Solceller på tak som du inte har råd att ignorera:

Snabbt svar: Takmonterad solenergi är det viktigaste segmentet inom byggnadsintegrerad fotovoltaik, och det är det som en modultillverkare inte har råd att ignorera. Anledningen är volymen: takinstallationer förbrukar moduler i små partier över många platser, vilket är ett annat efterfrågemönster än storskaliga projekt som beställer i gigawatt. Den skillnaden förändrar vad en modullinje behöver erbjuda. Takarbete gynnar lättare moduler, mindre format som två installatörer kan bära, och ramar som monteras på en mängd olika takkonstruktioner. Det ställer också höga krav på ett enhetligt utseende, eftersom takmontage är synliga. För en tillverkare som planerar kapacitet är taksegmentet det där produktvariation betyder mer än enhetsgenomströmning, vilket har konsekvenser för hur flexibel linjens formatomställning behöver vara.

PV-modultillverkning · av Jerry, Ooitech

Produktintroduktion

Inom byggnadsintegrerade solceller (BIPV) framstår takmonterad solenergi som den viktigaste applikationsformen. 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. Tak-PV delas generellt in i två huvudkategorier: sadeltak-PV och platta tak-PV.

Tekniska parametrar

Sadeltak-PV

Direktmonterad på sadeltak: 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 sadeltak eller villabetongtak med sadeltak (täckta med tegel), kan bultar vanligtvis förankras i förväg under konstruktionsfasen, och taktätning hanteras genom konventionell praxis. Vid installation av modulbasen bör vattentätningsskiktet förlängas över basen och metallinfästningarna, med tätning runt ankarbultarna. Där vattentätningsskiktet penetreras bör vattentät fogmassa användas för att fylla gapet och blockera alla vägar för regnvatteninfiltration. Ett extra vattentätningsskikt bör också läggas under basen, så att även om läckage uppstår på toppen av basen, når regnvatten inte konstruktionsskiktet.

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

För retrofit-projekt som lägger till PV på befintliga färgstålstak, måste fästmetoden väljas enligt takpanelens struktur — lämpliga klämförbindelser, borrade bultförband eller kemisk vidhäftning 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 anslutningar som penetrerar takpanelen. Vattentätande packningar eller andra tätande konstruktionslim kan appliceras för att garantera vattentätningsprestanda. Dessutom måste den strukturella belastningen av det ursprungliga takstålramverket, takstolar, räfflor och takpaneler kontrolleras om genom spänningsanalys på de lastbärande elementen för att säkerställa strukturell säkerhet.

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

Soltakpannor bevarar den övergripande arkitektoniska stilen, förser byggnaden med energi och minskar inomhustemperaturen samtidigt. Soltakpannor bör matcha de modulära dimensionerna hos vanliga takpannor och får inte störa takets normala dräneringsfunktion. Konstruktionen av soltakpannor 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 arrangeras med tvärgående stöd längs strukturens längdriktning. Bultförband används mellan fästena och fundamenten, mellan fästelementen och mellan fästena och räfflorna.

Denna monteringsmetod bär en relativt liten strukturell belastning, är lätt att installera, påverkar i allmänhet inte säkerheten i byggnadens takstruktur, skadar inte det ursprungliga takets vattentätningssystem och har en relativt låg ekonomisk kostnad. För nya byggnader kan betongpelare reserveras under designstadiet enligt de specifika fästinstallationsmåtten, vilket gör installationen bekväm. Modulstativets lutningsvinkel kan beräknas med relevant programvara för solceller baserat på lokal latitud och taklayout, för att välja den optimala solvinkeln och lutningsvinkeln.

När moduler placeras med lutning, måste radavståndet för solfältet beaktas för att undvika att främre raden skuggar den bakre raden. Valet av lutningsvinkel och radavstånd bör samordnas med de specifika måtten på det tillgängliga takutrymmet. Förutsatt att solljusförhållandena är uppfyllda, bör den optimala lutningen och konfigurationen väljas genom att väga alla faktorer, för att öka installerad kapacitet per takyta och förbättra elproduktionseffektiviteten. Baserat på tidigare designerfarenhet 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 vid projektering.

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

Förhöjd installation: För att effektivt utnyttja utrymmet och övervinna nackdelarna med direkt takmontering kan en förhöjd arrangemang användas. En stålram (canopy) läggs till på en hög position på taket för att stödja solpanelerna utan att påverka layouten och användningen av takutrustning. Modulstativet bultas fast på 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. För det första, säkerhet. Eftersom stålramen överstiger bröstningens höjd kan extremt väder (som kraftiga tyfoner) lyfta modulerna och få dem att falla, vilket utgör fara nedanför. Installationslutningsvinkeln bör därför inte vara för stor, och anslutningshållfastheten hos monteringskopplingarna måste omkontrolleras. För det andra, påverkan av stålkonsolen på byggnadshöjd och våningsyta. Även om konsolen är öppen på alla sidor kan ägare senare innesluta den för användning, så det är nödvändigt att bekräfta med lokala bygg- och planeringsmyndigheter om strukturen 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 konsoler, 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, vattentätning, brandskydd och fullt utnyttjande av tillgänglig takyta, som visas ovan.

Tekniska fördelar

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

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

• Soltegel bevarar arkitektonisk estetik samtidigt som de sänker inomhustemperaturen

• Förstärkt vattentätning och strukturell omkontroll säkerställer långsiktig taksäkerhet

• Optimerad lutningsvinkel och radavstånd maximerar installerad kapacitet och genereringseffektivitet

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

Produkttillämpning

PV-lösningar för tak tillämpas över ett brett spektrum av byggnadstyper: bostadsvillor med betong- eller tegeltak, industrifabriker och lager med stora färgstålstak, befintliga strukturer som genomgår PV-eftermontering och kommersiella byggnader med platta betongtak fyllda med elektromekanisk utrustning. Oavsett om det sker genom direkt montering, soltegel, fasta lutningssystem, förhöjda konsolstrukturer eller helt integrerade PV-takpaneler, kan varje metod anpassas till platsförhållandena för att balansera energiproduktion, vattentätning, strukturell säkerhet och arkitektoniskt utseende.

Ooitechs syn

Som global leverantör av produktionslinjer för solpaneler anser Ooitech att mångfalden av takscenarier som beskrivs här – från villor med tegelpannor till upphöjda fabrikstak – är precis anledningen till att modulkvalitet och dimensionskonsistens är så viktiga vid källan. Solpannor måste matcha teglets modularitet, och upphöjda anläggningar måste klara tyfonklassade laster, så ramning, 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 erbjuder en närmare titt på produktionslinjen bakom varje pålitlig takinstallation.