ข้อกำหนดหลักสำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์แบบ BIPV คืออะไร

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ BIPV: การบูรณาการและหลักการออกแบบที่สำคัญ

ระบบติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์บนหลังคาแบบ BIPV คืออะไร

โฟโตโวลเทอิกส์แบบบูรณาการในอาคาร (BIPV) ใช้แผงโซลาร์แทนวัสดุหลังคาแบบดั้งเดิม โดยแผงโซลาร์ทำหน้าที่ทั้งในด้านโครงสร้างและการผลิตพลังงานไปพร้อมกัน ต่างจากระบบโซลาร์แบบ "ติดตั้งเพิ่มเติม" ทั่วไป ระบบ BIPV จะฝังเซลล์โฟโตโวลเทอิกส์โดยตรงลงในหลังคา ผนัง หรือหน้าต่าง ทำให้พื้นผิวของอาคารทั้งหมดกลายเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน

ความแตกต่างระหว่าง BIPV กับระบบติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิม

การติดตั้งแผงโซลาร์แบบดั้งเดิมพึ่งพาโครงสร้างหรือระบบถ่วงน้ำหนักที่ติดตั้งเพิ่มเติมบนหลังคาที่มีอยู่ ทำให้เกิด "ชั้นที่สอง" ที่มองเห็นได้ BIPV ขจัดการแยกชั้นนี้โดยการรวมแผงเข้ากับเปลือกอาคารโดยตรง

การบูรณาการแผงโซลาร์ในเปลือกอาคาร

BIPV ช่วยให้นักออกแบบสามารถฝังฟังก์ชันพลังงานแสงอาทิตย์ลงในผนังกระจก, กระเบื้องหลังคาพื้นผิวหิน slate หรือผนังหุ้มแนวตั้งได้ การออกแบบชิ้นส่วนแบบโมดูลาร์ช่วยให้แผงสามารถจัดเรียงให้สอดคล้องกับรูปแบบช่องเปิดได้ พร้อมคงความแข็งแรงของโครงสร้างไว้ งานศึกษาปี 2022 พบว่า 72% ของสถาปนิกให้ความสำคัญกับความเป็นโมดูลาร์เมื่อกำหนดใช้ BIPV ในโครงการเชิงพาณิชย์

การถ่วงดุลระหว่างความสวยงามกับประสิทธิภาพการใช้พลังงานในออกแบบ BIPV

BIPV ที่มีสมรรถนะสูงสามารถบรรลุประสิทธิภาพได้ 18–22% (NREL 2023) ในขณะที่เลียนแบบวัสดุต่างๆ เช่น ดินเผาหรือกระจกนิรภัย นักออกแบบใช้การจำลองพารามิเตอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดวางแผงให้รับแสงแดดได้สูงสุด โดยไม่กระทบต่อความสมมาตรของผนังด้านนอก ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในเขตสงวนโบราณสถานในเมือง

ความแข็งแรงของโครงสร้างและการจัดการโหลดในระบบ BIPV

การประเมินความสามารถในการรับน้ำหนักของหลังคาสำหรับการติดตั้ง BIPV

ระบบโฟโตโวลเทอิกแบบบูรณาการในอาคาร (BIPV) โดยทั่วไปจะเพิ่มน้ำหนักบรรทุกคงที่ประมาณ 4 ถึง 6 ปอนด์ต่อตารางฟุตบนหลังคา ซึ่งหมายความว่าผู้ที่วางแผนติดตั้งจำเป็นต้องตรวจสอบโครงสร้างกรอบหลังคา ช่วงไม้ค้ำ และคานรับน้ำหนักอย่างละเอียดก่อน เจ้าหน้าที่วิศวกรโครงสร้างจะดำเนินการวิเคราะห์เหล่านี้โดยพิจารณาความสามารถในการรองรับน้ำหนักแปรผัน ผ่านเทคนิคการจำลององค์ประกอบจำกัด (finite element modeling techniques) โดยมีจุดประสงค์เพื่อให้มั่นใจว่าโครงสร้างเดิมสามารถทนต่อแรงกระทำได้เมื่อมีการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ร่วมกับแรงจากสิ่งแวดล้อมตามปกติ เช่น ลมและหิมะ สำหรับกรณีการปรับปรุงอาคารเก่า เรากำลังเห็นปรากฏการณ์ที่น่าสนใจเกิดขึ้น กล่าวคือ โครงสร้างประมาณสองในสามที่สร้างก่อนปี 2010 จะต้องมีการเสริมความแข็งแรงของไม้คอสะพานหรือคานพื้น เพื่อให้สอดคล้องกับข้อกำหนดการรับน้ำหนักในปัจจุบันสำหรับทางออกด้านพลังงานใหม่เหล่านี้

การปฏิบัติตามข้อกำหนดน้ำหนักจากลม หิมะ และแผ่นดินไหวในการออกแบบ BIPV

ระบบติดตั้งสําหรับ BIPV ต้องรับมือกับสภาพอากาศที่รุนแรง ในพื้นที่ที่มีพายุพายุพายุบุกบ่อย ระบบเหล่านี้ต้องทนต่อแรงลมที่แรงขึ้นประมาณ 130 mph ทางตอนเหนือที่หนาวมาก พวกเขายังต้องรองรับน้ําหิมะที่สามารถเพิ่มขึ้นถึง 40 ปอนด์ต่อตารางฟุต ข่าวดีคือ ตอนนี้มีเครื่องมือจําลองการไหลของอากาศที่เก่งมากๆ ซึ่งช่วยให้วิศวกรหาช่องว่างที่ดีที่สุดระหว่างแผ่น ซึ่งลดความเครียดจากการตัดลม ระหว่าง 18% และอาจถึง 22% เมื่อเทียบกับวิธีการวางรางเก่า สําหรับสถานที่ในเขตแผ่นดินไหว ผู้ผลิตมักใช้รถรางอลูมิเนียมยืดหยุ่น ที่สามารถรับมือความเร่งของพื้นดินได้ถึงประมาณ 0.4 กรัม ซึ่งตรงกับความต้องการทั้งหมดที่กําหนดไว้ใน ASCE 7-22 สําหรับภาระการแผ่นดินไหว ทําให้เจ้าของอาคารมีความสงบใจในความรู้ว่าโครงสร้างของพวกเขาจะทนต่อเหตุการณ์ที่ไม่คาดคิด

ความแข็งแรงของวัสดุและความทนทานของระบบติดตั้งในสภาพภูมิอากาศที่รุนแรง

การทดสอบแสดงให้เห็นว่า เครื่องประกอบเหล็กดัดเหล็กประเภทเรือ 316 พร้อมกับรางอลูมิเนียมเคลือบด้วยผงมีการเกรดน้อยกว่า 0.01 เปอร์เซ็นต์ แม้จะนั่งในห้องสปริงเกลือ ASTM B117 เป็นเวลา 15 ปีเต็ม สําหรับสภาพหนาวมาก ระบบเกรดแอร์คติกใช้คลัมป์คอมพอสิต ที่มีค่าต่ําถึงลบ 40 องศาฟาเรนไฮต์ พร้อมกับคอครานท์พิเศษที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันน้ําแข็งจากการผลักหักสิ่งต่างๆ เมื่ออุณหภู ผลิตภัณฑ์เหล่านี้ผ่านการทดสอบจากผู้บริหารภายใต้มาตรฐานอย่าง UL 2703 และ IEC 61215 ซึ่งหมายความว่ามันคงที่ทางเครื่องจักร ไม่ว่าจะเป็นที่ติดตั้งที่เย็น 58 องศาใต้ศูนย์ หรือถูกเผชิญกับความร้อนสูงถึง 85 องศาฟาเรนไฮต์ การรับรองหลักฐานหลักๆนี้ ก็ยืนยันว่า สิ่งที่วิศวกรรู้แล้ว ว่าใช้ได้ในสถานการณ์ในโลกจริง

การ ป้องกัน น้ํา, การ ปิด และ การ ป้องกัน อากาศ ได้ ยาวนาน

บทบาทของช่องทางแบบ W ในการป้องกันการเข้าน้ํา

ช่องระบายน้ําแบบ W ที่ใช้ในระบบติดตั้ง BIPV ช่วยย้ายน้ําออกจากจุดเชื่อมต่อสําคัญเหล่านั้นโดยไม่เสี่ยงความยืดหยุ่นโดยรวมของโครงสร้าง เมื่อคู่กับเยื่อกันน้ําที่ใช้เหลว ระบบเหล่านี้ทํางานได้ดีกว่ามากในการหยุดการรั่ว การทดสอบในสนามแสดงให้เห็นว่า มีการลดปัญหาการรั่วไหลลงถึง 92% เมื่อเทียบกับวิธีการส่องแสงแบบเก่าๆ ในสภาพอากาศที่ยากลําบาก เช่น เมื่อความเร็วลมเกิน 70 ไมล์ต่อชั่วโมง ทําไม การ สื่อสาร เหล่า นี้ มี ประสิทธิภาพ มาก? รูปแบบสามมิติของพวกเขาทําให้น้ําไหลออกเร็วกว่า 30% นั่นหมายความว่าโอกาสของการสร้างเขื่อนน้ําแข็งจะน้อยลง และหยุดน้ําจากการเคลื่อนไหวขึ้นผ่านรอยแตกเล็ก ๆ ในพื้นที่ที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงระหว่างการแข็งและการหลอมตลอดปี

การปิดขอบปฏิบัติที่ดีที่สุดสําหรับความสมบูรณ์แบบของหลังคาในระยะยาว

สําหรับการปิดกรอบ BIPV ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่แนะนําให้ใช้ระบบสองส่วน ชั้นแรกควรจะเป็นสารประปาที่ติดอยู่ ที่สามารถยืดได้ประมาณ 400% ตามด้วยการกดกระจกเพื่อป้องกัน ในส่วนของวัสดุ ผิวหนัง TPO ที่คู่กับเทปที่ใช้สารบูทิล มีแนวโน้มใช้งานได้ประมาณ 50 ปี แม้กระทั่งในสภาพแวดล้อมชายฝั่งที่รุนแรง ระบบเหล่านี้โดยทั่วไปทนต่อการทดสอบสเปรย์เกลือมากกว่า 10,000 ชั่วโมง โดยไม่เกิดการทําลายล้างที่สําคัญ การ ได้ ผล ดี ขึ้น อยู่ กับ การ เตรียม หน้า ที่ ให้ ดี สารสับสราทต้องสะอาดอย่างน้อย 95% ก่อนการใช้ และอุณหภูมิต้องอยู่เหนือ 4.5 องศาเซลเซียสระหว่างการติดตั้ง เมื่อสภาพเหล่านี้ถูกปฏิบัติแล้ว อุปกรณ์ส่วนใหญ่ยังคงมีความแข็งแรงในการติดตามเดิมประมาณ 98.6% แม้หลังจากรอบรอบความร้อนที่ซ้ําซ้ําระหว่างอุณหภูมิที่สูงสุด

การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: การปิดซากค้อนกับการปิดผูกติดต่อใน BIPV

ระบบติดแน่นเป็นหลักในภูมิภาคที่มีน้ําหิมะหนัก (> 5 kPa) เนื่องจากการผูกพันที่เรียบร้อย ขณะที่กระปุกคอมเพรชั่นยังคงเป็นที่ชอบในพื้นที่แผ่นดินไหวสําหรับความอดทนการเคลื่อนไหวด้านข้าง 12 มม. การศึกษาปี 2023 พบว่าวิธีการผสมผสาน (ผูกติด + ซิลิโคน) ลดการร้องเรียนรับประกัน 67% ในพื้นที่ที่มีความชุ่มชื่นต่อมะนาว

รายละเอียดส่วนประกอบและความเข้ากันของวัสดุสําหรับการติดตั้ง BIPV

โบลท์, แคลมป์ และ รีลที่มีประสิทธิภาพสูงสําหรับการใช้งาน BIPV

ระบบติดตั้ง BIPV ต้องการเครื่องแนบที่ทนทานต่อการกัดกรอง เช่น เหล็กไร้ขัด (316 เกรด) หรือโบลท์สแตนเลสอลูมิเนียม ที่รักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างภายใต้ความเครียดทางความร้อนแบบหมุนเวียน คลัมป์ต้องรองรับความแตกต่างของการขยายแผ่นจนถึง 3.2 มม/เมตร (ASTM E2280) ส่วนรางอลูมิเนียมที่ขีดขยองควรทนแรงลม 1,500 N/m โดยไม่ทําให้เกิดการปรับปรุงแบบถาวร

ความต้านทานต่อการกัดกร่อนและความเข้ากันได้ของวัสดุในภูมิภาคชายฝั่ง

อุปกรณ์ BIPV ณ ริมฝั่งต้องการโครงสร้างสแตนเลสที่เคลือบด้วยอะลูมิเนียมและซิงค์ (AZ150 เกรดเคลือบ) หรือเหล็กสับลัดอัลลูมิเนียมเกรดเรือเพื่อต่อต้านการกัดกร่อนของเกล การทดสอบแสดงว่าเหล็กคาร์บอนที่ไม่ได้เคลือบจะสูญเสียความหนา 45 μm/ปีในบริเวณชายฝั่ง (ISO 9223) ในขณะที่พื้นที่ที่รักษาอย่างถูกต้องยังคงสูญเสียน้อยกว่า 5 μm/ปีในช่วงอายุการใช้งาน 25 ปี

การบูรณาการของแผ่นแสงอาทิตย์กับโครงสร้างการติดตั้ง: ความมั่นคงทางกล

การกระจายภาระที่ดีที่สุดถูกบรรลุโดยการออกแบบรถไฟที่เชื่อมต่อกันที่ส่ง 85 ~ 90% ของความเครียดการบิดไปยังผนังที่บรรทุกภาระ ระบบที่ตอบสนองการรับรอง IEC 61215 แสดงให้เห็นว่าการขยับมุมน้อยกว่า 0.5 ° ภายใต้ภาระหิมะ 2,400 Pa, สําคัญสําหรับการรักษาความแน่นในอาคารที่บูรณาการ

แนวโน้ม: การออกแบบส่วนประกอบแบบโมดูล เพื่อการประกอบ BIPV ที่รวดเร็วขึ้น

ผู้ผลิตตอนนี้นําเสนอ เครื่องเชื่อมรถไฟคลิกล็อค และฐานติดตั้งที่เจาะไว้ก่อน ซึ่งลดแรงงานในสถานที่ถึง 30% ระบบพลัคแอนด์เพลย์เหล่านี้ทําให้อัตราการติดตั้ง 45 kWp / วัน เทียบกับ 32 kWp / วันด้วยวิธีประเพณี

การปฏิบัติตามกฎหมาย การอนุญาต และเส้นทางการติดตั้ง

การตอบสนองมาตรฐานของ International Residential Code (IRC) สําหรับผนังหลังคา BIPV

การสร้างระบบไฟฟ้าไฟฟ้าบูรณาการ ต้องปฏิบัติตามกฎที่กําหนดไว้ใน IRC ตอน R905.10 ในเรื่องของการติดตั้งแผ่นแสงอาทิตย์บนหลังคา กฎหมายต้องการความทนทานไฟระดับหนึ่งของ A หรือ B เป็นสิ่งที่ต้องการสําหรับบ้านโดยทั่วไป และถ้าเราพูดถึงพื้นที่ที่พายุพายุพายุชนกันบ่อยๆ ระบบนี้ต้องทนต่อลมที่แรงกว่า 120 ไมล์ต่อชั่วโมง โดยไม่ล้มเหลว เมื่อเครื่องติดตั้งผ่านหลังคา หุ้นเหล่านั้นต้องถูกปิดอย่างถูกต้อง ตามมาตรฐาน ASTM D1970 นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ในการส่องแสงรอบช่องเปิดเหล่านี้ ควรทนทานกับวัฏจักรการทําความร้อนและการทําความเย็นอย่างน้อย 50 ครั้งเต็มระหว่างการทดสอบ เพื่อให้มั่นคงได้นาน

ความต้องการของกฎหมายไฟฟ้าแห่งชาติ (NEC) สําหรับระบบ BIPV สําหรับอาศัย

NEC มาตรา 690.31 ระบุวิธีการสายไฟสําหรับระบบ BIPV โดยต้องการเส้นทางการหลอดให้ทนต่อ 1500V DC และเครื่องตัดวงจร arc-fault สําหรับวงจรมากกว่า 80V อุปกรณ์ป้องกันความผิดพลาดทางพื้นดินต้องปิดใช้ภายใน 0.5 วินาทีหลังจากตรวจพบกระแสรั่ว 50mA (NEC 2023 Edition)

การผสมผสานกระบวนการการสร้างหลังคาและการอนุญาตไฟฟ้า

การวิเคราะห์อุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่า 63% ของเขตอํานาจในขณะนี้ให้อนุญาตแบบรวมสําหรับโครงการ BIPV ลดเวลาการอนุมัติจาก 12 สัปดาห์เป็น 4 สัปดาห์เมื่อใช้ระบบการติดตั้งที่ได้รับการรับรอง

โปรโตเกลการตรวจสอบและตรวจสอบแผนสําหรับอุปกรณ์ BIPV

ผู้ตรวจสอบจากบุคคลที่เป็นบุคคลที่สามตรวจสอบการคํานวณโครงสร้าง (ปัจจัยความปลอดภัยอย่างน้อย 200% สําหรับภาระที่ตาย) และความต่อเนื่องของการติดดินไฟฟ้า (¤ 25Ω ความต้านทาน) รายงานความเป็นมาของ IREC ปี 2023

กระบวนการติดตั้ง: การสร้างใหม่ vs การปรับปรุง BIPV

การก่อสร้างใหม่อนุญาตให้มีการฝังแผ่นเซลล์แสงอาทิตย์ในผนังกระจกโดยใช้กาวซิลิโคนโครงสร้าง (เกรด SSG-4600) ส่วนการปรับปรุงอาคารเดิมจำเป็นต้องใช้ราวที่เจาะยึดกับตัวอาคารพร้อมอุปกรณ์ยึดพิเศษที่ช่วยกระจายแรงน้ำหนักโดยไม่กระทบต่อชั้นกันซึมน้ำที่มีอยู่ การติดตั้งแบบปรับปรุงมีค่าใช้จ่ายแรงงานสูงกว่าโดยเฉลี่ย 30% เนื่องจากต้องใช้ตะแกรงเหล็กและลำดับขั้นตอนการติดตั้งที่แบ่งเป็นขั้นตอน