Schletter - solární montážní systémy

Transkript

1 Úvod V zimě 2006/2007 se vyskytlo na mnoha místech jižního Německa neobyčejně extrémní zatížení sněhem, které mělo na mnoha místech za následek škody na budovách, v jednotlivých případech dokonce jejich zřícení s nejtěžšími následky. Nezbytně tedy došlo také k tomu, že v těchto regionech byla rovněž poškozena namontovaná fotovoltaická zařízení. V mnoha případech byla způsobena poškození vlivem takříkajíc odchýlení od normy, byla však také poškozena zařízení, u nichž se po vyhodnocení pohybovalo maximální zatížení sněhem zcela v rámci normy. Vyhodnocení poškození v těchto případech musí být podkladem konstrukčních protiopatření, aby se kvalita fotovoltaických zařízení v budoucnosti dále zlepšila. Aby mohl být další konstrukční vývoj začleněn rovněž do budoucích výrobních cyklů, je nutno účinnost takových protiopatření také prokázat a kontrolovat příslušným zkušebním postupem. Zvláště také zavedení nových norem k návrhovému zatížení na stavbách (zatížení větrem podle DIN 1055, část 4 (03/2005) a Eurocode 1 (06/2002), zatížení sněhem podle DIN 1055, část 5 (06/2005)) obráží empirické hodnoty z posledních let. Tak je nutno např. v mnoha oblastech jižního Německa uvažovat s mnohem vyššími hodnotami zatížení sněhem. Dále byl také zaveden zvláštní nárůst zatížení pro nahromadění sněhu na spodní hraně střechy, který je nutno vzít v úvahu při statických průkazních výpočtech. Při zkoušení stability fotovoltaických modulů podle platných norem (IEC 61215, IEC 61646) se však tato koncentrace zátěže při nahromadění sněhu dosud nebere v úvahu. První schématický náběh k tomu činí svaz RAL-Solar v RAL GZ 966. Dosud existující sestavení je návrhem pro budoucí testovací postup modulů k realistickému prokázání stability modulů podle vzoru RAL GZ 966. Rozdělení zatížení sněhem v Německu

2 1 Vyhodnocení poškození modulu - mechanismus selhání V zimě 2006/2007 se vyskytlo na mnoha místech jižního Německa neobyčejně extrémní zatížení sněhem, které mělo na mnoha místech za následek škody na budovách, v jednotlivých případech dokonce jejich zřícení s nejtěžšími následky. Nezbytně tedy došlo také k tomu, že v těchto regionech byla rovněž poškozena namontovaná fotovoltaická zařízení. V mnoha případech byla způsobena poškození vlivem takříkajíc odchýlení od normy, byla však také poškozena zařízení, u nichž se po vyhodnocení pohybovalo maximální zatížení sněhem zcela v rámci normy. Vyhodnocení poškození v těchto případech musí být podkladem konstrukčních protiopatření, jejichž účinnost je potom nutno prokázat příslušným zkušebním postupem. Při všech škodních událostech byly primárně poškozeny spodní modulové řady soustav. U těchto spodních řad se ve většině případů uvolnily opět spodní části modulových rámů od laminátu a byly přitlačeny sněhem a ledem ven (resp. dolů ve směru k okapu). V mnoha případech byl laminát zlomen a deformován. Ze spojení se zprávami o povětrnostní situaci vyplývá následující scénář poškození: Zařízení zatížilo velké množství sněhu; lamináty se prohnuly. Plochy modulů spodních řad jsou přitom vlivem nahromadění sněhu zasaženy nejsilněji. Prohnutím laminátu nabízejí spodní modulové příčky ještě větší záběrovou plochu pro zatížení ve směru sklonu střechy; opačně ztrácí laminát deformováním rámu modulu stále více na stabilitě. Při vyšší teplotě ve dne se nejspodnější vrstva sněhu rozpouští a během noci opět zmrzne na led. Společně s dalším padáním sněhu vzniká vrstva s neobyčejnou hustotou. Přídavně se může celá vrstva ve fázích tání téměř bez tření pohybovat po povrchu modulu na střeše směrem sklonu, současně jsou však rámy modulů ve vrstvě ledu s tvarovým stykem zamrznuté. To má za následek, že celá svahová protivztlaková síla působí v nejhorším případě na spodní kusy modulového rámu, a tak vyvolává známé poškození. Nejsilněji jsou postiženy moduly s relativně nestabilními profily rámu a/nebo moduly, u nichž není modulový rám propojený s laminátem dostatečně stabilním lepeným spojem.

3 2 Obrázky poškození - příklady

4 3 Protiopatření Cílem dalšího vývoje musí být vyloučit popsaná poškození. Vzhledem k tomu, že se tyto extrémní zatěžovací podmínky nevyskytují ve všech, nýbrž statisticky spíše jen v několika regionech, nabízejí se k tomu různé cesty: a) Zesílení všech provedení modulů pro existující extrémní zatížení b) Zesílení určitých provedení modulů pro existující extrémní zatížení a výběr modulů podle regionálně existujícího zatížení sněhem c) Upuštění od všeobecného zesílení modulů; použití přídavných externích opatření v kritických regionech, např. doplňujícími opatřeními ve spodní konstrukci (viz obrázek příkladu). V každém ze 3 případů musí být prokázána účinnost příslušných protiopatření v rámci rozšíření odpovídajících testů modulů (např. podle IEC 61215). Dosud byly prováděny mechanické testy modulů jen ve vodorovné poloze a s rovnoměrně rozložených plošným zatížením. Zde navrhovaný zkušební postup má přídavně nebo také alternativně k dosavadním testům realisticky simulovat následující případy zatížení: 1. Nahromadění sněhu ve spodní oblasti modulu bude simulováno rozložením zatížení na ploše modulu, odpovídajícím realitě. 2. Svahová protitlaková síla celé vrstvy ledu a sněhu, zatěžující moduly, bude uložena jako přídavné zatížení na spodní rám modulu.

5 4 Testovací postup jako doplněk k RAL GZ 966 Základní myšlenka ke zkoušení modulů v šikmém uspořádání a s realistickým rozložením zatížení má svůj původ v pracovní skupině RAL-Solar. Z vyhodnocení poškození v zimě 2005/2006 byly v tomto grémiu projednány možnosti k zajištění a kontrole protiopatření ke vzniklým škodám. Původní, schématicky formulovaný nárůst zatížení s pytli písku má však ještě slabá místa, která mají být odstraněna zde uvedeným zkušebním zařízením: Tvar pytlů s pískem má vliv na výsledek zkoušky (žádná optimální reprodukovatelnost). Pytle s pískem zatěžují spodní modulový rám jen velmi nedostatečně. U pytlů s pískem vzniká na skle přilnavost; realistický je však minimální koeficient tření (tající led na skle). Přechod od přilnavosti ke smykovému tření je u pytlů s pískem závislý na mnoha externích parametrech (materiál pytlů s pískem, povrch skla, vlhkost vzduchu, zušlechtěné vrstvy povrchu atd.). Výsledky zkoušek by proto byly jen velmi špatně reprodukovatelné. Tento testovací postup zpracovává zásadně schématický základ a doplňuje jej na vědecky reprodukovatrelný testovací postup, prakticky neovlivnitelný externími okrajovými parametry.

6 Návrh k rozdělení do tříd zatížení podle RAL GZ 966

7 5 Schématický obrázek k uspořádání zkoušky

8 6 Vysvětlivky ke zkušebnímu postupu V navrhovaném postupu se upíná modul přídavně k dosavadnímu horizontálnímu zatížení v reprezentativní poloze se sklonem 30 stupňů a obsazuje se volně spojenými zatěžovacími vozíky. Jednotlivé zatěžovací vozíky se osazují libovolným způsobem kusy materiálu, aby bylo stupňovitě simulováno zatížení. Toto zkušební uspořádání má následující vlastnosti, resp. přednosti: Bez velkých nákladů je možno variabilně simulovat nahromadění zátěže sněhem podle DIN 1055, část 5 (06/2005). Vhodným uspořádáním kusů materiálu je možno simulovat libovolné zatížení modulu. Tím se může modul také stupňovitě více zatěžovat a tak např. rozdělit podle návrhu grémia RAL do různých zatěžovacích tříd, aniž by bylo nutno k tomu měnit provedení zkoušky. Uspořádání malých zkušebních vozíků a jejich vzájemná pohyblivost dovoluje realistické a v rastru dostatečně jemně rozložené působení zkušebních zatížení. Zkušební vozíky jsou tak úzké, že se síla působící na spodním rámu modulu rozkládá do dostatečně malých dílčích vektorů, a tím se s maximální možnu přesností napodobuje skutečné zatížení. Uložení v kuličkových ložiskách prakticky bez tření simuluje optimálně nejhorší případ maximální svahové protitlakové síly, jak vzniká ve skutečnosti také u tajících vrstev ledu. Uložení v kuličkových ložiskách prakticky bez tření zajišťuje optimální reprodukovatelnost výsledků testu a nezávislost na rušivých parametrech, jako jsou přilnavost, vlivy materiálu, vlastnosti povrchu, vlhkost vzduchu atd. Rozložení zatížení modulů na rámu se provádí definovaně a simuluje skutečný nejhorší případ rámu, zamrzlého ve vrstvě ledu. Zkušební postup je cenově příznivý a hodí se tím také např. pro předběžné testy doprovázející vývoj u výrobců nebo např. také pro test modulů více nebo méně neznámého původu u instalačních provozů.

9 7 Souhrn a další postup V zájmu další profesionalizace trhu pro fotovoltaická zařízení je nutno vypracovat nové, resp. rozšířené zkušební postupy pro všechny komponenty, aby bylo možno co nejlépe minimalizovat jakékoliv riziko výpadku při pozdějším použití, resp. takovému riziku zamezit. K tomu je nutný otevřený dialog mezi výrobci modulů, zkušebními ústavy, výrobci montážních systémů a zvláště instalatéry. Zde by měly zaujmout zprostředkovací spojení zejména svazy. Překládaný návrh pro zkušební postup modulů vypracoval výrobce montážních systémů Schletter GmbH na základě Kvalitativních a zkušebních ustanovení RAL GZ 966, která tvoří základ pro pozdější rozdělení modulů do různých zatěžovacích tříd. Proto má být podán pro zpracovaný testovací postup společný patent. Ostatní účastníci trhu od výrobců modulů až po instalatéry mohou tyto návrhy použít jako podklad pro další vývoj geometrie modulů.