Wraz z dynamicznym rozwojem zielonej gospodarki w naszym kraju, technologie wytwarzania energii fotowoltaicznej z krzemu monokrystalicznego/polikrystalicznego oraz cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne BIPV dojrzewają. Konstrukcje stalowe mają znaczącą przewagę nad innymi typami konstrukcji pod względem funkcjonalności, konstrukcji, konstrukcji i kosztów całkowitych. W związku z tym kluczowe znaczenie ma opracowanie i produkcja nowego typu systemu montażu konstrukcji fotowoltaicznych na konstrukcjach stalowych, który zastąpiłby obecny, kątowy system montażu stalowego.
1. Typ stalowego wspornika solarnego
Obecnie do wyboru stali wykorzystuje się lekką stal konstrukcyjną oraz zwykłą stal konstrukcyjną o małych przekrojach ze względu na prostą konstrukcję i małą objętość podzespołów fotowoltaicznych.
Lekka stal konstrukcyjna: Termin ten odnosi się do stali okrągłej, stali o małych kątownikach oraz stali cienkościennej. Zastosowanie kątownika jako elementu nośnego pozwala na efektywne wykorzystanie wytrzymałości stali i jest przydatne w ogólnej konstrukcji ramy. Obecnie, w odniesieniu do standardowych krajowych modeli kątowników stosowanych w konstrukcjach podtrzymujących panele słoneczne, istnieje niewiele modeli opcjonalnych, dlatego potrzebne są dodatkowe modele stali o małych kątownikach, aby dostosować się do obecnego, dynamicznego rozwoju branży energii słonecznej. Cienkościenne płatwie stalowe są zazwyczaj wykonane z cienkościennych blach stalowych o grubości 1,5-5 mm, które są formowane na zimno lub walcowane na zimno w celu uzyskania cienkościennych produktów stalowych o zróżnicowanych przekrojach i średnicach.
W porównaniu z profilami stalowymi walcowanymi na gorąco, promień obrotu profili cienkościennych można zwiększyć o 50-60%, a moment bezwładności i moment oporu przekroju o 0,5-3 razy. Jednak ze względu na to, że stal cienkościenna jest głównie przetwarzana w fabryce, istnieje potrzeba precyzyjnego wiercenia otworów i montażu paneli fotowoltaicznych po otworze na śrubę. Ze względu na mały przekrój stalowy, narzędzia są trudne w obróbce, a konstrukcja jest trudniejsza po obróbce fabrycznej. Wiertło, ocynkowanie ogniowe, antykorozyjne, transport na miejsce montażu. Obecnie większości paneli domowych nie można bezpośrednio łączyć z instalacją stalową cienkościenną i muszą być one mocowane do innej pomocniczej konstrukcji stałej (takiej jak blok prasy).
Najczęściej stosowane panele fotowoltaiczne zawierają profile typu I, H, L oraz zróżnicowane wymagania projektowe dotyczące przekrojów profilowanych. Zazwyczaj są one wykonane ze stali konstrukcyjnej węglowej lub stali niskostopowej, która jest łatwa w produkcji i tania. Metody przetwarzania są również zróżnicowane. Stal do spawania profili jest dobierana z blach stalowych o różnych grubościach, zgodnie z wymaganiami projektowymi w fabryce. Spawanie stali kształtowej pozwala na obliczenie tej metody formowania w zależności od sił działających na różne elementy konstrukcyjne projektu fotowoltaicznego. Blachy stalowe o różnych grubościach mogą być stosowane w różnych częściach, co jest bardziej rozsądne niż stosowanie blach stalowych walcowanych na gorąco.
2. Wymagania dotyczące parametrów technicznych materiałów stalowych wsporczych instalacji energii słonecznej. Materiał stalowy konstrukcji stalowej instalacji energii słonecznej musi mieć następujące parametry:
1). Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności. Wysoka granica plastyczności może zmniejszyć przekrój elementów stalowych, obniżyć masę konstrukcji, zaoszczędzić stal i obniżyć całkowite koszty projektu. Wysoka wytrzymałość na rozciąganie może zwiększyć ogólny poziom bezpieczeństwa konstrukcji i poprawić jej niezawodność.
2) Wytrzymałość i odporność na zmęczenie. Dobra plastyczność może spowodować znaczne odkształcenie konstrukcji przed jej zniszczeniem, umożliwiając personelowi identyfikację i wdrożenie działań naprawczych w odpowiednim czasie. Dobra plastyczność może być również wykorzystana do dostosowania lokalnego szczytowego naprężenia, kąta montażu paneli słonecznych, zastosowania wymuszonej instalacji oraz plastyczności konstrukcji w celu uzyskania redystrybucji sił wewnętrznych, tak aby konstrukcja lub niektóre elementy pierwotnej koncentracji naprężeń w rozkładzie naprężeń konstrukcji miały tendencję do równomiernego rozłożenia naprężeń, co poprawia ogólną nośność konstrukcji. Lepsza wytrzymałość pozwala konstrukcji absorbować więcej energii w przypadku zniszczenia przez obciążenie udarowe, co jest szczególnie ważne w przypadku elektrowni pustynnych i elektrowni dachowych narażonych na silne wiatry. Lepsza odporność na zmęczenie może również zwiększyć odporność konstrukcji na wahania w zdolności do wytrzymywania powtarzających się obciążeń wiatrowych.
3). Szybkość obróbki. Podatność na obróbkę plastyczną na zimno, na gorąco i spawalność to przykłady dobrej podatności na obróbkę plastyczną. Aluminium stosowane w stalowych konstrukcjach fotowoltaicznych musi być nie tylko łatwe w obróbce skrawaniem, aby uzyskać różne konstrukcje i komponenty, ale także musi być obrabiane w taki sposób, aby nie pogorszyć jego wytrzymałości, plastyczności, wytrzymałości i odporności na zmęczenie.
4). Czas eksploatacji. Ponieważ projektowany okres eksploatacji systemu fotowoltaicznego wynosi ponad 20 lat, dobra odporność na korozję jest również ważnym wskaźnikiem jakości systemu montażowego. Zbyt krótki okres podparcia może wpłynąć na ogólną stabilność konstrukcji, wydłużając okres zwrotu inwestycji i zmniejszając ogólne korzyści ekonomiczne projektu.
5). Zgodnie z powyższymi warunkami, stalowa konstrukcja solarna powinna być łatwa w zakupie, produkcji i sprzedaży.
3. Ocena techniczna konstrukcji wsporczych ze stali solarnej nowej generacji
Zastosowanie stalowych wsporników kątowych do instalacji fotowoltaicznych podlega obecnie coraz większej liczbie warunków, z których najważniejszym jest nierówna jakość stali. Montaż wymaga wykonania wielu odwiertów na miejscu, a po wierceniu stal łatwo rdzewieje. W związku z tym, aby spowolnić korozję i wydłużyć żywotność, konieczne jest zastosowanie nowego typu wspornika w celu zastąpienia tych stalowych wsporników kątowych.
Podstawowa struktura nowego wsparcia energii słonecznej przedstawia się następująco:
1) System specjalnie ukształtowanych, cienkościennych, stalowych konstrukcji wsporczych, formowanych na zimno. Specjalnie ukształtowana, cienkościenna stal, formowana na zimno, to lekki stalowy system konstrukcyjny, który można wytwarzać partiami, szybko budować i który jest w pełni funkcjonalny. Wspornik konstrukcji stalowej, specjalnie ukształtowanej, cienkościennej stali, formowanej na zimno, to rodzaj ramy stalowej wykonanej z prefabrykowanej, cienkościennej stali, skręcanej na miejscu budowy.
2) Prefabrykowany, monolityczny stalowy system montażowy. Prefabrykowana stalowa rama z płatwiami może zostać zbudowana i zamontowana na miejscu, a następnie połączona z panelami, tworząc kompletny system fotowoltaiczny. Wymagania montażowe tego wspornika konstrukcji stalowej są dość wysokie, zastosowana stal jest najwyższej jakości, proces obróbki powierzchni jest dobry, a wczesna komunikacja z producentami komponentów fotowoltaicznych jest konieczna, aby zapewnić pomyślny montaż.
3). System konstrukcji wsporczej fotowoltaicznej ściany osłonowej z ramą belka-słup. W przypadku fotowoltaicznych ścian osłonowych zaleca się zastosowanie stalowego rozwiązania montażowego w postaci ramy belka-słup. Ze względu na niską sztywność boczną, w przypadku dużej wysokości konstrukcji lub piętra, stężenia boczne powinny być ustawione tak, aby tworzyły konstrukcję ramy wsporczej. Konstrukcja stalowa i elementy osadzane metodą odlewania na miejscu są często wykorzystywane do tworzenia konstrukcji hybrydowej w projektowaniu wysokich fotowoltaicznych ścian osłonowych, co może poprawić nośność całej konstrukcji, jednocześnie zmniejszając zapotrzebowanie na stal, a tym samym obniżając całkowity koszt.
4. Montaż nowych, zimnogiętych, cienkościennych elementów wsporczych instalacji solarnych:
1) Innowacyjne, formowane na zimno, cienkościenne wsporniki instalacji solarnych dla stalowych elementów konstrukcyjnych są produkowane w fabryce z wykorzystaniem różnych łączników stalowo-plastikowych. Dostępnych jest kilka rodzajów łączników stalowo-plastikowych, które można dostosować do zróżnicowanych warunków montażu.
2) Nowe, zimnogięte, cienkościenne podparcie dla systemów solarnych jest lżejsze i ma więcej otworów montażowych. Zasadniczo fundament niezależny jest fundamentem głównym, a w razie potrzeby dodaje się żelbetową belkę łączącą. W miejscach o złych warunkach geologicznych można stosować fundamenty pasowe lub krzyżowe, ale należy w miarę możliwości unikać fundamentów płytowych. Wszystkie górne podstawy słupów są przegubowe, natomiast elementy osadzone to albo wpuszczane podstawy słupów, albo wpuszczane śruby zatopione w wodoodpornym betonie. Oba typy są proste w obróbce, łatwe w montażu i dobrze połączone.
