Con la rapida espansione dell'economia verde del nostro Paese, la generazione di energia fotovoltaica da silicio monocristallino/policristallino e la tecnologia BIPV a film sottile stanno maturando. Le strutture in acciaio presentano vantaggi significativi rispetto ad altri tipi di strutture in termini di funzionalità, design, costruzione e costi complessivi. Di conseguenza, lo sviluppo e la produzione di un nuovo tipo di sistema di montaggio fotovoltaico in acciaio per sostituire l'attuale sistema di montaggio con profilati angolari in acciaio è di fondamentale importanza.
1. Staffa solare in acciaio di tipo acciaio
L'acciaio strutturale leggero e l'acciaio strutturale ordinario di piccola sezione sono attualmente utilizzati nella selezione dell'acciaio per via delle caratteristiche di struttura semplice e del volume ridotto del supporto fotovoltaico solare.
Acciaio strutturale leggero: questo termine si riferisce a profilati tondi, angolari di piccolo diametro e lamiere sottili. Quando l'acciaio angolare viene utilizzato come elemento di supporto, può sfruttare efficacemente la resistenza dell'acciaio ed essere utile per l'installazione complessiva del telaio. Al momento, lo standard nazionale per l'acciaio angolare, rispetto al supporto per impianti solari, offre pochi modelli opzionali, pertanto sono necessari ulteriori modelli di profilati angolari di piccolo diametro per adattarsi al rapido sviluppo del settore dell'energia solare. Le travi in acciaio a parete sottile sono tipicamente realizzate con lamiere di acciaio a parete sottile di spessore compreso tra 1,5 e 5 mm, formate o laminate a freddo per ottenere prodotti in acciaio a parete sottile con sezioni trasversali e diametri variabili.
Rispetto all'acciaio profilato a caldo, il raggio di rotazione dell'acciaio profilato a parete sottile può essere aumentato del 50-60%, e il momento d'inerzia e il momento resistente della sezione possono essere aumentati di 0,5-3 volte, ma poiché l'acciaio a parete sottile viene per lo più lavorato in fabbrica, è necessaria una foratura di alta precisione e i pannelli fotovoltaici dopo il foro per le viti. Poiché la sezione d'acciaio è piccola, gli utensili sono difficili da lavorare e la costruzione è più difficile dopo la lavorazione in fabbrica del pulsante di foratura, può essere zincato a caldo antiruggine e trasportato in cantiere per l'installazione. Attualmente, la maggior parte dei pannelli domestici non può essere accoppiata direttamente all'installazione in acciaio a parete sottile e deve essere fissata a un'altra struttura fissa ausiliaria (come un blocco di pressatura).
I moduli fotovoltaici più comunemente utilizzati presentano generalmente sezioni trasversali profilate di tipo I, H, L e altre tipologie, con diverse esigenze progettuali. Sono solitamente realizzati in acciaio strutturale al carbonio o acciaio basso legato, materiali facili da costruire e a basso costo. Anche i metodi di lavorazione sono vari: la sezione di saldatura in acciaio viene realizzata con lamiere di diverso spessore, in base alle specifiche di progettazione. Questo metodo di formatura consente di calcolare le forze agenti sulle diverse parti strutturali del progetto fotovoltaico, e l'utilizzo di lamiere di diverso spessore risulta più razionale rispetto all'impiego di lamiere di acciaio laminate a caldo monoblocco.
2. Requisiti prestazionali del materiale in acciaio per il supporto dell'energia solare: il materiale in acciaio della struttura in acciaio per l'energia solare deve avere le seguenti prestazioni:
1) Resistenza alla trazione e allo snervamento. Un elevato punto di snervamento può ridurre la sezione degli elementi in acciaio, diminuire il peso della costruzione, risparmiare acciaio e ridurre i costi totali del progetto. Un'elevata resistenza alla trazione può aumentare il margine di sicurezza complessivo di una struttura e migliorarne l'affidabilità.
2) Tenacità e resistenza alla fatica. Una buona plasticità può far sì che la struttura si deformi in modo significativo prima del cedimento, consentendo al personale di identificare e attuare tempestivamente le azioni correttive. Una buona plasticità può anche essere utilizzata per regolare il picco di sollecitazione locale, l'angolo di installazione dei pannelli solari, l'uso dell'installazione forzata e la plasticità della struttura per produrre una ridistribuzione interna delle forze, in modo che la concentrazione di sollecitazione originale della struttura o di alcuni componenti tenda a uniformarsi, migliorando la capacità portante complessiva della struttura. Una maggiore tenacità consente alla struttura di assorbire più energia quando viene distrutta da un carico d'impatto, il che è particolarmente importante per le centrali elettriche nel deserto e le centrali elettriche sui tetti esposte a forti venti. Una migliore resistenza alla fatica può anche rendere la struttura più resistente alle variazioni nella capacità di sopportare carichi di vento ripetuti.
3) La velocità di lavorazione. Lavorabilità a freddo, lavorabilità a caldo e saldabilità sono tutti esempi di buona lavorabilità. L'alluminio utilizzato nelle strutture in acciaio fotovoltaiche non solo deve essere facilmente lavorabile per ottenere diverse strutture e componenti, ma deve anche essere lavorato in modo tale da non compromettere la resistenza, la plasticità, la tenacità e la resistenza alla fatica.
4) Durata di servizio. Poiché la vita utile prevista per un impianto fotovoltaico è superiore a 20 anni, una buona resistenza alla corrosione è un indicatore importante della qualità del sistema di montaggio. Se la durata del supporto è troppo breve, la stabilità complessiva della struttura ne risentirà, allungando il periodo di ammortamento e riducendo il beneficio economico complessivo del progetto.
5). In conformità con le condizioni precedenti, l'acciaio per le strutture solari dovrebbe essere semplice da acquistare, produrre e vendere.
3. Valutazione tecnica dei supporti strutturali in acciaio per impianti solari di nuova generazione
L'utilizzo di supporti per impianti solari in profilati angolari in acciaio è attualmente soggetto a sempre maggiori limitazioni, la più importante delle quali è la qualità non uniforme dell'acciaio, la necessità di numerose forature in loco per l'installazione, e la conseguente facile corrosione dell'acciaio dopo la foratura. Pertanto, è necessario sviluppare nuove tipologie di staffe per sostituire i profilati angolari in acciaio, al fine di rallentare la corrosione e prolungarne la durata.
La struttura principale del nuovo sistema di supporto all'energia solare è la seguente:
1) Un sistema di strutture di supporto in acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale. L'acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale è un sistema strutturale in acciaio leggero che può essere fabbricato in serie, costruito rapidamente e reso pienamente operativo. La staffa della struttura in acciaio di un sistema di strutture in acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale è un tipo di telaio in acciaio realizzato con acciaio a parete sottile formato a freddo prefabbricato che viene imbullonato in cantiere.
2) Un sistema di montaggio monolitico in acciaio prefabbricato. Il telaio in acciaio prefabbricato con arcarecci può essere costruito e fissato in loco prima di essere combinato con i pannelli per formare l'intero impianto fotovoltaico. I requisiti di installazione di questa struttura in acciaio sono piuttosto elevati, l'acciaio utilizzato è di altissima qualità, il processo di trattamento superficiale è accurato ed è necessaria una comunicazione tempestiva con i produttori di componenti fotovoltaici per garantire un montaggio di successo.
3) Sistema di supporto per facciate continue fotovoltaiche con telaio a travi e colonne. Per le facciate continue fotovoltaiche è opportuno utilizzare una soluzione di montaggio con struttura in acciaio a telaio a travi e colonne. A causa della sua bassa rigidezza laterale, quando l'altezza della struttura o del piano è elevata, è necessario predisporre dei controventi laterali per formare la struttura di supporto. Nella progettazione di facciate continue fotovoltaiche multipiano, si utilizzano spesso strutture in acciaio ed elementi annegati nel calcestruzzo gettato in opera per realizzare una struttura ibrida, che può migliorare la resistenza laterale dell'intera struttura riducendo al contempo la quantità di acciaio necessaria e quindi abbassando il costo totale.
4. Installazione di nuovi componenti di supporto solare a parete sottile formati a freddo:
1). L'innovativo supporto per pannelli solari a parete sottile, formato a freddo, per elementi strutturali in acciaio, viene realizzato in fabbrica utilizzando diversi connettori misti acciaio-plastica. Sono disponibili diverse tipologie di connettori misti acciaio-plastica, adattabili a svariate condizioni di installazione.
2). Il nuovo supporto per pannelli solari a parete sottile formato a freddo è più leggero e presenta un maggior numero di fori di montaggio. In generale, la fondazione indipendente costituisce la fondazione principale, con l'aggiunta della trave di collegamento in cemento armato secondo necessità. In luoghi con condizioni geologiche sfavorevoli si possono utilizzare fondazioni a nastro o a croce, mentre le fondazioni a platea dovrebbero essere evitate il più possibile. Le basi delle colonne superiori sono tutte incernierate, mentre i componenti annegati sono costituiti da basi per colonne inserite o da bulloni annegati nel calcestruzzo impermeabile. Entrambi i tipi sono semplici da lavorare, facili da costruire e ben collegati.
