Produktintroduktion

Inom byggnadsintegrerade solceller (BIPV) är takmonterad solenergi den viktigaste tillämpningsformen. Tak har utmärkta solljusförhållanden, påverkas inte av byggnadens orientering, är mindre benägna att skuggas och kan fullt ut absorbera solstrålning. Dessa fördelar gör taket till den främsta platsen för att fånga solenergi. Tak-PV delas i allmänhet in i två huvudkategorier: lutande tak-PV och platta tak-PV.

Tekniska parametrar

Lutande tak-PV

Direktmonterad på lutande tak: PV-moduler läggs vanligtvis plant i lutande takytans riktning. Ett mellanrum lämnas mellan modulerna och taket för kabeldragning och ventilation för värmeavledning, som visas ovan.

För nya betongtak med lutning eller villabetongtak med lutning (täckta med takpannor) kan bultar vanligtvis förinstalleras under designstadiet, och taktätning hanteras genom konventionell praxis. Vid installation av modulbasen bör vattentätningsskiktet förlängas över basen och metallinbäddade delar, med tätningsbehandling runt ankarbultarna. Där vattentätningsskiktet penetreras bör vattentät tätningsmassa användas för att fylla gapet och blockera eventuell väg för regnvatteninfiltration. Ett extra vattentätningsskikt bör också läggas under basen, så att även om läckage uppstår vid basens topp kommer regnvatten inte att nå konstruktionsskiktet.

För stora färgståltak på fabriker och lager, lutningen är vanligtvis 5% till 10%. Moduler kan läggas parallellt med taklutningen eller arrangeras i en viss lutningsvinkel. De övre stödfästena ansluts till takets bärande struktur genom olika kontakter och fästelement. Olika färgstålpanelstrukturer kräver olika fästelement – ju bättre fästelementet matchar färgstålplattan, desto högre tillförlitlighet har monteringssystemet.

För ombyggnadsprojekt som lägger till PV på befintliga färgstålstak, måste fästmetoden väljas enligt takpanelens struktur – lämpliga klämförbindelser, borrade bultförbindelser eller kemisk limförbindelse används för att montera PV-fästena på takpanelen. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt att förstärka takets vattentätning efter att PV-utrustningen har lagts till, särskilt för kontakter som penetrerar takpanelen. Vattentätningspackningar eller andra tätande strukturella lim kan appliceras för att garantera vattentätningsprestanda. Dessutom måste den strukturella belastningen av det ursprungliga takets stålram, takstolar, balkar och takpaneler kontrolleras igen genom spänningsanalys på de bärande elementen för att säkerställa strukturell säkerhet.

Solpanelstakkonstruktion och installation: För nya betonglutande tak eller villabetonglutande tak (täckta med takpannor), förutom den vanliga direktmonterade typen, antar många projekt formen av solpaneler. Ett tegeltak är en typ av lutande tak vars distinkta form ställer höga krav på modulens utseende. Solpaneler används därför ofta för att smälta samman med byggnadens tak, som visas ovan.

Solpaneler bevarar den övergripande arkitektoniska stilen, förser byggnaden med energi och minskar samtidigt inomhustemperaturen. Solpaneler bör matcha de modulära dimensionerna hos vanliga takpannor och får inte störa takets normala dräneringsfunktion. Solpanelens konstruktion visas ovan.

Platt tak PV

Direktplacering: För de vanligaste betongplatta taken på byggnader används en fast lutande PV-array, med stålfästen fixerade på betongpelare på taket. Modulfästena är arrangerade med tvärgående stöd längs den strukturella enhetens längdriktning. Bultförbindelser används mellan fästena och fundamenten, mellan fästelementen och mellan fästena och balkarna.

Denna monteringsmetod bär en relativt liten strukturell belastning, är lätt att installera, påverkar i allmänhet inte byggnadens takkonstruktions säkerhet, skadar inte det ursprungliga takets vattentätningssystem och har en relativt låg ekonomisk kostnad. För nya byggnader kan betongfundament reserveras under designstadiet enligt specifika fästdimensioner, vilket gör installationen bekväm. Modulfästenas lutningsvinkel kan beräknas med relevant solcellsprogramvara baserat på lokal latitud och taklayout, för att välja optimal solriktning och lutningsvinkel.

När moduler placeras med lutning, måste radavståndet för solfångararrayen beaktas för att undvika att främre raden skuggar bakre raden. Valet av lutningsvinkel och radavstånd bör samordnas med de specifika dimensionerna på tillgängligt takutrymme. Under förutsättning att solljusförhållandena uppfylls, bör optimal lutning och konfiguration väljas genom att väga alla faktorer, för att öka installerad kapacitet per takyta och förbättra elproduktionseffektiviteten. Baserat på tidigare design erfarenhet har solcellssystem installerade på detta sätt en installerad kapacitet på cirka 120–160 Wp/m² per ytenhet, och det rekommenderas att uppskatta till 150 Wp/m² under projekteringsstadiet.

Byggnadstak rymmer många elektromekaniska anläggningar såsom kyltorn, ventilations- och brandfläktar, vattenförsörjnings- och avloppsutrustning samt rörledningar, samt trapphus, hissmaskinrum och takmonterade brandvattentankar som sticker upp ovanför taket. Allt detta påverkar avsevärt placeringen av solfångararrayer. Den tillgängliga och sammanhängande takytan för moduler kan vara liten eller spridd, vilket är ogynnsamt för systemlayout och kabeldragning. Kommunikation och samordning med arkitektur och olika elektromekaniska discipliner måste utföras tidigt i designstadiet för att säkra bättre installationsområde och förhållanden.

Upphöjd installation: För att effektivt utnyttja utrymme och övervinna nackdelarna med direkt takmontering kan en upphöjd arrangemang användas. En stålram i form av ett tak läggs till på en hög position på taket för att bära solcellsmodulerna utan att påverka layout och användning av takutrustning. Modulfästena bultas fast i stålkonstruktionens takåsar, med en övergripande horisontell lutning där modulerna läggs plant på stålkonstruktionen, som visas ovan.

Denna metod maximerar användningen av takytan och undviker störningar från takutrustningens layout, men flera frågor måste beaktas. Först, säkerhet. Eftersom stålkonsollen överstiger bröstningens höjd kan extremt väder (som kraftiga tyfoner) lyfta modulerna och få dem att falla, vilket utgör en fara nedanför. Lutningsvinkeln vid installation bör därför inte vara för stor, och anslutningshållfastheten hos monteringsbeslagen måste kontrolleras på nytt. För det andra, påverkan av stålkonsollen på byggnadshöjd och våningsyta. Även om konsollen är öppen på alla sidor kan ägare senare stänga in den för användning, så det är nödvändigt att bekräfta med lokala bygg- och planeringsmyndigheter om konstruktionen kan undantas från beräkningar av höjd och våningsyta. För det tredje, om takmonterad elektromekanisk utrustning såsom kyltorn, frånluftsfläktar och ventilationsrör kan täckas ovanifrån måste förhandlas och bekräftas med relevanta discipliner.

För nybyggda färgstålstakbyggnader kan en integrerad PV-takpanel väljas för att lägga moduler över hela taket – utan konsoller, snabb installation, gångbar och kräver inga reserverade underhålls- eller rengöringskanaler. Jämfört med att lägga till vanliga moduler på traditionella metalltakpaneler presterar denna integrerade lösning bättre i vindmotstånd, vattentäthet, brandskydd och fullt utnyttjande av tillgänglig takyta, som visas ovan.

Tekniska fördelar

• Tak erbjuder överlägsen solexponering, frihet från orienteringsbegränsningar och minimal skuggning

• Flera monteringsstrategier anpassar sig till betong-, färgstål-, tegel- och integrerade taktyper

• Solpaneler bevarar arkitektonisk estetik samtidigt som de sänker inomhustemperaturen

• Förstärkt vattentäthet och strukturell omkontroll säkerställer långsiktig taksäkerhet

• Optimerad lutningsvinkel och radavstånd maximerar installerad kapacitet och genereringseffektivitet

• Integrerade PV-takpaneler levererar konsollfria, gångbara, väderbeständiga tak

Produktapplikation

Solcellsanläggningar på tak tillämpas på en bred spektrum av byggnadstyper: bostadsvillor med betong- eller tegeltak, industrifabriker och lager med stora färgade ståltak, befintliga strukturer som genomgår solcellsrenovering, samt kommersiella byggnader med platta betongtak fyllda med elektromekanisk utrustning. Oavsett om det är genom direktmontering, soltakpannor, fasta lutande paneler, upphöjda takkonstruktioner eller helt integrerade solcellstakpaneler, kan varje metod anpassas till platsens förhållanden för att balansera energiutbyte, vattentäthet, strukturell säkerhet och arkitektoniskt utseende.

Ooitechs syn

Som en global leverantör av produktionslinjer för solpaneler anser Ooitech att mångfalden av takscenarier som beskrivs här – från tegeltäckta villor till upphöjda fabrikstak – är precis anledningen till att modulkvalitet och dimensionskonsistens är så viktiga vid källan. Soltakpannor måste matcha teglets modularitet, och upphöjda paneler måste klara tyfonbelastningar, så ram-, laminerings- och EL-testningsstadierna i modulproduktionen avgör direkt om dessa tak förblir vattentäta och säkra i decennier. För ingenjörer som vill se hur pålitliga moduler faktiskt byggs, följ Ooitechs YouTube-kanal på www.youtube.com/ooitech erbjuder en närmare titt på produktionslinjen bakom varje pålitlig takinstallation.