Come selezionare i sistemi di montaggio fotovoltaici in base alle esigenze?

1. Tipi di acciaio utilizzati nei sistemi di montaggio solare in acciaio
Data la struttura semplice e le piccole dimensioni dei sistemi di montaggio fotovoltaici solari, l'acciaio strutturale leggero e l'acciaio strutturale ordinario a sezione ridotta sono prevalentemente utilizzati nella selezione dei materiali in acciaio.

Acciaio strutturale leggero: l'acciaio strutturale leggero si riferisce principalmente ad acciaio tondo, acciaio angolare piccolo e acciaio a parete sottile. L'acciaio angolare, se utilizzato come elementi di supporto, può utilizzare efficacemente la resistenza dell'acciaio e facilitare l'installazione complessiva del sistema di montaggio. Tuttavia, se utilizzato come elementi di flessione o compressione, tende a produrre deformazioni relativamente grandi. Attualmente, la gamma di modelli di acciaio angolare disponibili negli standard nazionali è limitata per i sistemi di montaggio solare, evidenziando la necessità di una più ampia varietà di modelli di acciaio angolare piccolo per adattarsi al mercato solare in rapido sviluppo. Per gli elementi di arcareccio, l'acciaio a parete sottile è tipicamente realizzato con lamiere di acciaio sottili con uno spessore di 1,5–5 mm, formate in varie forme e dimensioni a sezione trasversale mediante piegatura a freddo o laminazione a freddo.

Rispetto all'acciaio laminato a caldo, l'acciaio a parete sottile può aumentare il raggio di rotazione del 50–60% per la stessa area della sezione trasversale, mentre il momento di inerzia della sezione e il momento di resistenza possono aumentare di 0,5–3 volte. Ciò consente un utilizzo più efficiente della resistenza del materiale. Tuttavia, la lavorazione dell'acciaio a parete sottile viene per lo più eseguita in fabbrica, richiedendo forature di alta precisione per allinearsi con i fori delle viti sul retro dei pannelli fotovoltaici. La lavorazione e la foratura in fabbrica sono necessarie prima della zincatura a caldo per la prevenzione della ruggine. Durante l'installazione in loco, la piccola sezione trasversale dell'acciaio rende difficile l'utilizzo di utensili, complicando il processo di costruzione. Attualmente, la maggior parte dei pannelli fotovoltaici domestici non può essere installata direttamente con acciaio a parete sottile e richiede strutture di fissaggio ausiliarie aggiuntive (come i blocchi di serraggio).

Acciaio strutturale ordinario: l'acciaio strutturale ordinario utilizza comunemente acciaio strutturale al carbonio o acciaio a bassa lega, che sono facili da fondere ed economici. Esistono vari tipi di sezioni trasversali, tra cui quelle comunemente utilizzate nel fotovoltaico, tra cui travi a I, travi a H, travi a L e sezioni speciali progettate su misura. Anche i metodi di lavorazione sono diversi. Le sezioni in acciaio saldato, ad esempio, prevedono la selezione di lamiere di acciaio di diverso spessore e la loro saldatura in acciaio sagomato in fabbrica in base ai requisiti di progettazione. Questo metodo consente l'utilizzo di lamiere di acciaio di spessori diversi in diverse parti strutturali in base ai calcoli delle forze per diverse sezioni del progetto fotovoltaico. Questo approccio è più ragionevole in termini di distribuzione delle sollecitazioni rispetto ai prodotti formati una tantum laminati a caldo, rendendolo più adatto all'installazione in loco e risparmiando materiali in acciaio.

2. Requisiti di prestazione per l'acciaio nei sistemi di montaggio solare
L'acciaio utilizzato nelle strutture in acciaio solare deve possedere le seguenti proprietà:

1) Resistenza alla trazione e punto di snervamento. Un elevato punto di snervamento consente sezioni trasversali più piccole degli elementi in acciaio, riducendo il peso strutturale, risparmiando acciaio e abbassando il costo complessivo del progetto. L'elevata resistenza alla trazione aumenta il margine di sicurezza complessivo della struttura, migliorandone l'affidabilità.

2) Plasticità, tenacità e resistenza alla fatica. Una buona plasticità consente alla struttura di subire una deformazione significativa prima del cedimento, consentendo il rilevamento tempestivo e le misure correttive. Una buona plasticità aiuta anche a regolare le sollecitazioni di picco locali. I pannelli fotovoltaici vengono spesso installati utilizzando metodi forzati per regolare gli angoli e la plasticità consente la ridistribuzione della forza interna nella struttura, rendendo le sollecitazioni nelle aree precedentemente concentrate più uniformi e migliorando la capacità portante complessiva della struttura. Una buona tenacità consente alla struttura di assorbire più energia quando sottoposta a carichi di impatto esterni, in particolare negli impianti di energia nel deserto e nelle installazioni sui tetti dove gli effetti del vento sono significativi. La tenacità dell'acciaio può ridurre efficacemente i rischi. Una buona resistenza alla fatica consente inoltre alla struttura di resistere in modo più efficace ai carichi del vento alternati e ripetitivi.

3) Prestazioni di lavorazione. Le buone prestazioni di lavorazione includono la lavorazione a freddo, la lavorazione a caldo e la saldabilità. L'acciaio utilizzato nelle strutture in acciaio fotovoltaico non solo deve essere facilmente lavorato in varie forme di strutture e componenti, ma anche garantire che queste strutture e componenti non subiscano significativi effetti negativi sulla resistenza, plasticità, tenacità e resistenza alla fatica a causa della lavorazione.

4) Durata. Poiché i sistemi fotovoltaici solari sono progettati per una durata di oltre 20 anni, una buona resistenza alla corrosione è anche un indicatore importante della qualità del sistema di montaggio. Se il sistema di montaggio ha una breve durata, influenzerà inevitabilmente la stabilità dell'intera struttura, prolungherà il periodo di ammortamento degli investimenti e ridurrà i benefici economici complessivi del progetto.

5) Nelle condizioni di cui sopra, l'acciaio utilizzato nelle strutture in acciaio fotovoltaico dovrebbe anche essere prontamente disponibile, facile da produrre e conveniente.

3. Analisi tecnica dei nuovi sistemi di montaggio per strutture in acciaio solare
L'uso di acciaio angolare nei sistemi di montaggio solare è sempre più vincolato, principalmente a causa della scarsa qualità dell'acciaio e della necessità di ampie forature in loco, che possono portare alla ruggine. Pertanto, sono necessari nuovi sistemi di montaggio per sostituire i sistemi in acciaio angolare per ridurre la corrosione e prolungare la durata.

Nuove forme strutturali principali del sistema di montaggio solare:

1) Sistema di montaggio in acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale. L'acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale è un sistema strutturale in acciaio leggero prefabbricato e assemblato a secco che consente la produzione di massa, il montaggio rapido e presenta un basso consumo di acciaio, risparmio di tempo ed efficienza del lavoro. Il sistema di montaggio della struttura in acciaio di acciaio a parete sottile formato a freddo di forma speciale prevede il collegamento in loco di acciaio a parete sottile formato a freddo prefabbricato in fabbrica con bulloni per formare l'intelaiatura strutturale, seguito dall'installazione di pannelli fotovoltaici per completare l'array.

2) Sistema di montaggio in acciaio integrale prefabbricato in fabbrica. Questo sistema prevede strutture in acciaio prefabbricate in fabbrica con arcarecci, che richiedono solo il montaggio e il fissaggio in loco, seguito dall'installazione di pannelli fotovoltaici per formare l'intero array. Offre una velocità di costruzione elevata ed è adatto per impianti di grandi dimensioni. I requisiti di installazione per questo sistema di montaggio della struttura in acciaio sono estremamente elevati, in genere coinvolgendo acciaio di altissima qualità, eccellenti processi di trattamento superficiale e una comunicazione preliminare approfondita con i produttori di componenti fotovoltaici per ottenere una perfetta compatibilità di assemblaggio.

3) Sistema di montaggio fotovoltaico a parete continua di tipo telaio trave-colonna. Le pareti continue fotovoltaiche sono adatte per sistemi di montaggio di strutture in acciaio di tipo telaio trave-colonna. Questa struttura è leggera e affidabile. Tuttavia, a causa della sua piccola rigidità laterale, sono necessarie controventature laterali per formare una struttura a telaio controventato quando la struttura è alta o ha grandi altezze di piano. Nella progettazione di pareti continue fotovoltaiche a più piani, vengono comunemente utilizzate strutture miste che combinano acciaio e parti incorporate gettate in opera per migliorare la resistenza strutturale complessiva allo spostamento laterale, ridurre il consumo di acciaio e ridurre il costo totale.

4. Installazione dei componenti per i nuovi sistemi di montaggio solare a parete sottile formati a freddo:

1) Collegamento degli elementi della struttura in acciaio: il nuovo sistema di montaggio solare a parete sottile formato a freddo è assemblato da connettori ibridi acciaio-plastica prefabbricati in fabbrica. Questi connettori sono disponibili in vari modelli per adattarsi a diverse condizioni di installazione. La corretta selezione delle forme e dei metodi di collegamento per i componenti ibridi è un aspetto cruciale della progettazione strutturale complessiva.

2) Collegamento del sistema di montaggio alla fondazione: il nuovo sistema di montaggio solare a parete sottile formato a freddo è leggero e presenta fori di installazione multipli. Vengono generalmente utilizzate fondazioni indipendenti, con l'aggiunta di travi di collegamento in cemento armato quando necessario. Per le aree con scarse condizioni geologiche, è possibile utilizzare fondazioni a strisce o fondazioni a forma di croce, mentre le fondazioni a platea vengono evitate il più possibile. Tutte le basi delle colonne superiori adottano collegamenti incernierati, mentre le parti incorporate possono utilizzare basi delle colonne inserite o bulloni pre-incorporati avvolti con cemento impermeabile. Entrambi i tipi di basi delle colonne sono semplici da lavorare, facili da costruire e offrono buone prestazioni di collegamento.

3) Collegamento degli arcarecci del sistema di montaggio: esistono tre tipi di nodi di collegamento: rigidi, incernierati e semirigidi. Sono già disponibili metodi di produzione modulare per questi tipi di collegamento. I collegamenti incernierati sono semplici da costruire e i più facili da fabbricare e installare. Tuttavia, in aree con forti venti, sono necessarie controventature orizzontali o diagonali per aiutare la parete a resistere ai carichi orizzontali e fornire ulteriore rigidità. Quando non vengono installate controventature, i nodi di collegamento tra travi e colonne devono essere resi rigidi. I collegamenti semirigidi sono più semplici da costruire rispetto ai collegamenti rigidi e offrono prestazioni migliori rispetto ai collegamenti incernierati. Tuttavia, a causa della difficoltà nel controllare la loro distribuzione della forza, l'applicazione pratica richiede esperienza e al momento vengono raramente utilizzati. I collegamenti in loco in genere comportano collegamenti incernierati bullonati seguiti da saldatura ad entrambe le estremità.