Kokie yra BIPV saulės baterijų laikiklių montavimo patarimai?

BIPV supratimas: kaip jis skiriasi nuo tradicinio saulės baterijų montavimo

Pastatuose integruotos fotovoltinės (BIPV) saulės baterijų montavimo sistemų apibrėžimas

Pastatų integruota fotovoltika, arba trumpai BIPV, iš esmės paverčia pačių pastatų dalis elektrinės energijos generatoriais. Įsivaizduokite stogus, išorines sienas, net langus, kurie tampa elektros energijos šaltiniu, o ne tiesiog puošmena ar apsauga. Šios sistemos veikia kitaip nei standartiniai saulės elementai, kuriuos matome pritvirtintus ant namų stogų su metaliniais rėmais. Vietoj to, jie faktiškai pakeičia įprastas statybines medžiagas, tokias kaip čerpės ar langų stiklas, nesumažindami pastato tvirtumo. Jungtinių Valstijų energetikos departamentas tyrė šią technologiją ir nustatė įdomų dalyką: kai pastatuose nuo pat pradžių integruojami šie energiją gaminantys elementai, taupomos statybos medžiagos ir geriau naudojama erdvė, lyginant su atveju, kai vėliau, po visų kitų darbų, montuojami saulės skydai. Jų tyrimai parodė apie 23 procentų geresnį erdvės panaudojimą lyginant su tradiciniais papildomais įrengimais.

Pagrindiniai skirtumai tarp BIPV ir laikikliu tvirtinamų saulės energetikos sistemų

Pastatuose integruota fotovoltinė sistema (BIPV) sumažina papildomą montavimo įrangą, nes saulės elementai tiesiogiai integruojami į pastatų sandarumą užtikrinančias dalis. Išvaizda yra žymiai švelnesnė lyginant su tais masyviais laikiklių tipų sistemos, kuriuos daugelis žmonių mato ant stogų, be to, tai iš tikrųjų išsprendžia tam tikras šilumos perdavimo problemas, kurios kankina įprastus saulės paneles. Pagal paskutinių metų tyrimus, paskelbtus leidinyje „Renewable Energy Focus“, tokios kombinuotos sistemos gali sutaupyti nuo 18 iki 24 procentų montavimo išlaidų, nes statytojams nereikia atskirai montuoti energijos gamybos komponentų baigus pagrindinius pastato darbus.

BIPV funkcionalus integravimas į pastato apvalkalą

Integruojant BIPV į pastatus, paprastai kalbama apie tai, kad standartinės stogo danga ar apdailos medžiagos keičiamos fotovoltinėmis alternatyvomis maždaug 15–30 procentų. Tikslios vertės labai priklauso nuo vietinių statybos taisyklių, galiojančių skirtingose ​​regionuose. Šias sistemas daro itin įspūdingas jų gebėjimas išlaikyti gana ekstremalias sąlygas. Jos turi atlaikyti vėjus, pūštuojančius greičiu beveik 130 mylių per valandą, ir gerai veikti esant didelėms sniego apkrovoms, viršijančioms 40 svarų kvadratiniam pėdos plotui, neprarandant vandeniui atsparių savybių. Dėl naujausių technologijų prorašų, tokių kaip rėmų neturintys saulės energijos stiklo skydai ir sumaniai sujungiami PV čerpės, architektams dabar siūloma žymiai didesnė lankstumo laipsnis. Šios naujos technologijos sklandžiai veikia ant stogų su nuolydžiais nuo labai statiems – apie 60 laipsnių – iki švelnesnių, vos 5 laipsnių, todėl tinka beveik bet kokio tipo pastatų projektavimui.

Konstrukcinė vertinimas ir stogo suderinamumas BIPV įrengimui

Stogo vientisumo ir apkrovos talpos vertinimas prieš montuojant BIPV

Kai vertinama konstrukcinis BIPV įrengimų vientisumas, pirmas žingsnis – patikrinti tikrą stogo būklę. Reikia žinoti apie naudotus medžiagų tipus ir koks vis dar yra guolių elementų stiprumas. Dauguma BIPV sistemų prideda apie 4–6 svarus vienam kvadratiniam pėdos plotui kaip papildomą svorį virš visko, kas jau yra. Tai reiškia, kad gegnės ir perdangos sijos turi išlaikyti ne tik pačias saulės baterijas, bet taip pat ilgainiui atlaikyti įvairius oro sąlygų poveikius. Pastatuose, kurių stogas buvo pastatytas dar iki 2008 m., labai tikėtina, kad tam tikras sustiprinimas bus būtinas, kad atitiktų šiuolaikinius saugos standartus. Remiantis 2023 m. stogo dengimo srityje dirbančių ekspertų neseniai pateiktais duomenimis, beveik 4 iš 10 BIPV modernizavimų baigėsi tuo, kad buvo reikalingi papildomi plieniniai atraminiai elementai, nes jie negalėjo išlaikyti didelio sniego kaupimosi – daugiau nei 30 svarų vienam kvadratiniam pėdos plotui – vietovėse su sunkiomis žiemos sąlygomis.

Vėjo apkrovų ir sniego kaupimosi poveikis montavimo sistemos projektavimui

Kalbant apie vėjo atplėšimo jėgas, jos gali padidinti konstrukcines apkrovas maždaug 1,3 karto lyginant su įprastinėmis stogo konstrukcijomis, todėl daugumai pastatų reikalingos specialios kraštų spaustuvų sistemos, kad viskas būtų tinkamai pritvirtinta. Regionuose, kur dažnai sniega, jei saulės baterijos sumontuotos po kampu, mažesniu nei 30 laipsnių, yra apie 60 procentų tikimybė, kad ant jų susikaups daugiau ledo nei pageidautina, dėl ko stogo paviršiuje susidaro nemažai problemiškų slėgio taškų. Tyrimai, atlikti tokiuose regionuose kaip Skandinavija, parodė, kad integruotiems pastatų fotovoltiniams masyvams, sumontuotiems palankesniu nuolydžiu, pasitaikė maždaug 72 procentais mažiau įtrūkimų, kuriuos sukelia sniego svoris, lyginant su tuo, kai jie tiesiog buvo sumontuoti horizontaliai ant stogų. Todėl suprantama, kodėl šiuo metu daugelis rangovų montavimo procese rekomenduoja tinkamą pakreipimą.

Inžineriniai standartai ir atitikimas struktūrinių vertinimų srityje

BIPV įrenginiai turi atitikti Tarptautinių pastatų kodekso (IBC 2021) standartus, kai kalba eina apie šonines jėgas ir savo svorio palaikymą. Dirbantiesiems su tokiais projektas, trečiosios šalies sertifikatai yra labai svarbūs. UL 2703 sertifikatas vertina tvirtinimo įrangą, o IEC 61215 – modulių ilgaamžiškumą įvairiomis sąlygomis. Tai nėra tik popieriniai patvirtinimai – jie iš tiesų nustato realias našumo laukiamybės normas. Pagal Tvariosios energetikos iniciatyvos 2023 m. paskelbtus Gyvenamųjų BIPV stogų dengimo gaires, taip pat yra svarbus reikalavimas dėl ugniai atsparumo. Sistemos turi parodyti, kad tinkamai atlaiko ugnį, klasifikuojant jas nuo A iki C klasės priklausomai nuo montavimo vietos. Vietinės taisyklės nustato, kuri klasė būtina kiekvienam projekto pobūdžiui.

Saulės energijos maksimalizavimas: orientacija, pasvirimas ir šešėlio veiksniai

Energijos išeigos maksimizavimas su optimalia apšvietimo plokščių orientacija ir pasvirimo kampais

BIPV sistemos veikia geriausiai, kai jų plokštės yra nukreiptos pagal saulės judėjimą danguje. Vietovėms šiauriau pusiaujo, nukreipus plokštes maždaug 15 laipsnių nuo tikrojo pietų, metinė energijos gamyba padidėja apie 18 procentų lyginant su sistemomis, nukreiptomis į rytus ar vakarus, kaip parodė praėjusiais metais atliktas Saulės energijos tyrimų grupės tyrimas. Svarbu taip pat tinkamai parinkti kampą. Kai moduliai nustatyti pagal platumą, kurioje jie sumontuoti, jie efektyviau renka saulės šviesą visus metų sezonus. Paimkime Madridą kaip pavyzdį – miestą, esantį apie 40 laipsnių šiaurės platumoje. Ten 40 laipsnių kampu nustatytos plokštės žiemos metu sumažina energijos nuostolius beveik trečdaliu, lyginant su tiesiog ant stogo horizontaliai paguldytomis plokštėmis.

Šešėlių analizė ir vietos specifiniai saulės prieigos aspektai

Įdiegant BIPV sistemas miesto vietovėse, labai svarbu atlikti išsamius šešėlio tyrimus su 3D modeliavimo programine įranga, kad suprastume, kiek saulės spinduliuoja į įvairias pastato dalis per metus. 2022 m. tyrimai parodė, kad netoliese esantys pastatai vidutinio aukščio pastatams gali sumažinti energijos gamybą nuo 9% iki 27%, o tai reiškia, kad mums reikia lanksčių montavimo variantų, kurie galėtų prisitaikyti prie šių sąlygų. Ypač ant nuolydžiusių stogų sudėtingos modeliavimo programos padeda nustatyti geriausias vietas, kur šešėliai vidutiniškai trunka mažiau nei 15 minučių per dieną. Šie trumpi šešėlio laikotarpiai labai skiriasi apskaičiuojant bendrą sistemos veikimą.

Apklausa: tikslaus BIPV įrenginių suderinimo su miesto BIPV sistema rezultatas

Barselonos atnaujinimo projektas parodė tikslaus derinimo vertę – sumontavus skydelius 8° azimutu ir 12° pasvirimu, energijos gavyba padidėjo 22 %, nepaisant 58 % fasado šešėliavimo. Projektas naudojo laipteliuotai išdėstytus tvirtinimo įtvirtinimus, kad kompensuotų kamino šešėlius, išlaikant architektūrinį vientisumą, kas įrodo, kad taikyti orientacijos pataisymai gali įveikti miesto aplinkos apribojimus.

Montavimo technikos ir hidroizoliacijos strategijos patikimam BIPV integravimui

Stulpų, sijų ir santvarų montavimas BIPV konfigūracijose

Fotovoltinių sistemų montavimo sistemos reikalauja atidžios inžinerijos, nes jos turi atitikti tiek konstrukcinius reikalavimus, tiek saulės baterijų specialius poreikius. Dauguma įrenginių kaip pagrindinę konstrukciją naudoja plieno stulpus, poruojamus su aliuminio sijomis, kad būtų galima tolygiai paskirstyti visų šių skydų svorį ir nebūtų pernelyg apkraunama viena siena. Pagal 2023 m. NREL tyrimus, keičiant sijų tarpus galima sumažinti reikalingų medžiagų kiekį apie 18 %, visiškai nesumažinant visos konstrukcijos stiprumo. Dirbant su nuolydžiais stogais, statybininkai dažnai pasitelkia trikampes santvaras, nes tokia forma puikiai atlaiko lenstį net esant gana stipriam vėjui, atitinkdama IBC 2021 vėjo atsparumo specifikacijas iki 140 mylių per valandą greičiu.

W tipo vandens kanalų ir spaustukų pritaikymas įvairioms stogo geometrijoms

W profilio drenažo kanalas puikiai veikia šiems sudėtingiems, išlenktiems ar netipiškos formos stogams, kuriuos vis dažniau pastebime šiuolaikiniuose pastatuose. Įrengus stovinčio siūlo metalinius stogus, specialūs laikantys tvirtina viską vietoje, išlaikant sandarų sluoksnį po juo. Tyrimai rodo, kad šios W tipo sistemos sumažina vandens prasiskverbimą apie 43 procentais, palyginti su įprastiniais lietaus vamzdžiais, ypač svarbu vietose, kur per metus iškrenta daugiau nei 40 colių (1016 mm) kritulių. Toks našumas daro šias sistemas vertas apsvarstymo daugelyje statybos projektų.

Briaunų ir persidengimų sandarinimas, kad būtų užkirstas kelias drėgmei

Svarbiausi sandarinimo mazgai apima plokščių ir parapetų sujungimus, stogo šviestuvų perimetrus ir parapetų sienų perėjimus. Butilo pagrindu pagaminti sandarikliai kartu su EPDM tarpinėmis sukuria ilgaamžius barjerus, o karščiu taikomos bituminės membranos drėgnose vietovėse pasiekia 0,02 perm vertę. 75–100 mm persidengimo standartas (ASTM D1970) neleidžia kapiliariniam veiksmui net ciklinio šiluminio judėjimo metu.

Veiksmingo drenavimo užtikrinimas ir ilgalaikė atsparumas nutekėjimams bei šilumos tilteliams

Dvigubas drenavimo sprendimas apjungia paviršinius kanalus, nukreipiančius 80 % lietaus vandens, ir antrinį drenažo sluoksnį po membrana. Pluošdu sustiprinti polimeriniai separatoriai tarp tvirtinimo elementų ir stogo dangos sluoksnių, kaip nustatė 2022 m. Oak Ridge nacionalinės laboratorijos tyrimai, sumažina šilumos tiltelius 62 %. Metinės infraraudonųjų spindulių termografijos apžiūros padeda aptikti ankstyvąją drėgmės kaupimosi stadiją už apdailos sistemų.

Elektros sauga, geriausios BIPV sistemų tvirtinimo praktikos ir techninė priežiūra

Plokščių tvirtinimas viduriniais ir galiniais spaustuvais: geriausios praktikos ir sukimo momento specifikacijos

Teisingai sumontuoti spaustuvai padeda išvengti mechaninių gedimų BIPV sistemose ir užtikrina jų atsparumą orams. Viduriniai spaustuvai paprastai montuojami ne daugiau kaip 60 cm atstumu vienas nuo kito. Sukimo momentas turi būti nuo 30 iki 35 svarų colių, kad nebūtų per stipriai suspaudžiami fotovoltinės moduliai arba nepalikta tarpų. Galiniai spaustuvai reikalauja didesnio sukimo momento – nuo 40 iki 45 svarų colių, nes jie turi atlaikyti vėjo keliamą kėlimo jėgą, kai slėgis viršija 30 svarų kvadratiniam pėdos plotui uraganų pavojų zonose, kaip nurodyta ASCE standartuose. Visiems elementams geriausiai tinka nerūdijančio plieno tvirtinimo detalės, ypač su EPDM tarpinėmis. Ši kombinacija neleidžia korozijos, kuri atsiranda dėl skirtingų metalų sąveikos, taip pat geriau reaguoja į temperatūros pokyčius lyginant su kitomis medžiagomis.

Laidų integracija ir elektros saugos protokolai BIPV sistemose

Montuojant BIPV sistemas, būtina laikytis NFPA 70B laidų reikalavimų, ypač kai susiduriama su nuolatinės srovės įtampa, viršijančia 80 voltų, kur būtina integruoti lankstinio defekto grandinės pertraukiklius (AFCI). Palikti apie 12 colių tarpą tarp kabelių vamzdelių ir pastato konstrukcijų – tai ne tik gera praktika, bet ir faktiškai leidžia žymiai lengviau bei saugiau atlikti privalomus infraraudonųjų spindulių patikrinimus pagal NFPA 70E. Saugumas šiuose darbuose lieka svarbiausias. Kiekvieną kartą atliekant techninės priežiūros darbus, būtina griežtai laikytis blokavimo ir žymėjimo (LOTO) procedūrų. Elektrinėms sistemoms, veikiančioms aukščiau nei 600 voltų, aplink galimus lanko iškrovos plotus būtina įsteigti saugią zoną, siekiančią apie 48 colius. O taip pat nepamirškime ir reguliarių bandymų – kasmetiniai izoliacijos varžos tyrimai, naudojant 1000 voltų nuolatinę įtampą ir trunkantys apie minutę, padeda aptikti problemas dar iki jų tapimo didelėmis bėdomis ateityje.

BIPV tvirtinimų techninės priežiūros ir apžiūrų grafikai

Trijų lygių techninės priežiūros strategija maksimizuoja BIPV našumą:

1. Kas ketvirtį : Infraraudonųjų spindulių tyrimai, siekiant nustatyti karštus taškus, viršijančius 5 °C jungiamosiose dėžutėse
2. Pusmetis : Tarpiklių vientisumo patikrinimas naudojant 200 psi vandens srovės bandymą
3. Metinis : Momento tikrinimas 10 % spaustuvų (±10 % ribose)

Minimalaus vizualinio poveikio ir aptarnaujamojo derinimas BIPV projekte

Šiuolaikiniai BIPV sistemos pasiekia 92 % paslėptų laidų dėka kanalais formuojamų rėmų sistemų ir leidžia pakeisti modulį per mažiau nei 15 minučių. Įmontuoti prieigos skydeliai (ne mažiau kaip 12 colių x 12 colių), išdėstyti kas 36 colius, leidžia keisti komponentus be įrankių, neužtikrinant oro ar vandens barjerų.