tốn kém và đòi hỏi thiết kế kỹ thuật dành riêng cho từng dự án.
Kiểm tra 2: Nhịp xà gồ và kích thước mặt cắt
Những gì cần kiểm tra
Kẹp gắn PV được cố định vào xà gồ. Bởi vì xà gồ ban đầu có kích thước phù hợp với tải trọng hiện có nên tăng thêm 15–26 kg/m2 có thể đẩy chúng vượt quá khả năng cho phép. Đối với các nhà xưởng khung cổng có xà gồ tiết diện C hoặc Z, có thể sử dụng hai quy tắc kinh nghiệm sau để sàng lọc ban đầu:
- Nhịp xà gồ khoảng 6 m với chỉ định mặt cắt dưới 180 → có khả năng vượt quá giới hạn cho phép
- Nhịp xà gồ khoảng 8 m với chỉ định mặt cắt dưới 220 → có khả năng vượt quá giới hạn cho phép
Tiêu chí Đạt/Không đạt
| Mục kiểm tra | Vượt qua | Thất bại |
| Tỷ lệ ứng suất xà gồ | Trong giới hạn cho phép | Vượt quá giới hạn |
| Độ lệch xà gồ | ≤ L/150 | Vượt quá giới hạn |
| Bố trí cầu nối/buộc (khi nhịp > 6 m) | Ít nhất 2 hàng | Chỉ có 1 hàng; nguy cơ mất ổn định bên |
Nếu xà gồ không đủ nhưng khung chính có đủ khả năng chịu lực thì chỉ gia cố hoặc thay thế xà gồ là một lựa chọn dễ quản lý hơn và thường là biện pháp ít tốn kém nhất trong ba biện pháp gia cố.
Kiểm tra 3: Tình trạng ăn mòn
Những gì cần kiểm tra
Kiểm tra lớp phủ bảo vệ và sự mất mát diện tích mặt cắt liên quan đến ăn mòn. Đặc biệt chú ý đến các vị trí tích tụ bụi hoặc nước, các khu vực thường xuyên bị ướt và khô, các mối nối và các khu vực bị che khuất cũng như các cạnh của các lỗ hở trên mái nhà.
Phương pháp: Đầu tiên kiểm tra lớp phủ xem có bị hư hỏng không. Tại những vị trí bị hư hỏng, hãy sử dụng máy đo độ dày siêu âm hoặc thước cặp để đo độ dày vật liệu thực tế và so sánh với kích thước mặt cắt ban đầu.
Tiêu chí Đạt/Không đạt
| Mục kiểm tra | Vượt qua | Thất bại |
| Lớp phủ bảo vệ | Còn nguyên vẹn hoặc có thể sửa chữa được | Lỗi lớp phủ lan rộng |
| Tổn thất mặt cắt ngang do ăn mòn | 5% | > 5% |
| Kết nối (mối hàn/bu lông) | Không có sự lỏng lẻo hoặc vết nứt | Chốt lỏng hoặc mối hàn bị nứt |
Nếu tổn thất mặt cắt do ăn mòn vượt quá 5%, hãy áp dụng biện pháp chống ăn mòn và gia cố phần bị ảnh hưởng trước khi đánh giá lại khả năng chịu tải quang điện của mái nhà. Các vấn đề về kết nối được ưu tiên hơn mọi thứ khác: sửa chữa các kết nối trước khi xem xét lắp đặt năng lượng mặt trời.
Nếu mái nhà bị hỏng: Tiền sẽ đi đâu
Phạm vi chi phí ngành công nghiệp chỉ định:
| Công việc khắc phục | Chi phí chỉ định | Ghi chú |
| Tính toán xác minh kết cấu | 1.400–4.200 USD | Bắt buộc; thuê một công ty kỹ thuật kết cấu hoặc công ty kết cấu thép đủ năng lực để lập mô hình và xác minh kết cấu |
| Gia cố/thay thế xà gồ | 2.800–7.000 USD | Loại gia cố phổ biến nhất |
| Gia cố khung chính | 11.000–21.000 USD | Tăng kích thước thành viên/thêm giằng; yêu cầu thiết kế dành riêng cho dự án |
| Gia cố nền móng | 14.000–28.000 USD | Tùy chọn rộng rãi nhất; đầu tiên hãy xác nhận xem nó có thực sự cần thiết hay không |
Trường hợp cảnh báo: Một nhà máy đã lắp đặt PV mà không thực hiện tính toán kết cấu trước. Một năm sau, xà gồ đã bị võng 5cm. Chi phí sửa chữa và gia cố khoảng 25.000 USD và việc sản xuất bị tạm dừng trong một tháng.
Việc đánh giá mái nhà chỉ tốn vài nghìn đô la. Bỏ qua nó có nghĩa là đặt một mái nhà trị giá hàng trăm nghìn đô la—và toàn bộ dây chuyền sản xuất—vào rủi ro.
Sau khi đánh giá: Trường hợp thiết kế tích hợp
Sau khi mái nhà vượt qua đánh giá, hãy cân nhắc việc tích hợp PV vào thiết kế kết cấu thay vì sử dụng trang bị bổ sung PV (BAPV) áp dụng cho tòa nhà thông thường.
- Mô-đun quang điện có thể thay thế một phần tấm lợp trong thiết kế quang điện tích hợp trong tòa nhà (BIPV), có khả năng giảm thay vì tăng tải trọng cố định.
- Lập kế hoạch chi tiết lắp đặt và kết nối vào bản vẽ ngay từ đầu để tránh việc điều chỉnh tại chỗ.
- Đối với mái có nhịp dài với khả năng chịu tải hạn chế, BIPV có thể loại bỏ hoặc giảm đáng kể chi phí gia cố.
Đối với việc xây dựng nhà máy mới, điều này có nghĩa là “một thiết kế kết cấu, một giai đoạn xây dựng và hệ thống phát điện được xây dựng sẵn”. Đối với một nhà máy hiện tại đã vượt qua quá trình đánh giá, cải tiến thông thường vẫn là một lựa chọn khả thi—nhưng các chi tiết kết nối và phân bổ tải trọng phải được xử lý bởi đội ngũ thiết kế có chuyên môn về kết cấu thép.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1: Có cần xác minh cấu trúc trước khi lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà không?
Vâng. Ước tính của ngành đưa ra tỷ lệ vượt qua kiểm tra tải PV trên mái kim loại hiện có dưới 50%. Tính toán kết cấu giúp quản lý rủi ro này; ở mức 1.400–4.200 USD, chúng là một trong những biện pháp bảo vệ ít tốn kém nhất trong dự án.
Câu hỏi 2: Một nhà máy xây dựng 20 năm tuổi vẫn có thể hỗ trợ năng lượng mặt trời chứ?
Chỉ riêng tuổi tác không phải là yếu tố quyết định. Một tòa nhà cũ hơn có thể vượt qua nếu sự ăn mòn được kiểm soát và thiết kế ban đầu có đủ công suất dự trữ. Nếu tổn thất phần liên quan đến ăn mòn vượt quá giới hạn cho phép, hãy áp dụng biện pháp bảo vệ chống ăn mòn và gia cố trước.
Câu 3: Ai nên chuẩn bị báo cáo đánh giá kết cấu?
Một công ty kỹ thuật kết cấu hoặc công ty kết cấu thép có đủ năng lực sẽ đưa ra báo cáo. Nó phải ghi lại các tổ hợp tải trọng, tỷ số ứng suất, các phát hiện về độ võng và bất kỳ khuyến nghị gia cố nào.
Câu hỏi 4: Kích thước nhịp và mặt cắt xà gồ nào thường phù hợp cho năng lượng mặt trời trên mái nhà?
Theo nguyên tắc ngón tay cái ban đầu, xà gồ tiết diện C hoặc Z có ký hiệu tiết diện ít nhất là 180 ở khoảng cách khoảng 6 m hoặc 220 ở khoảng cách 8 m, có nhiều khả năng đi qua dưới tải PV hơn. Sự phù hợp cuối cùng phải được xác nhận bằng tính toán kết cấu.
Không chắc chắn mái nhà của bạn có thể hỗ trợ năng lượng mặt trời? Gửi hình ảnh nhịp, kích thước xà gồ, năm xây dựng và mái nhà để đánh giá sơ bộ miễn phí. Email: info@xzbesta.com
