Plánování lehkých panelů: Jak porozumět stálému a nahodilému zatížení u střešních solárních systémů

V březnu 2018 došlo v regionu Cévennes (jižní Francie) kezřícení vědecké haly po silném dešti na sněhovou pokrývku. Výzkumníci provedlizpětnou analýzu, která kombinovala meteorologická data a strukturální simulace,aby odhadli zatížení, které vedlo ke kolapsu. Déšť nasákl do stávající vrstvysněhu, což výrazně zvýšilo zatížení střechy. Konstrukce to neunesla.

Tento případ ukazuje, jak může kombinace proměnlivéhozatížení a vlivů prostředí přivést střešní konstrukci z bezpečného stavu dohavarijního. Upozorňuje na důležitý fakt: střecha nese dva velmi odlišné typyzátěže, se kterými musí inženýři zacházet odlišně. Právě zde vstupují do hry pojmy stálé a nahodilé zatížení. Jde o jednoduché, ale klíčové pojmy, které rozhodují o tom, zda je solární instalace bezpečná, proveditelná a dlouhodobě udržitelná.

Stálé zatížení (dead load): trvalá hmotnost systému

Stálé zatížení je trvalá zátěž, která se po instalaci systému nemění. Zahrnuje FV panely, montážní konstrukce, kolejnice, svorky a pevné elektrické prvky, jako jsou kabelové trasy.

Obvykle se udává v kilogramech na metr čtvereční (kg/m²). Jelikož tato hmotnost působí na budovu po celá desetiletí, je důležité ji pokud možno minimalizovat.

Nahodilé zatížení (live load): proměnlivý tlak na střechu

Nahodilé zatížení představuje dočasné síly, které působí na střechu nad rámec stálého zatížení. Závisí na podmínkách, například na vrstvě sněhu, dešti, větru při bouřích nebo pohybu osob při údržbě.

Na rozdíl od stálého zatížení je toto zatížení nepředvídatelné, a proto stavební normy vyžadují přídavné bezpečnostní rezervy.

Stavební normy definují, kolik zatížení musí střecha unést za různých podmínek. Například v Rakousku musí být střechy navrženy tak, aby odolaly sněhovému zatížení v rozsahu od 84 do 1 080 kg/m², podle nadmořské výšky a oblasti, jak stanoví národní norma ÖNORM EN 1991-1-3.

I když je solární systém sám o sobě lehký, inženýři musí vždy počítat s nejhorším scénářem.

Omezená rezerva pro nahodilé zatížení znamená nutnost lehkého návrhu

Rozlišení mezi stálým a nahodilým zatížením je zásadní pro správný návrh. Stálé zatížení je neměnné a měřitelné. Nahodilé je proměnlivé a je třeba ho předvídat. Bezpečný návrh počítá s oběma typy zátěže současně, protože střecha musí zvládnout jak váhu solárního systému, tak i případný sníh nebo vítr.

V oblastech, kde se silné sněžení vyskytuje jen zřídka, bývají střechy navrhovány s omezenou rezervní kapacitou. Použití lehkých materiálů, tenčích nosných prvků nebo cenově optimalizovaných konstrukcí znamená, že tyto střechy mají nízkou nosnost.

I když je takový návrh dostačující pro běžný provoz, s přidáním dalšího zařízení, například solárních panelů, může být rezerva velmi malá, zejména při výskytu nečekaných klimatických událostí.

U budov s malou rezervou pro nahodilé zatížení je volba lehkých FV panelů praktickým způsobem, jak zajistit bezpečnost. Systémy s nižším stálým zatížením rozšiřují spektrum střech, na které lze solární technologii bezpečně instalovat, a zároveň zvyšují odolnost proti neočekávaným vlivům v dlouhodobém horizontu.

Porovnání běžných modulů s lehkými řešeními

Typ zvoleného modulu má přímý dopad na stálé zatížení střechy a tím i na to, kolik prostoru zůstane pro nahodilé zatížení, například sníh nebo vítr. Níže uvádíme, jak si vedou běžné moduly s jedním sklem v porovnání s lehkými alternativami a jak řešení od LONGi posouvá hranice ještě dále.

Běžné moduly s jedním sklem

Standardní panel s jedním sklem váží přibližně 20 až 25 kg, což odpovídá asi 11 až 13 kg/m² po instalaci. Na rozsáhlých komerčních střechách může být i tato hmotnost limitující a vyžadovat drahé vyztužení konstrukce, pokud má střecha nízkou nosnost.

Obecně o lehkých modulech

Aby bylo možné tuto bariéru překonat, výrobci vyvinuli lehčí konstrukce, které snižují celkovou hmotnost. Redukcí tloušťky skla, použitím pokročilých zadních fólií nebo optimalizací rámu lze snížit stálé zatížení a rozšířit možnosti instalace na více typech střech.

LONGi Hi-MO X10 Guardian Light Design

Společnost LONGi posunula tuto filozofii ještě dále a vyvinula modul Hi-MO X10 Guardian Light Design, který je určen pro komerční a průmyslové střechy s přísnými nosnostními limity. Každý modul váží 16,3 kg, což odpovídá pouhým 7,2 kg/m². To je přibližně o 30 % méně než běžné panely s jedním sklem. Přesto nabízí výkon až 560 W při účinnosti 24,8 %. Nižší hmotnost může vyloučit potřebu zesílení střechy a ušetřit investorům až 200 000 eur na každý instalovaný megawatt výkonu, v závislosti na lokalitě, typu budovy, místních předpisech a podmínkách na místě. Skutečná výše úspor se může lišit.

Jak lehké moduly snižují zatížení střechy

Pečlivé zohlednění stálého a nahodilého zatížení umožňuje realizovat projekty, které by jinak mohly být zamítnuty jako příliš zatěžující. Lehká řešení, jako je LONGi Light Design, umožňují instalaci i na starší nebo méně robustní střechy. Snižují namáhání konstrukce a zároveň zajišťují dlouhodobou a spolehlivou výrobu čisté energie.

Každý dodatečný kilogram stálé zátěže zatěžuje nosné prvky, izolaci i střešní krytinu. Dlouhodobě to může vést k rychlejšímu opotřebení, vyššímu riziku zatékání nebo složitějším rekonstrukcím. Lehká řešení tato rizika výrazně omezují.

Chcete se dozvědět více o modulu LONGi Guardian Light Design nebo si stáhnout datasheet. Klikněte zde.