Met de snelle groei van de groene economie in ons land komen fotovoltaïsche energieopwekking met monokristallijn silicium/polykristallijn silicium en dunnefilm-BIPV-technologieën tot wasdom. Stalen constructies hebben aanzienlijke voordelen ten opzichte van andere constructietypen wat betreft functionaliteit, ontwerp, constructie en totale kosten. Daarom is de ontwikkeling en productie van een nieuw type montagesysteem voor fotovoltaïsche panelen met stalen constructies, ter vervanging van het huidige montagesysteem met hoekprofielen, van cruciaal belang.
1. Stalen beugel voor zonnepanelen
Vanwege de eenvoudige constructie en het kleine volume van de ondersteuningselementen voor zonnepanelen worden momenteel lichtgewicht constructiestaal en standaard constructiestaal met kleine profielen gebruikt bij de staalselectie.
Licht constructiestaal: Deze term verwijst naar rondstaal, hoekstaal en dunwandig staal. Wanneer hoekstaal als dragend element wordt gebruikt, kan het de sterkte van staal optimaal benutten en is het nuttig voor de algehele constructie. Momenteel zijn er, volgens de nationale norm voor hoekstaal voor zonne-energieondersteuning, slechts enkele modellen beschikbaar. Daarom is er behoefte aan meer modellen van klein hoekstaal om in te spelen op de huidige snelle ontwikkeling van de zonne-energie-industrie. Dunwandige stalen gordingen worden doorgaans gemaakt van 1,5-5 mm dikke, koudgevormde of koudgewalste staalplaten met verschillende doorsneden en diameters.
Vergeleken met warmgewalst profielstaal kan de rotatiestraal van dunwandig profielstaal met 50-60% worden vergroot, en het traagheidsmoment en het weerstandsmoment van het profiel kunnen met 0,5-3 keer toenemen. Omdat dunwandig staal echter meestal in de fabriek wordt bewerkt, is het noodzakelijk om zeer nauwkeurig gaten te boren en schroefgaten te maken voor de zonnepanelen. Omdat het staalprofiel klein is, is het lastig te bewerken met gereedschap en is de montage na de fabrieksbewerking complexer. Thermisch verzinken ter bescherming tegen roestvorming is een optie, waarna het profiel naar de locatie wordt getransporteerd voor installatie. Momenteel kunnen de meeste zonnepanelen voor huishoudelijk gebruik niet direct met dunwandig staal worden gemonteerd en moeten ze worden bevestigd aan een andere, ondersteunende constructie (zoals een persblok).
Fotovoltaïsche panelen die veelvuldig worden gebruikt, hebben doorgaans I-, H- en L-vormige profielen en diverse andere ontwerpvereisten. Ze worden meestal gemaakt van koolstofconstructiestaal of laaggelegeerd staal, wat ze eenvoudig te produceren en goedkoop maakt. Ook de verwerkingsmethoden zijn divers. Er wordt gekozen voor verschillende diktes staalplaat voor het lassen van profielen, afhankelijk van de ontwerpvereisten. Deze vormmethode maakt het mogelijk om de krachten op de verschillende structurele onderdelen van het fotovoltaïsche project te berekenen. Hierdoor kunnen staalplaten met verschillende diktes op verschillende plaatsen worden gebruikt, wat efficiënter is dan het gebruik van warmgewalste staalplaten.
2. De prestatie-eisen voor het staalmateriaal van de ondersteuningsconstructie voor zonne-energie: het staalmateriaal van de stalen constructie voor zonne-energie moet aan de volgende eigenschappen voldoen:
1). Treksterkte en vloeigrens. Een hoge vloeigrens kan de doorsnede van stalen elementen verkleinen, het gewicht van de constructie verminderen, staal besparen en de totale projectkosten verlagen. Een hoge treksterkte kan de algehele veiligheidsreserve van een constructie vergroten en de betrouwbaarheid ervan verbeteren.
2) Taaiheid en vermoeiingsweerstand. Goede plasticiteit zorgt ervoor dat de constructie aanzienlijk vervormt vóórdat deze bezwijkt, waardoor personeel tijdig corrigerende maatregelen kan nemen. Goede plasticiteit kan ook worden gebruikt om de lokale piekspanning, de hoek van de installatie van de zonnepanelen, het gebruik van geforceerde installatie en de plasticiteit van de constructie aan te passen om interne krachten te herverdelen. Hierdoor wordt de spanningsconcentratie in de constructie of bepaalde componenten gelijkmatiger verdeeld, wat het algehele draagvermogen van de constructie verbetert. Een betere taaiheid zorgt ervoor dat de constructie meer energie kan absorberen bij een impactbelasting, wat vooral belangrijk is voor energiecentrales in woestijngebieden en energiecentrales op daken die aan harde wind zijn blootgesteld. Een betere vermoeiingsweerstand maakt de constructie ook beter bestand tegen variaties in het vermogen om herhaalde windbelastingen te weerstaan.
3) De verwerkingssnelheid. Koudverwerkbaarheid, warmverwerkbaarheid en lasbaarheid zijn allemaal voorbeelden van goede verwerkbaarheid. Aluminium dat in fotovoltaïsche staalconstructies wordt gebruikt, moet niet alleen gemakkelijk te bewerken zijn tot verschillende structuren en componenten, maar ook op een zodanige manier dat de sterkte, plasticiteit, taaiheid en vermoeiingsweerstand niet in het gedrang komen.
4) Levensduur. Omdat de verwachte levensduur van een zonne-PV-systeem meer dan 20 jaar is, is een goede corrosiebestendigheid een belangrijke indicator voor de kwaliteit van het montagesysteem. Als de levensduur van de ondersteuning te kort is, tast dit de algehele stabiliteit van de constructie aan, verlengt het de terugverdientijd en vermindert het de totale economische voordelen van het project.
5). In overeenstemming met de voorgaande voorwaarden moet de stalen constructie voor zonnepanelen eenvoudig te verkrijgen, te produceren en te verkopen zijn.
3. Technische evaluatie van de nieuwe generatie stalen constructie-ondersteunende elementen voor zonnepanelen
Het gebruik van hoekstalen steunconstructies voor zonnepanelen is momenteel aan steeds meer voorwaarden onderhevig. De belangrijkste reden hiervoor is de ongelijkmatige kwaliteit van het staal, de installatie vereist veel boorwerk op locatie, en na het boren roest het staal gemakkelijk. Daarom is een nieuw type beugel nodig ter vervanging van deze hoekstalen beugels om corrosie te vertragen en de levensduur te verlengen.
De basisstructuur van de nieuwe ondersteuning voor zonne-energie is als volgt:
1). Een systeem van speciaal gevormde, koudgevormde, dunwandige stalen draagconstructies. Speciaal gevormd, koudgevormd, dunwandig staal is een lichtgewicht stalen constructiesysteem dat in series kan worden geproduceerd, snel kan worden opgebouwd en direct operationeel is. De stalen beugel van een speciaal gevormd, koudgevormd, dunwandig stalen constructiesysteem is een type stalen frame, gemaakt van geprefabriceerd, koudgevormd, dunwandig staal dat op de bouwplaats aan elkaar wordt gebout.
2). Een in de fabriek vervaardigd monolithisch stalen montagesysteem. Het geprefabriceerde stalen frame met gordingen kan ter plaatse worden gemonteerd en bevestigd voordat het wordt gecombineerd met panelen om de complete PV-installatie te vormen. De installatie-eisen voor deze stalen beugel zijn vrij hoog, het gebruikte staal moet van de hoogste kwaliteit zijn, de oppervlaktebehandeling moet goed zijn en vroegtijdige communicatie met fabrikanten van fotovoltaïsche componenten is vereist om een succesvolle montage te garanderen.
3) Draagsysteem voor fotovoltaïsche gevels met een balk-kolomframe. Een stalen balk-kolomframe is een geschikte montageoplossing voor PV-gevels. Vanwege de lage laterale stijfheid moeten, bij grote hoogtes van de constructie of verdiepingen, laterale schoren worden aangebracht om een draagframe te vormen. Een combinatie van staalconstructies en in situ gestorte elementen wordt vaak gebruikt om een hybride constructie te creëren bij het ontwerp van hoogbouwgevels met fotovoltaïsche panelen. Dit verbetert de laterale weerstand van de gehele constructie, vermindert de benodigde hoeveelheid staal en verlaagt daardoor de totale kosten.
4. Installatie van nieuwe koudgevormde, dunwandige zonnepaneelsteunen:
1). De innovatieve, koudgevormde, dunwandige zonne-energieondersteuning voor stalen constructie-elementen wordt in de fabriek vervaardigd met behulp van diverse staal-kunststof mengverbindingen. Er zijn verschillende varianten van deze mengverbindingen beschikbaar, die geschikt zijn voor uiteenlopende installatieomstandigheden.
2). De nieuwe koudgevormde, dunwandige zonne-energieondersteuning is lichter en heeft meer montagegaten. Over het algemeen is de onafhankelijke fundering de primaire fundering, waarbij de gewapende betonnen verbindingsbalk naar behoefte wordt toegevoegd. Strokenfunderingen of kruisfunderingen kunnen worden gebruikt op plaatsen met slechte geologische omstandigheden, maar plaatfunderingen moeten zoveel mogelijk worden vermeden. De bovenste kolomvoeten zijn allemaal scharnierend, terwijl de ingebedde componenten bestaan uit insteekkolomvoeten of ingebedde bouten die zijn ingekapseld in waterdicht beton. Beide typen zijn eenvoudig te verwerken, gemakkelijk te bouwen en goed verbonden.
