Носещи конструкции за соларни системи

ВЕИ енергетикaТехнически статииСп. Енерджи ревю - брой 1, 2011

Носещи конструкции за соларни системи

Видове, специфики, монтаж на покриви и открити площи

Надеждната носеща конструкция играе съществена роля в ефективната експлоатация на всяка соларна система. Сред основните изисквания, които се поставят пред тях, са осигуряването на оптимален ъгъл на панелите (30 - 32о), гарантиращ максимална производителност и експлоатационен срок не по-малък от живота на соларните модули. Също така, конструкциите трябва да са изпълнени от надеждни материали, да предлагат лесен монтаж и да имат минимални разходи по поддръжката.

Не на последно място, всяко крепежно съоръжение е необходимо да бъде проектирано съобразно особеностите на конкретния терен и съответните стандарти за натоварване от сняг и устойчивост на вятър. Тенденция при производството е изработката на модулни монтажни конструкции с универсално приложение, които да изискват употребата на възможно най-малък брой крепежни елементи.

Конструкции за монтаж на хоризонтални покриви

Поддържащите конструкции за монтаж на плоски, вакуумнотръбни и фотоволтаични панели върху хоризонтални покриви най-често се изработват от алуминий или неръждаема стомана. Монтират се успоредно на покрива или под ъгъл спрямо неговата равнина, като носещите профили се разполагат хоризонтално или вертикално. Обикновено системата се състои от един базисен профил, перпендикулярен на носещия. Базисният профил може да бъде закрепен по различни начини към покрива - чрез винтови адаптери, поставяне на тежести и др. При инсталацията базисният профил се съединява с триъгълен профил, върху който се монтират напречните носещи профили за соларния панел (фиг. 1). При разположението на носещите конструкции в повече редици е важно да се избягва взаимно засенчване на модулите. Правилото в този случай е разполагането им на отстояние 3 х височината на колектора. Проблемът със засенчването може да се избегне с използването на цилиндрични фотоволтаични модули, които позволяват хоризонтален монтаж и не изискват оставянето на разстояние между панелите. Модулите се разполагат плътно един до друг върху собствена монтажна конструкция на отстояние 35 см от повърхността на покрива, така че да се осъществява свободен въздухообмен. При използването на този тип колектори покривът се покрива със специален материал в бял цвят, така че колекторите да оползотворяват отразената и дифузната светлина.

Често използван технически похват при монтажа на фотоволтаични панели на плоски покриви е поставянето им върху т. нар. вани (фиг.2). Те са предназначени за основа на единични модули и се изработват от полиетилен или друг материал в определени размери. Обикновено повърхността им е обработена с UV-устойчиво покритие. На дъното на ваната са направени дренажни отвори, а на останалите три страни - вентилационни отвори. За да могат да издържат натоварванията от вятър, е необходимо да се запълнят с баласт (чакъл, камъни, плочи и др.) преди поставянето на панелите. Теглото на баласта се изчислява на базата на отчетените максимални и средни стойности на вятъра в съответния регион. Външният ред вани (на ръба на фотоволтаичното поле) трябва да бъдат балансирани с по-високи натоварвания, така че да се избегне падането им от покрива или тяхното обръщане в следствие на по-силни пориви на вятъра. От значение в този случай е и видът на покривното покритие, което трябва да осигури коефициент на триене между повърхността на покрива и на ваната не по-малък от 0,6. Важен момент при проектирането на носещата конструкция с вани е отчитането на общото тегло на баласта, ваните и панелите, което не бива да надвишава носещата способност на покрива на сградата. Като възможен проблем при този тип конструкции някои експерти посочват недостатъчната вентилация във вътрешността на ваната, което намалява ефективността на фотоволтаичните модули. В тази връзка наскоро се появиха технически разработки, които позволяват извличането на топлината зад панелите и отвеждането й в ОВК системата на сградата.

Конструкции за наклонени покриви

При системите за монтаж върху наклонени покриви обикновено има два носещи напречни профила. Напречните профили се свързват към покрива чрез специални S-образни елементи, шини и покривни анкери (фиг. 3). Модулите се закрепват към профилите със средни и крайни клеми. Често панелите се монтират надлъжно, но е възможен и напречен монтаж (фиг. 4). Предлагат се във варианти за керемидени, ламаринени, етернитови, битумни и други покриви.

В случаите, когато стандартните системи за монтаж не са приложими (при покриви с неблагоприятно разположение на мертеците и столиците, неподходящ растер на керемидите и др.), се използват свободно конструирани кръстосани шини.

Специално за наклонени покриви вече се предлагат и фотоволатични модули с формата и функционалността на керемидите. Дори се правят опити за производството им в традиционния червен цвят.

Интегрирани в покрива и фасадата системи

Освен да бъдат поставени върху повърхността на покрива, слънчевите колектори могат и да заместват част от покривната конструкция. Понякога се интегрират в обшивката на покрива, но могат да бъдат положени и свободно. Произвеждат се и специално предназначени за вграждане слънчеви колектори с корпус от обработена дървесина или друг материал, защитен от проникване на вода, и снабден с необходимите средства за закрепване. Интегрираните в покрива соларни модули обикновено се поставят на тази част от покрива, която е с южно изложение. Закрепват се с шина в покривната конструкция (фиг. 5). При остъклените покриви могат да се използват вградени в стъклопакетите моно- или поликристални фотоволтаични клетки, както и тънкослойни панели, което позволява едновременното производство на електричество и осигуряването на осветеност на прилежащите помещения.

Фасадата е друго възможно място за интегриране на фотоволтаични елементи. При нея готовите моно- и поликристални фотоволтаични модули могат да бъдат използвани като основна или допълнителна външна облицовка, която осигурява дълготрайна термо- и звукоизолация, устойчива на атмосферните влияния и подобряваща външния вид на сградата. Същата функция могат да изпълняват и гъвкавите фотоволтаични елементи от аморфен силиций. Както при остъклените покриви и тук моно- и поликристалните фотоволтаични клетки могат да бъдат вградени в стъклопакетите на прозорците, като по този начин, освен че произвеждат електроенергия, намаляват и разходите за охлаждане.

Носещи конструкции за фотоволтаични паркове

Носещите конструкции за фотоволтаични паркове биват статични и активно следящи траекторията на слънцето. От своя страна, статичните конструкции се разделят на няколко вида в зависимост от използваните материали и начина за монтаж на съоръженията. Най-елементарният модел са т. нар. набити мантинели, които представляват алуминиеви или стоманени пилони, забити директно в земята. За по-голяма корозоустойчивост стоманените елементи обикновено са галванизирани, или поне тази част от тях, която е забита в земята и е под вредното влияние на киселинността на почвата. От гледна точка на специалистите в бранша, това е най-ненадеждният вариант на конструкция, тъй като следствие на напоителни валежи почвата омеква и не представлява стабилен фундамент за съоръжението, особено при появата на силен вятър от задната страна на панелите. За да се избегнат тези фактори, често срещано решение е изкопаването на трап, в който да се постави вертикалният носещ елемент и заливането му с бетон (фиг. 6). Освен да се вграждат в бетона, долните части на конструкцията могат да бъдат прикрепени допълнително с анкерни болтове. Вариация се явява поставянето на профилите в правоъгълни бетонни основи, излети директно върху повърхността на земята (фиг. 7). За по-голяма стабилност на конструкцията кръстосано се опъват метални подсигурителни въжета в двата й срещуположни края. Също така, понякога се поставят плътни ветроустойчиви бариери зад последните редове панели, покриващи разстоянието между земята и модулите.

Някои от предлаганите на пазара статични конструкции имат възможност за ръчно регулиране на ъгъла, под който са закрепени панелите, с цел оптимално улавяне на слънчевите лъчи.

Проектното решение за използване на всеки от изброените видове фундаменти се основава както на физико-химични изследвания на почвата, така и на практически тестове на терена. На базата на тези данни и проектния живот на централата се определят и изискванията към самите фундиращи елементи.

Разпространено мнение е, че стационарните фотоволтаични системи са подходящи за централи с големи мощности, тъй като предполагат най-ниски разходи по поддръжката, както и най-ниска себестойност на инвестицията (в сравнение със следящите системи). Този тип системи са предпочитани от инвеститори, които разполагат с големи площи земя.

Винтове за земна основа

Нов подход при статичните фундаменти е използването на винтове за закрепване на конструкции към земната основа (Ground Screws). Те имат конусообразно тяло, проектирано така, че при натискането на почвата да се гарантира максимална стабилност на съоръжението (фиг. 8). Предлагат се в разновидности с дължина от 550 мм до 3500 мм. Винтовете се произвеждат от стомана, след което се галванизират, за да се обезпечи по-дългият им експлоатационен живот. Поставят се с помощта на специални машини, които ги навиват с голяма точност (фиг. 9). Смята се, че винтовете са подходящи за естествени почви и комбинирани или смолисти повърхности. Конусовидната им форма дава възможност носещите пилони, поставяни в тях, да се фиксират с чакъл за по-голяма устойчивост (фиг. 10).

Сред предимствата им производителите посочват лесният монтаж, който спестява време, разходи и елиминира нуждата от изкопни работи и изливане на основи. Също така се твърди, че технологията е щадяща околната среда, тъй като винтовете могат да се извадят след години, без почвата около тях да е увредена. Като недостатък някои от специалистите в бранша посочват вероятността при мокра почва и силен заден вятър, винтовете да се наклонят или да поддадат под натиска на панелите.

Активно следящи системи

Системите с вграден механизъм за проследяване траекторията на слънцето са познати още като тракери или позиционери. Съществуват различни модификации на конструкцията им, но като цяло са изработени от стабилна основа с неподвижни стоманени елементи, комплектована с подвижни стоманени и алуминиеви профили чрез болтови съединения, и шарнирни връзки (фиг. 11). Част от съоръжението са и електродвигателят, който осъществява задвижването на системата и електронният управляващ модул, който контролира движението на всички тракери. На стойката се монтират два, три или повече фотоволтаични панела.

Следенето на слънцето се реализира на базата на радиационни датчици или чрез контролер, конфигуриран за конкретното географско местоположение на всеки тракер. Предлагат се едноосни и двуосни тракери, които осигуряват вертикално или едновременно хоризонтално и вертикално насочване на модулната повърхност. Това дава възможност да се получи съответната оптимална позиция спрямо местоположението на слънцето и по този начин да се повиши ефективността на модулите. Според производителите на системите, повишението е в рамките на 25% за едноосно следящите и около 30-32% за двуосно следящите системи.

Поддръжниците на статичните конструкции отчитат това тяхно преимущество, но смятат, че тракерите изискват допълнителен разход за оборудване и за поддръжка на подвижните части на системите, който вероятно ще усвои очакваните по-високи печалби.





Top