В условиях стремительного развития «зеленой» экономики нашей страны, технологии производства фотоэлектрической энергии на основе монокристаллического/поликристаллического кремния и тонкопленочных интегрированных в здания фотоэлектрических систем находятся на стадии зрелости. Стальные конструкции обладают значительными преимуществами перед другими типами конструкций с точки зрения функциональности, проектирования, строительства и общей стоимости. В результате разработка и производство нового типа стальных конструкций для крепления фотоэлектрических элементов, способных заменить существующие угловые стальные системы крепления, имеет решающее значение.
1. Стальной кронштейн для солнечных батарей.
В настоящее время при выборе стали используются легкие конструкционные стали и обычные конструкционные стали малого сечения, благодаря их простой конструкции и малому объему, необходимому для размещения солнечных фотоэлектрических панелей.
Легкая конструкционная сталь: Этот термин относится к круглому стальному листу, тонкостенному стальному листу и листовой стали. Использование тонкостенного стального листа в качестве несущего элемента позволяет эффективно использовать прочность стали и способствует монтажу всей конструкции. В настоящее время национальный стандарт на использование тонкостенного стального листа для солнечных опор предусматривает ограниченное количество вариантов, поэтому необходимы дополнительные модели тонкостенного стального листа для адаптации к быстрому развитию солнечной энергетики. Тонкостенные стальные прогоны обычно изготавливаются из тонкостенных стальных листов толщиной 1,5-5 мм, полученных методом холодной формовки или холодной прокатки, что позволяет создавать тонкостенные стальные изделия с различными поперечными сечениями и диаметрами.
По сравнению с горячекатаным профилем, радиус вращения тонкостенного профиля может быть увеличен на 50-60%, а момент инерции и момент сопротивления профиля — в 0,5-3 раза. Однако, поскольку тонкостенная сталь в основном обрабатывается на заводе, возникает необходимость в высокоточной сверловке отверстий и последующем завинчивании фотоэлектрических панелей. Из-за малых размеров стального профиля, сложности работы с инструментами и трудностей при монтаже, последующая заводская сверловка может быть подвергнута горячему цинкованию для защиты от коррозии и транспортировки на место установки. В настоящее время большинство бытовых панелей не могут быть напрямую соединены с тонкостенными стальными конструкциями и должны крепиться к другим вспомогательным несущим конструкциям (например, к прижимному блоку).
В фотоэлектрических системах обычно используются профили I-, H-, L-образного и других типов, а также различные конструктивные требования к поперечному сечению. Как правило, они изготавливаются из углеродистой конструкционной стали или низколегированной стали, что упрощает их производство и снижает стоимость. Методы обработки также разнообразны: для сварки выбирают стальные профили различной толщины, в соответствии с требованиями к конструкции, и на заводе, в зависимости от сложности процесса, можно рассчитать параметры формовки в зависимости от нагрузок на различные конструктивные элементы фотоэлектрической системы. Использование стальных листов разной толщины в разных местах более рационально, чем использование горячекатаных стальных листов.
2. Требования к характеристикам стальных материалов, используемых в конструкциях солнечных электростанций: стальные материалы, применяемые в таких конструкциях, должны обладать следующими характеристиками:
1). Предел прочности на растяжение и предел текучести. Высокий предел текучести может уменьшить сечение стальных элементов, снизить вес конструкции, сэкономить сталь и уменьшить общую стоимость проекта. Высокий предел прочности на растяжение может повысить общий запас прочности конструкции и улучшить ее надежность.
2). Прочность и усталостная стойкость. Хорошая пластичность позволяет конструкции значительно деформироваться до разрушения, что дает персоналу возможность своевременно выявлять и принимать корректирующие меры. Хорошая пластичность также может использоваться для регулирования локальных пиковых напряжений, угла установки солнечных панелей, использования принудительной установки, а также для перераспределения внутренних сил в конструкции, чтобы концентрация напряжений в конструкции или некоторых ее компонентах, а также распределение напряжений в конструкции выравнивались, улучшая общую несущую способность конструкции. Повышенная прочность позволяет конструкции поглощать больше энергии при разрушении ударной нагрузкой, что особенно важно для электростанций, расположенных в пустыне, и электростанций на крышах, подверженных сильным ветрам. Повышенная усталостная стойкость также делает конструкцию более устойчивой к изменениям способности выдерживать многократные ветровые нагрузки.
3). Скорость обработки. Холодообрабатываемость, горячеобрабатываемость и свариваемость — все это примеры хорошей обрабатываемости. Алюминий, используемый в стальных конструкциях для фотоэлектрических систем, должен не только легко поддаваться механической обработке для получения различных конструкций и компонентов, но и обрабатываться таким образом, чтобы не снижались прочность, пластичность, ударная вязкость и усталостная стойкость.
4). Срок службы. Поскольку расчетный срок службы солнечной фотоэлектрической системы составляет более 20 лет, хорошие антикоррозионные свойства также являются важным показателем качества системы крепления. Если срок службы опоры слишком короткий, это повредит общей устойчивости конструкции, увеличит срок окупаемости и снизит общую экономическую выгоду проекта.
5). В соответствии с вышеизложенными условиями, сталь для солнечных конструкций должна быть проста в приобретении, производстве и продаже.
3. Техническая оценка стальных несущих конструкций для солнечных электростанций нового поколения.
В настоящее время использование стальных угловых опор для солнечных электростанций сопряжено со все большим количеством условий, наиболее важной причиной которых является неравномерное качество стали, необходимость большого количества сверлений на месте установки, а также то, что после сверления сталь легко ржавеет. Поэтому для замены этих угловых стальных кронштейнов необходимы новые типы опор, которые замедлят коррозию и продлят срок службы.
Основная структура новой системы поддержки солнечной энергетики выглядит следующим образом:
1). Система несущих конструкций из тонкостенной холодногнутой стали специальной формы. Тонкостенная холодногнутая сталь специальной формы представляет собой легкую стальную конструкционную систему, которая может изготавливаться партиями, быстро строиться и быть полностью готовой к эксплуатации. Стальной кронштейн несущей конструкции из тонкостенной холодногнутой стали специальной формы представляет собой тип стального каркаса, изготовленного из предварительно изготовленной тонкостенной холодногнутой стали, которая скрепляется болтами на строительной площадке.
2). Монолитная стальная монтажная система заводского изготовления. Предварительно изготовленный стальной каркас с прогонами может быть сконструирован и установлен на месте, а затем соединен с панелями для формирования всей фотоэлектрической батареи. Требования к монтажу этой стальной конструкции достаточно высоки, используется сталь высочайшего качества, обработка поверхности выполнена качественно, и для обеспечения успешной сборки необходимо заблаговременное взаимодействие с производителями фотоэлектрических компонентов.
3). Система несущей конструкции для фотоэлектрических навесных стен с балочно-колонной рамой. Для монтажа фотоэлектрических навесных стен целесообразно использовать стальную балочно-колонную рамную конструкцию. Из-за низкой боковой жесткости, при большой высоте конструкции или этажа следует устанавливать боковые распорки для формирования несущей рамной конструкции. Стальные конструкции и монолитные закладные элементы часто используются для создания гибридной конструкции при проектировании высотных фотоэлектрических навесных стен, что позволяет повысить устойчивость всей конструкции к боковым воздействиям, одновременно уменьшая количество необходимой стали и, следовательно, снижая общую стоимость.
4. Установка новых тонкостенных элементов крепления солнечных панелей, изготовленных методом холодной формовки:
1). Инновационная тонкостенная опора для солнечных батарей, изготовленная методом холодной формовки, для стальных конструкций производится на заводе с использованием различных стально-пластиковых комбинированных соединителей. Существует несколько разновидностей стально-пластиковых комбинированных соединителей, которые могут адаптироваться к различным условиям монтажа.
2). Новая тонкостенная опора для солнечных электростанций, изготовленная методом холодной формовки, легче и имеет больше монтажных отверстий. В целом, основным фундаментом является независимый фундамент, к которому при необходимости добавляется железобетонная соединительная балка. Ленточные или крестообразные фундаменты могут использоваться в местах со сложными геологическими условиями, но следует по возможности избегать плитных фундаментов. Все верхние основания колонн шарнирно закреплены, а встраиваемые элементы представляют собой либо вставленные основания колонн, либо встраиваемые болты, заключенные в водонепроницаемый бетон. Оба типа просты в обработке, легко монтируются и имеют надежные соединения.
