Z naglo rastjo zelenega gospodarstva naše države dozorevata fotovoltaična proizvodnja energije iz monokristalnega/polikristalnega silicija in tehnologija tankoplastnih dvoslojnih fotovoltaičnih elektrarn (BIPV). Jeklene konstrukcije imajo pomembne prednosti pred drugimi vrstami konstrukcij glede uporabne funkcije, zasnove, konstrukcije in skupnih stroškov. Zato je ključnega pomena razvoj in izdelava novega tipa sistema za pritrditev fotovoltaičnih elektrarn iz jeklene konstrukcije, ki bo nadomestil sedanji sistem za pritrditev iz kotnega jekla.
1. Jekleni nosilec za sončno jeklo
Zaradi preproste strukture in majhnega volumna sončne fotonapetostne podpore se pri izbiri jekla trenutno uporabljata lahka konstrukcijska jekla in navadna konstrukcijska jekla majhnega preseka.
Lahko konstrukcijsko jeklo: Ta izraz se nanaša na okroglo jeklo, jeklo z majhnimi kotniki in tankostensko jeklo. Ko se kot nosilni element uporablja jeklo z majhnimi kotniki, lahko učinkovito izkoristi trdnost jekla in je uporabno za celotno montažo okvirja. Trenutno je glede na nacionalni standard za jeklene kotnike v primerjavi s sončnimi nosilci le malo izbirnih modelov, zato so potrebni dodatni modeli jeklenih kotnikov z majhnimi kotniki, da bi se prilagodili trenutnemu hitremu razvoju industrije sončne energije. Tankostenske jeklene letve so običajno izdelane iz tankostenskih jeklenih plošč debeline 1,5–5 mm, ki so hladno oblikovane ali hladno valjane za izdelavo tankostenskih jeklenih izdelkov z različnimi prerezi in premeri.
V primerjavi z vroče valjanim profilnim jeklom se lahko polmer vrtenja tankostenskega profilnega jekla poveča za 50–60 %, vztrajnostni moment in upornostni moment profila pa se lahko povečata za 0,5–3-krat. Ker pa se tankostensko jeklo večinoma obdeluje v tovarni, so potrebne visoko natančne vrtalne luknje in fotonapetostni paneli po luknji za vijak. Ker je jekleni profil majhen, je orodje težko obdelovati, konstrukcija pa je po tovarniški obdelavi težja, vrtanje gumbov je možno, vroče cinkanje je odporno proti rji in prevoz do mesta namestitve. Trenutno večine gospodinjskih panelov ni mogoče neposredno povezati s tankostenskim jeklenim jeklom in jih je treba pritrditi na drugo pomožno fiksno konstrukcijo (kot je stiskalni blok).
Pogosto uporabljeni fotovoltaični sistemi običajno vsebujejo profile tipa I, tipa H, tipa L in različne konstrukcijske zahteve glede prečnih prerezov. Običajno so izdelani iz ogljikovega konstrukcijskega jekla ali nizkolegiranega jekla, ki ga je enostavno izdelati in ima nizke stroške. Tudi metode obdelave so različne, pri čemer se jeklo za varjenje profilov izbere z različnimi debelinami jeklene plošče glede na konstrukcijske zahteve v tovarniškem varjenju in obdelavi oblikovanega jekla. Ta metoda oblikovanja se lahko izračuna glede na sile na različnih konstrukcijskih delih fotovoltaičnega projekta, jeklene plošče različnih debelin pa se lahko uporabijo na različnih delih, kar je bolj smiselno kot sila na vroče valjani enkratno jekleni plošči.
2. Zahteve glede zmogljivosti jeklenega materiala za podporo sončne energije, jekleni material jeklene konstrukcije za sončno energijo mora imeti naslednje zmogljivosti:
1). Natezna trdnost in meja tečenja. Visoka meja tečenja lahko zmanjša prerez jeklenih elementov, zmanjša težo konstrukcije, prihrani jeklo in zniža skupne stroške projekta. Visoka natezna trdnost lahko poveča splošno varnostno rezervo konstrukcije in izboljša njeno zanesljivost.
2). Žilavost in odpornost proti utrujenosti. Dobra plastičnost lahko povzroči znatno deformacijo konstrukcije pred odpovedjo, kar osebju omogoča pravočasno prepoznavanje in izvajanje korektivnih ukrepov. Dobra plastičnost se lahko uporabi tudi za prilagoditev lokalne konične napetosti, kota namestitve sončnih kolektorjev, uporabo prisilne namestitve in plastičnost konstrukcije za ustvarjanje notranje prerazporeditve sil, tako da se struktura ali nekatere komponente prvotne koncentracije napetosti porazdelitve napetosti v konstrukciji nagibajo k enakomerni porazdelitvi in izboljšajo celotno nosilnost konstrukcije. Boljša žilavost omogoča konstrukciji, da absorbira več energije, ko jo uniči udarna obremenitev, kar je še posebej pomembno za puščavske elektrarne in strešne elektrarne, izpostavljene močnemu vetru. Boljša odpornost proti utrujenosti lahko konstrukcijo naredi tudi bolj odporno na spremembe v sposobnosti prenašanja ponavljajočih se obremenitev vetra.
3). Hitrost obdelave. Hladna obdelovalnost, vroča obdelovalnost in varljivost so primeri dobre obdelovalnosti. Aluminij, ki se uporablja v fotovoltaičnih jeklenih konstrukcijah, mora biti ne le enostavno obdelovan v različne strukture in komponente, temveč mora biti obdelan tudi tako, da trdnost, plastičnost, žilavost in odpornost proti utrujanju niso ogrožene.
4). Trajanje delovanja. Ker je načrtovana življenjska doba sončnega fotonapetostnega sistema več kot 20 let, je dobra protikorozijska učinkovitost prav tako pomemben pokazatelj kakovosti montažnega sistema. Če je življenjska doba podpore prekratka, bo to poškodovalo splošno stabilnost konstrukcije, podaljšalo dobo vračila naložbe in zmanjšalo splošno ekonomsko korist projekta.
5). V skladu s prejšnjimi pogoji bi moralo biti jeklo za solarne jeklene konstrukcije enostavno za nakup, proizvodnjo in prodajo.
3. Tehnična ocena jeklenih konstrukcijskih nosilcev sončne energije nove generacije
Uporaba kotnih jeklenih nosilcev za sončno energijo je trenutno podvržena vedno več pogojem, najpomembnejši razlog pa je, da je kakovost jekla trenutno neenakomerna, namestitev zahteva veliko število vrtanj na kraju samem, vendar je po vrtanju jeklo enostavno rjaveti, zato je za zamenjavo teh kotnih jeklenih nosilcev potreben nov tip nosilca, da se upočasni korozija in podaljša življenjska doba.
Primarna struktura nove podpore za sončno energijo je naslednja:
1). Sistem posebno oblikovanih nosilnih konstrukcij iz hladno oblikovanega tankostenskega jekla. Posebno oblikovano hladno oblikovano tankostensko jeklo je konstrukcijski sistem iz lahkega jekla, ki ga je mogoče izdelati v serijah, hitro zgraditi in je v celoti operativen. Nosilec jeklene konstrukcije posebno oblikovanega sistema hladno oblikovanega tankostenskega jekla je vrsta jeklenega okvirja, izdelanega iz montažnega hladno oblikovanega tankostenskega jekla, ki se na gradbišču spoji z vijaki.
2). Tovarniško izdelan monolitni jekleni montažni sistem. Predhodno izdelan jekleni okvir z nosilci je mogoče izdelati in pritrditi na kraju samem, preden se združi s paneli in tvori celotno fotonapetostno polje. Zahteve glede montaže tega jeklenega nosilca so precej visoke, uporabljeno jeklo je najvišje kakovosti, postopek površinske obdelave je dober, za uspešno montažo pa je potrebna zgodnja komunikacija s proizvajalci fotonapetostnih komponent.
3). Sistem nosilne konstrukcije za fotovoltaične fasade z nosilno-stebrnim okvirjem. Za fotovoltaične fasade je primerno uporabiti jekleno konstrukcijo z nosilno-stebrnim okvirjem. Zaradi nizke bočne togosti je treba pri visoki višini konstrukcije ali nadstropja bočne opore namestiti tako, da tvorijo nosilno okvirno konstrukcijo. Pri zasnovi visokih fotovoltaičnih fasad se za izdelavo hibridne konstrukcije pogosto uporabljajo jeklena konstrukcija in elementi, vgrajeni na mestu, kar lahko izboljša odpornost celotne konstrukcije proti bočni obremenitvi, hkrati pa zmanjša količino potrebnega jekla in s tem zniža skupne stroške.
4. Vgradnja novih hladno oblikovanih tankostenskih komponent za sončne elektrarne:
1). Inovativna hladno oblikovana tankostenska podpora za sončno energijo za jeklene konstrukcijske elemente je izdelana v tovarni z uporabo različnih mešanih jekleno-plastičnih spojnikov. Obstaja več vrst mešanih jekleno-plastičnih spojnikov, ki se lahko prilagodijo različnim pogojem vgradnje.
2). Novi hladno oblikovani tankostenski nosilec sončne energije je lažji in ima več pritrdilnih lukenj. Na splošno je neodvisni temelj primarni temelj, po potrebi pa se doda armiranobetonski povezovalni nosilec. Na mestih s slabimi geološkimi razmerami se lahko uporabijo pasovni ali križni temelji, vendar se je treba čim bolj izogibati špirovskim temeljem. Zgornji temelji stebrov so vsi tečajni, medtem ko so vgrajeni elementi bodisi vstavljeni temelji stebrov bodisi vgrajeni vijaki, obdani z vodoodpornim betonom. Obe vrsti sta enostavni za obdelavo, enostavno gradnjo in dobro povezani.
