Jak wybrać systemy montażu fotowoltaicznego na podstawie wymagań?

1. Rodzaje stali stosowanych w systemach montażowych paneli słonecznych
Biorąc pod uwagę prostą strukturę i mały rozmiar systemów montażowych fotowoltaicznych, w doborze materiałów stalowych dominują lekkie konstrukcje stalowe i zwykła stal konstrukcyjna o małym przekroju.

Lekka stal konstrukcyjna: Lekka stal konstrukcyjna odnosi się głównie do stali okrągłej, stali kątowej i stali cienkościennej. Kątowniki, gdy są używane jako elementy nośne, mogą skutecznie wykorzystywać wytrzymałość stali i ułatwiać ogólną instalację systemu montażowego. Jednakże, gdy są używane jako elementy zginane lub ściskane, mają tendencję do wytwarzania stosunkowo dużych odkształceń. Obecnie zakres modeli kątowników dostępnych w normach krajowych jest ograniczony dla systemów montażowych paneli słonecznych, co podkreśla potrzebę szerszej gamy modeli małych kątowników, aby dostosować się do szybko rozwijającego się rynku energii słonecznej. W przypadku elementów płatwiowych, stal cienkościenna jest zwykle wykonana z cienkich blach stalowych o grubości 1,5–5 mm, uformowanych w różne kształty i rozmiary przekrojów poprzez gięcie na zimno lub walcowanie na zimno.

W porównaniu ze stalą walcowaną na gorąco, stal cienkościenna może zwiększyć promień bezwładności o 50–60% dla tego samego pola przekroju, podczas gdy moment bezwładności przekroju i moment oporu mogą wzrosnąć o 0,5–3 razy. Pozwala to na bardziej efektywne wykorzystanie wytrzymałości materiału. Jednak przetwarzanie stali cienkościennej odbywa się głównie w fabrykach, wymagając precyzyjnego wiercenia w celu dopasowania do otworów na śruby z tyłu paneli fotowoltaicznych. Obróbka i wiercenie w fabryce są konieczne przed cynkowaniem ogniowym w celu zapobiegania rdzewieniu. Podczas instalacji na miejscu, mały przekrój stali utrudnia pracę z narzędziami, komplikując proces budowy. Obecnie większość krajowych paneli fotowoltaicznych nie może być instalowana bezpośrednio ze stalą cienkościenną i wymaga dodatkowych pomocniczych konstrukcji mocujących (takich jak zaciski).

Zwykła stal konstrukcyjna: Zwykła stal konstrukcyjna powszechnie wykorzystuje stal konstrukcyjną węglową lub stal niskostopową, które są łatwe do wytapiania i ekonomiczne. Istnieją różne rodzaje przekrojów, a te powszechnie stosowane w fotowoltaice obejmują dwuteowniki, dwuteowniki H, dwuteowniki L i specjalnie zaprojektowane sekcje o specjalnych kształtach. Metody przetwarzania są również zróżnicowane. Spawane profile stalowe, na przykład, obejmują wybór blach stalowych o różnych grubościach i spawanie ich w kształtowaną stal w fabrykach zgodnie z wymaganiami projektowymi. Metoda ta pozwala na stosowanie blach stalowych o różnych grubościach w różnych częściach konstrukcyjnych w oparciu o obliczenia sił dla różnych sekcji projektu fotowoltaicznego. Podejście to jest bardziej rozsądne pod względem rozkładu naprężeń w porównaniu z produktami formowanymi jednorazowo na gorąco, co czyni je bardziej odpowiednimi do instalacji na miejscu i oszczędza materiały stalowe.

2. Wymagania dotyczące wydajności stali w systemach montażowych paneli słonecznych
Stal stosowana w konstrukcjach stalowych paneli słonecznych powinna posiadać następujące właściwości:

1) Wytrzymałość na rozciąganie i granica plastyczności. Wysoka granica plastyczności pozwala na mniejsze przekroje elementów stalowych, zmniejszając ciężar konstrukcji, oszczędzając stal i obniżając ogólny koszt projektu. Wysoka wytrzymałość na rozciąganie zwiększa ogólny margines bezpieczeństwa konstrukcji, zwiększając jej niezawodność.

2) Plastyczność, wytrzymałość i odporność na zmęczenie. Dobra plastyczność umożliwia konstrukcji znaczne odkształcenia przed awarią, umożliwiając terminowe wykrywanie i środki zaradcze. Dobra plastyczność pomaga również w regulacji lokalnych naprężeń szczytowych. Panele fotowoltaiczne są często instalowane metodami wymuszonymi w celu regulacji kątów, a plastyczność pozwala na redystrybucję sił wewnętrznych w konstrukcji, ujednolicając naprężenia w wcześniej skoncentrowanych obszarach i poprawiając ogólną nośność konstrukcji. Dobra wytrzymałość umożliwia konstrukcji pochłanianie większej ilości energii pod wpływem zewnętrznych obciążeń udarowych, szczególnie w elektrowniach na pustyniach i instalacjach dachowych, gdzie efekty wiatru są znaczące. Wytrzymałość stali może skutecznie zmniejszyć ryzyko. Dobra odporność na zmęczenie umożliwia również konstrukcji skuteczniejsze wytrzymywanie naprzemiennych i powtarzalnych obciążeń wiatrem.

3) Wydajność przetwarzania. Dobra wydajność przetwarzania obejmuje obróbkę na zimno, obróbkę na gorąco i spawalność. Stal stosowana w stalowych konstrukcjach fotowoltaicznych powinna być nie tylko łatwo przetwarzana w różne formy konstrukcji i komponentów, ale także zapewniać, że te konstrukcje i komponenty nie ucierpią z powodu znacznych niekorzystnych skutków dla wytrzymałości, plastyczności, wytrzymałości i odporności na zmęczenie w wyniku przetwarzania.

4) Okres eksploatacji. Ponieważ systemy fotowoltaiczne są projektowane na okres eksploatacji ponad 20 lat, dobra odporność na korozję jest również ważnym wskaźnikiem jakości systemu montażowego. Jeśli system montażowy ma krótką żywotność, nieuchronnie wpłynie to na stabilność całej konstrukcji, wydłuży okres zwrotu z inwestycji i zmniejszy ogólne korzyści ekonomiczne projektu.

5) W powyższych warunkach stal stosowana w stalowych konstrukcjach fotowoltaicznych powinna być również łatwo dostępna, łatwa do wyprodukowania i niedroga.

3. Analiza techniczna nowych systemów montażowych konstrukcji stalowych paneli słonecznych
Stosowanie kątowników w systemach montażowych paneli słonecznych jest coraz bardziej ograniczone, głównie ze względu na niespójną jakość stali i potrzebę intensywnego wiercenia na miejscu, co może prowadzić do rdzewienia. Dlatego wymagane są nowe systemy montażowe, które zastąpią systemy kątowników, aby zmniejszyć korozję i przedłużyć żywotność.

Nowe główne formy konstrukcyjne systemu montażowego paneli słonecznych:

1) Specjalnie ukształtowany system montażowy ze stali cienkościennej formowanej na zimno. Specjalnie ukształtowana stal cienkościenna formowana na zimno to prefabrykowany, sucho montowany system lekkiej konstrukcji stalowej, który umożliwia masową produkcję, szybki montaż i charakteryzuje się niskim zużyciem stali, oszczędnością czasu i wydajnością pracy. System montażowy konstrukcji stalowej ze specjalnie ukształtowanej stali cienkościennej formowanej na zimno obejmuje łączenie prefabrykowanej w fabryce stali cienkościennej formowanej na zimno na miejscu za pomocą śrub w celu utworzenia ramy konstrukcyjnej, a następnie instalację paneli fotowoltaicznych w celu ukończenia tablicy.

2) Fabrycznie prefabrykowany zintegrowany system montażowy ze stali. System ten obejmuje prefabrykowane w fabryce konstrukcje stalowe z płatwiami, które wymagają jedynie montażu i mocowania na miejscu, a następnie instalacji paneli fotowoltaicznych w celu utworzenia całej tablicy. Oferuje szybką prędkość budowy i nadaje się do dużych elektrowni. Wymagania dotyczące instalacji tego systemu montażowego konstrukcji stalowej są niezwykle wysokie, zazwyczaj obejmują najwyższej jakości stal, doskonałe procesy obróbki powierzchni i dokładną wstępną komunikację z producentami komponentów fotowoltaicznych w celu uzyskania idealnej kompatybilności montażowej.

3) System montażowy fotowoltaiczny typu kurtynowego z ramą słupowo-belkową. Ściany osłonowe fotowoltaiczne nadają się do systemów montażowych konstrukcji stalowych typu rama słupowo-belkowa. Konstrukcja ta jest lekka i niezawodna. Jednak ze względu na małą sztywność boczną, wymagane jest usztywnienie boczne w celu utworzenia konstrukcji ramy usztywnionej, gdy konstrukcja jest wysoka lub ma duże wysokości kondygnacji. W projekcie wysokich ścian osłonowych fotowoltaicznych powszechnie stosuje się konstrukcje mieszane łączące stal i wbudowane części wylewane na miejscu, aby zwiększyć ogólną odporność konstrukcji na przemieszczenia boczne, zmniejszyć zużycie stali i obniżyć całkowity koszt.

4. Montaż komponentów dla nowych systemów montażowych paneli słonecznych ze stali cienkościennej formowanej na zimno:

1) Połączenie elementów konstrukcji stalowej: Nowy system montażowy paneli słonecznych ze stali cienkościennej formowanej na zimno jest montowany z prefabrykowanych w fabryce hybrydowych łączników stalowo-plastikowych. Łączniki te występują w różnych modelach, aby pasowały do różnych warunków instalacji. Prawidłowy dobór form i metod połączeń dla komponentów hybrydowych jest kluczowym aspektem ogólnego projektu konstrukcyjnego.

2) Połączenie systemu montażowego z fundamentem: Nowy system montażowy paneli słonecznych ze stali cienkościennej formowanej na zimno jest lekki i posiada wiele otworów montażowych. Zazwyczaj stosuje się niezależne fundamenty, w razie potrzeby dodając żelbetowe belki wiążące. W obszarach o słabych warunkach geologicznych można stosować fundamenty taśmowe lub fundamenty krzyżowe, a fundamentów płytowych należy unikać w miarę możliwości. Wszystkie górne podstawy słupów przyjmują połączenia przegubowe, a części wbudowane mogą wykorzystywać wstawione podstawy słupów lub wstępnie wbudowane śruby owinięte wodoodpornym betonem. Oba rodzaje podstaw słupów są proste w obróbce, łatwe w budowie i oferują dobre parametry połączeń.

3) Połączenie płatwi systemu montażowego: Istnieją trzy rodzaje węzłów połączeń: sztywne, przegubowe i półsztywne. Metody produkcji modułowej dla tych typów połączeń są już dostępne. Połączenia przegubowe są proste w budowie i najłatwiejsze w produkcji i instalacji. Jednak w obszarach o silnych wiatrach wymagane jest usztywnienie poziome lub usztywnienie ukośne, aby pomóc ścianie wytrzymać obciążenia poziome i zapewnić dodatkową sztywność. Gdy usztywnienie nie jest zainstalowane, węzły połączeń między belkami a słupami powinny być sztywne. Połączenia półsztywne są prostsze w budowie niż połączenia sztywne i oferują lepszą wydajność niż połączenia przegubowe. Jednak ze względu na trudności w kontrolowaniu rozkładu sił, praktyczne zastosowanie wymaga doświadczenia i są one obecnie rzadko stosowane. Połączenia na miejscu zazwyczaj obejmują połączenia przegubowe śrubowe, a następnie spawanie na obu końcach.