Planowanie lekkich paneli: zrozumienie obciążenia martwego i obciążenia żywego w dachowej instalacji fotowoltaicznej

W marcu 2018 roku hala naukowa w regionie Cévennes (południowa Francja) zawaliła się po intensywnych opadach deszczu na zalegającym śniegu. Naukowcy przeprowadzili analizę wsteczną, łącząc dane pogodowe i symulacje konstrukcyjne, aby oszacować ciśnienia, które doprowadziły do awarii. Ponieważ deszcz nasycił zalegający śnieg, obciążenie dachu znacznie wzrosło i konstrukcja nie była w stanie go utrzymać.

Ten przypadek pokazuje, jak obciążenie żywe i czynniki środowiskowe mogą przestawić system dachowy od bezpiecznego stanu do awarii, a także ilustruje prawdę: dachy przenoszą dwa zupełnie różne rodzaje ciężaru, a inżynierowie traktują je w bardzo odmienny sposób.

W tym miejscu pojawiają się pojęcia obciążenie martwe i obciążenie żywe w planowaniu instalacji solarnych. To proste koncepcje, które decydują, czy instalacja fotowoltaiczna jest bezpieczna, wykonalna i trwała na długą metę.

Obciążenie martwe odnosi się do stałego ciężaru

Obciążenie martwe to stały ciężar, który nie ulega zmianie po zainstalowaniu systemu fotowoltaicznego. Obejmuje moduły fotowoltaiczne, konstrukcje mocujące, listwy, zaciski, stałe elementy elektryczne, takie jak korytka kablowe.

Obciążenie martwe zwykle wyrażane jest w kilogramach na metr kwadratowy (kg/m²). Ponieważ ten ciężar utrzymuje się na budynku przez dziesięciolecia, należy go maksymalnie ograniczać, gdzie to możliwe.

Obciążenie żywe odnosi się do zmiennego nacisku

Obciążenie żywe odnosi się do tymczasowych sił działających na dach w dodatku do obciążenia martwego. Zmieniane są w zależności od warunków i obejmują nagromadzenie śniegu (i deszcz, jak w przykładzie), podmuchy wiatru podczas burz oraz ruch pracowników serwisowych poruszających się po dachu.

W przeciwieństwie do obciążenia martwego, obciążenie żywe jest nieprzewidywalne, dlatego przepisy budowlane dodają dodatkowe marginesy bezpieczeństwa. Przepisy te to oficjalne reguły i normy określające, jak konstrukcje (domy, biura, fabryki itd.) muszą być projektowane i budowane, aby były bezpieczne i trwałe. Są wydawane przez rządy lub organizacje normalizacyjne. W odniesieniu do obciążeń precyzują, ile ciężaru dach musi być w stanie udźwignąć w różnych warunkach.

W Austrii dachy muszą być projektowane tak, aby wytrzymać obciążenia śniegiem od około 84 do 1 080 kilogramów na metr kwadratowy, w zależności od wysokości budynku i regionu, zgodnie z krajową normą ÖNORM EN 1991-1-3. Nawet jeśli sam system fotowoltaiczny jest lekki, inżynierowie muszą wciąż uwzględniać najgorsze możliwe opady śniegu lub zdarzenia wiatrowe.

Ograniczone rezerwy obciążenia żywego czynią projektowanie lekkich konstrukcji niezbędnym

Oddzielenie obciążenia martwego od obciążenia żywego jest kluczowe dla właściwego projektowania. Obciążenie martwe jest stałe i mierzalne, podczas gdy obciążenie żywe jest niepewne i trzeba je przewidywać. Bezpieczny projekt zawsze uwzględnia oba rodzaje obciążeń, ponieważ dach musi jednocześnie wytrzymać stały ciężar instalacji fotowoltaicznej oraz potencjalne ciśnienia śniegu lub wiatru.

W regionach, gdzie ciężki śnieg jest rzadkością, dachy często buduje się z ograniczoną rezerwą nośności. Lekkie materiały, cieńsze konstrukcje nośne lub projektowanie zoptymalizowane pod kątem kosztów oznaczają, że te dachy są klasyfikowane jako niskie obciążenie. Chociaż wystarczają do codziennego użytku, zostawia to niewielką margines przy dodaniu dodatkowego sprzętu, takiego jak panele fotowoltaiczne, zwłaszcza gdy występują nieoczekiwane zjawiska pogodowe. Dla budynków z niewielkim buforem obciążenia żywego, wybór lekkich modułów słonecznych to praktyczne zabezpieczenie. System, który minimalizuje obciążenie martwe, nie tylko zwiększa liczbę dachów, na których można bezpiecznie zainstalować energię słoneczną, ale także zapewnia większe bezpieczeństwo przed nieprzewidywalnymi naprężeniami w długim okresie.

Jak moduły ze szkła pojedynczego wypadają w porównaniu z lekkimi konstrukcjami pod kątem redukcji obciążenia martwego

Rodzaj wybranego modułu bezpośrednio wpływa na obciążenie martwe, które dach musi udźwignąć, a co za tym idzie, ile marginesu pozostaje na obciążenia żywe, takie jak śnieg czy wiatr. Aby zilustrować różnicę, oto jak konwencjonalne moduły ze szkła pojedynczego wypadają w porównaniu z lżejszymi alternatywami i jak dedykowany projekt LONGi posuwa to jeszcze dalej.

Konwencjonalne moduły ze szkła pojedynczego

Standardowy moduł ze szkła pojedynczego waży zwykle około 20–25 kg, co po zamontowaniu odpowiada około 11–13 kg/m². Na dużym dachu komercyjnym może to nadal stanowić ograniczenie i może wymagać kosztownych wzmocnień konstrukcji, jeśli dach ma niskie rezerwy nośności.

Moduły lekkie

Aby pokonać tę barierę, producenci opracowali lekkie konstrukcje, które redukują całkowitą masę. Poprzez redukcję grubości szkła, zastosowanie zaawansowanych backsheets (tylnych osłon) lub optymalizację ram, te moduły obniżają obciążenie martwe i zwiększają liczbę dachów, na których można zainstalować energię słoneczną.

LONGi Hi-MO X10 Guardian Light Design

LONGi posunął to krok dalej modułem Hi-MO X10 Guardian Light Design, zaprojektowanym dla dachów komercyjnych i przemysłowych o surowych ograniczeniach nośności. Każdy moduł waży 16,3 kg, co odpowiada zaledwie 7,2 kg/m². To około 30% lżejsze niż konwencjonalne moduły ze szkła pojedynczego, a mimo to dostarcza do 560 W mocy przy 24,8% wydajności. Zredukowana masa może wyeliminować konieczność wzmocnienia w dachu i zaoszczędzić inwestorom do 200 000 euro na megawat mocy w kosztach konstrukcyjnych, w zależności od regionu, typu budynku, przepisów lokalnych i warunków terenu. Rzeczywiste oszczędności mogą się różnić.

Jak lekkie moduły redukują stres obciążenia martwego na dachach

Zastanawiając się dokładnie nad obciążeniem martwym i żywym, właściciele budynków i instalatorzy mogą realizować projekty, które inaczej mogłyby być uznane za „zbyt ciężkie”. Moduły lekkie, takie jak LONGi Light Design, umożliwiają instalację energii słonecznej na starszych lub słabo wybudowanych dachach, redukując stres konstrukcyjny, a jednocześnie dostarczając dekady niezawodnej czystej energii.

Każdy dodatkowy kilogram obciążenia martwego wywiera większy nacisk na belki, izolację i pokrycie dachu. Przez dziesięciolecia może to przyspieszyć zużycie, zwiększyć ryzyko przecieków lub utrudnić remonty. Lekkie systemy redukują te ryzyka.

Dowiedz się więcej o module LONGi Guardian Light Design tutaj lub pobierz karta katalogowa.

‍