Soltak du inte har råd att ignorera: En komplett guide till lutande och platta tak PV-system

Produktintroduktion

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

Tekniska parametrar

PV på lutande tak

Direktmonterad på lutande tak: PV-moduler läggs vanligtvis plant i takets lutningsriktning. 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 förgjutas under projekteringsstadiet, och taktätning hanteras enligt konventionell praxis. Vid montering av modulbasen bör tätskiktet dras över basen och metallinbäddade delar, med tätning runt ankarbultarna. Där tätskiktet penetreras bör tätningsmedel användas för att fylla springan och blockera eventuell väg för regnvatteninfiltration. Ett extra tätskikt 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 generellt 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 hos monteringssystemet.

För ombyggnadsprojekt som lägger till PV på befintliga färgstålstak, måste fästmetoden väljas enligt takpanelens struktur – lämpliga klämförbindningar, borrade bultförbindningar eller kemisk limförbindning används för att montera PV-fästena på takpanelen. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt att förstärka takets vattentätning efter tillägg av PV-utrustningen, särskilt för kontakter som penetrerar takpanelen. Vattentäta packningar 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 om genom spänningsanalys på de bärande elementen för att säkerställa strukturell säkerhet.

Solpanelstak Konstruktion 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 in 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 betongfundament på taket. Modulfästena är arrangerade med tvärgående stöd längs den strukturella enhetens längdriktning. Bultförband 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 monteringsmått, vilket gör installationen bekväm. Modulhållarnas lutningsvinkel kan beräknas med relevant solcells-PV-programvara baserat på lokal latitud och taklayout, för att välja optimal solriktning och lutningsvinkel.

När moduler placeras lutande, måste radavståndet för PV-arrayen beaktas för att undvika att främre raden skuggar den bakre raden. Valet av lutningsvinkel och radavstånd bör samordnas med de specifika måtten 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 PV-system 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 projekteringsfasen.

Byggnadstak hyser 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 PV-arrayer. Den tillgängliga och sammanhängande takytan för moduler kan vara liten eller spridd, vilket är ogynnsamt för systemlayout och kabeldragning. Kommunikation och samordning med arkitekt- och olika elektromekaniska discipliner måste ske tidigt i designstadiet för att säkra bättre installationsområden 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 stödja PV-modulerna utan att påverka layouten och användningen av takutrustning. Modulhållarna bultas fast i takstolarna i stålkonstruktionen, 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 anslutningsstyrkan hos monteringskopplingarna 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 planmyndigheter 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

Produkttillämpning

Takmonterade solcells-lösningar 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 direktmontering, soltakpannor, fasta lutande paneler, upphöjda carport-strukturer 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 fabrikscarportar – är precis anledningen till att modulkvalitet och dimensionskonsistens är så viktiga vid källan. Soltakpannor måste matcha teglets modularitet, och upphöjda paneler måste klara tyfonlaster, så ramverk, laminering och EL-testning i modulproduktionen avgör direkt om dessa tak förblir vattentäta och säkra i decennier. För ingenjörer som vill se hur pålitliga moduler faktiskt byggs, följ Ooitech YouTube-kanal på www.youtube.com/ooitech för en närmare titt på produktionslinjen bakom varje pålitlig takinstallation.