Sparčiai plečiantis mūsų šalies žaliajai ekonomikai, bręsta monokristalinio silicio / polikristalinio silicio fotovoltinės energijos gamybos ir plonasluoksnės BIPV technologijos. Plieninės konstrukcijos turi didelių pranašumų, palyginti su kitų tipų konstrukcijomis, naudojimo funkcijos, dizaino, konstrukcijos ir bendrų sąnaudų požiūriu. Todėl labai svarbu sukurti ir pagaminti naujo tipo plieninių konstrukcijų fotovoltinę tvirtinimo sistemą, kuri pakeistų dabartinę kampinę plieninę tvirtinimo sistemą.
1. Plieninis saulės energijos laikiklis
Dėl paprastos konstrukcijos savybių ir mažo saulės fotovoltinių elementų atramos tūrio šiuo metu plieno pasirinkimui naudojamas lengvas konstrukcinis plienas ir mažo profilio paprastas konstrukcinis plienas.
Lengvas konstrukcinis plienas: šis terminas reiškia apvalų plieną, mažo kampinio profilio plieną ir plonasienį plieną. Kai kampinis plienas naudojamas kaip atraminis elementas, jis gali efektyviai išnaudoti plieno stiprumą ir yra naudingas visam karkaso montavimui. Šiuo metu yra nedaug nacionalinių standartinių kampinio profilio plienų, susijusių su saulės energijos atramomis, pasirenkamų modelių, todėl reikia papildomų mažo kampinio profilio plieninių modelių, kad būtų galima prisitaikyti prie dabartinės sparčios saulės energijos pramonės plėtros. Plonasieniai plieniniai grebėstai paprastai gaminami iš 1,5–5 mm storio plonasienių plieno plokščių, kurios yra šaltai formuojamos arba šaltai valcuojamos, kad būtų pagaminti plonasieniai plieno gaminiai su įvairaus skerspjūvio ir skersmens.
Lyginant su karštai valcuotu profiliuotu plienu, plonasienio profiliuoto plieno sukimosi spindulys gali būti padidintas 50–60 %, o profilio inercijos ir pasipriešinimo momentai – 0,5–3 kartus, tačiau kadangi plonasienis plienas dažniausiai apdorojamas gamykloje, po varžtų skylės reikia gręžti didelio tikslumo skyles ir naudoti fotovoltines plokštes. Kadangi plieninis profilis yra mažas, įrankius sunku apdoroti, o po gamyklinio apdorojimo gręžimo mygtuku sunkiau statyti, galima atlikti karštą cinkavimą, kad būtų apsaugotas nuo rūdžių, transportavimą į montavimo vietą. Šiuo metu daugumos buitinių plokščių negalima tiesiogiai sujungti su plonasienio plieno montavimu ir jos turi būti pritvirtintos prie kitos pagalbinės fiksuotos konstrukcijos (pvz., presavimo bloko).
Dažnai naudojami fotovoltiniai elementai paprastai turi I tipo, H tipo, L tipo ir įvairių profiliuotų skerspjūvių projektavimo poreikius ir paprastai gaminami iš anglinio konstrukcinio plieno arba mažai legiruoto plieno, todėl juos lengva pagaminti ir jie pigūs. Apdorojimo metodai taip pat įvairūs: suvirinimo sekcijos plienas parenkamas iš skirtingo storio plieninės plokštės, atsižvelgiant į gamykloje suvirinamo profiliuoto plieno projektavimo reikalavimus. Šis formavimo metodas gali būti apskaičiuojamas pagal jėgas, veikiančias skirtingas fotovoltinio projekto konstrukcines dalis, o skirtingo storio plieninės plokštės gali būti naudojamos skirtingose dalyse, o tai yra labiau pagrįsta nei jėga, veikianti karštai valcuotas vienkartines plienines plokštes.
2. Saulės energijos atramos plieninių medžiagų eksploatacinių savybių reikalavimai, saulės energijos plieninės konstrukcijos plieninė medžiaga turi turėti šias eksploatacines savybes:
1). Tempimo ir takumo riba. Didelė takumo riba gali sumažinti plieninių elementų skerspjūvį, sumažinti konstrukcijos svorį, sutaupyti plieno ir sumažinti bendras projekto sąnaudas. Didelis tempiamasis stipris gali padidinti bendrą konstrukcijos saugos rezervą ir pagerinti jos patikimumą.
2). Tvirtumas ir atsparumas nuovargiui. Geras plastiškumas gali lemti konstrukcijos reikšmingą deformaciją prieš gedimą, todėl personalas gali laiku nustatyti ir įgyvendinti taisomuosius veiksmus. Geras plastiškumas taip pat gali būti naudojamas norint pakoreguoti vietinį didžiausią įtempį, saulės baterijų montavimo kampą, priverstinio montavimo naudojimą ir konstrukcijos plastiškumą, kad būtų pasiektas vidinis jėgų persiskirstymas, kad konstrukcija arba kai kurie pradinės įtempių koncentracijos konstrukcijos įtempių pasiskirstyme komponentai būtų vienodi ir pagerėtų bendra konstrukcijos laikomoji galia. Didesnis tvirtumas leidžia konstrukcijai sugerti daugiau energijos, kai ją sunaikina smūginė apkrova, o tai ypač svarbu dykumų elektrinėms ir stogų elektrinėms, veikiamoms stipraus vėjo. Didesnis atsparumas nuovargiui taip pat gali padaryti konstrukciją atsparesnę pasikartojančių vėjo apkrovų atlaikymo pokyčiams.
3). Apdorojimo greitis. Šaltasis apdorojamumas, karštasis apdorojamumas ir suvirinamumas yra gero apdorojamumo pavyzdžiai. Fotovoltinių plieninių konstrukcijų gamybai naudojamas aliuminis turi būti ne tik lengvai apdirbamas į įvairias konstrukcijas ir komponentus, bet ir apdirbamas taip, kad nepakenktų stiprumui, plastiškumui, tvirtumui ir atsparumui nuovargiui.
4). Tarnavimo trukmė. Kadangi saulės fotovoltinių sistemų projektinis tarnavimo laikas yra ilgesnis nei 20 metų, geros antikorozinės savybės taip pat yra svarbus tvirtinimo sistemos kokybės rodiklis. Jei atramos tarnavimo laikas per trumpas, tai pakenks bendram konstrukcijos stabilumui, pailgins atsipirkimo laikotarpį ir sumažins bendrą projekto ekonominę naudą.
5). Remiantis ankstesnėmis sąlygomis, saulės energijos plieno konstrukcijų plieną turėtų būti paprasta įsigyti, pagaminti ir parduoti.
3. Naujos kartos saulės energijos plieninių konstrukcijų atramų techninis įvertinimas
Kampinių plieninių saulės energijos atramų naudojimui šiuo metu keliamos vis daugiau sąlygų, svarbiausia priežastis yra ta, kad šiuo metu plieno kokybė yra nevienoda, montuojant reikia daug gręžinių vietoje, tačiau po gręžimo plienas lengvai rūdija, todėl norint pakeisti šiuos kampinius plieninius laikiklius, reikia naujo tipo kronšteino, kad sulėtėtų korozija ir pailgėtų jų tarnavimo laikas.
Pagrindinė naujos saulės energijos atramos struktūra yra tokia:
1). Specialios formos šaltai formuotų plonasienių plieninių atraminių konstrukcijų sistema. Specialios formos šaltai formuotas plonasienis plienas yra plonasienė plieninė konstrukcijų sistema, kuri gali būti gaminama partijomis, greitai pastatoma ir visiškai veikianti. Specialios formos šaltai formuotos plonasienės plieninės konstrukcijų sistemos plieninės konstrukcijos laikiklis yra plieninės konstrukcijos rėmo tipas, pagamintas iš surenkamo šaltai formuoto plonasienio plieno, kuris varžtais sujungiamas statybvietėje.
2). Gamykloje pagaminta monolitinė plieninė tvirtinimo sistema. Surenkamas plieninis rėmas su grebėstais gali būti sukonstruotas ir pritvirtintas vietoje, prieš sujungiant jį su plokštėmis, kad būtų suformuotas visas FV masyvas. Šio plieninės konstrukcijos laikiklio montavimo reikalavimai yra gana aukšti, naudojamas plienas yra aukščiausios kokybės, paviršiaus apdorojimo procesas yra geras, o norint užtikrinti sėkmingą surinkimą, būtina iš anksto susisiekti su fotovoltinių komponentų gamintojais.
3). Fotovoltinės sienos atraminės konstrukcijos sistema su sijų-kolonų rėmu. Fotovoltinėms užuolaidinėms sienoms tikslinga naudoti sijų-kolonų rėmo plieninės konstrukcijos tvirtinimo sprendimą. Dėl mažo šoninio standumo, kai konstrukcijos ar aukšto aukštis yra didelis, šoniniai sutvirtinimai turėtų būti nustatyti taip, kad sudarytų atraminio rėmo konstrukciją. Plieninė konstrukcija ir vietoje įlieti elementai dažnai naudojami hibridinei konstrukcijai sukurti projektuojant aukštybines fotovoltines užuolaidines sienas, o tai gali pagerinti visos konstrukcijos atsparumą šoniniams poslinkiams, tuo pačiu sumažinant reikalingo plieno kiekį ir bendras sąnaudas.
4. Naujų šaltai formuotų plonasienių saulės energijos sistemų atraminių komponentų montavimas:
1). Novatoriška šaltai formuota plonasienė saulės energijos atrama plieninėms konstrukcijoms gaminama gamykloje naudojant įvairias plieno ir plastiko mišrias jungtis. Yra keletas plieno ir plastiko mišrių jungčių rūšių, kurios gali prisitaikyti prie įvairių montavimo sąlygų.
2). Naujoji šaltai formuota plonasienė saulės energijos atrama yra lengvesnė ir turi daugiau tvirtinimo angų. Paprastai nepriklausomas pamatas yra pagrindinis, o gelžbetoninė jungiamoji sija pridedama pagal poreikį. Vietose, kuriose yra prastos geologinės sąlygos, galima naudoti juostinius arba kryžminius pamatus, tačiau kiek įmanoma reikėtų vengti plaustinių pamatų. Viršutiniai kolonų pagrindai yra vyriai, o įterptieji komponentai yra arba įterptieji kolonų pagrindai, arba įterptieji varžtai, įmontuoti į vandeniui atsparų betoną. Abu tipai yra paprastai apdorojami, lengvai montuojami ir gerai sujungti.
