Konstrukcje fotowoltaiczne – montaż paneli PV na budynkach komercyjnych

Konstrukcje fotowoltaiczne i ich rola w montażu paneli PV

Konstrukcje fotowoltaiczne stanowią istotny element instalacji PV, któremu bardzo często nie poświęca się wystarczającej uwagi. Na podstawie danych literaturowych [12, 19, 21] można stwierdzić, że moduły PV stanowią najbardziej wrażliwą na uszkodzenia część instalacji fotowoltaicznej. Wynika to z faktu, że są zbudowane z wielu cienkich warstw, które mogą być podatne na pękanie, dlatego należy obchodzić się z nimi w sposób ostrożny. Mając to na uwadze, konstrukcje fotowoltaiczne, które służą do ich montażu powinny być odpowiednio zaprojektowane i wykonane. Niestety jednym z kluczowych elementów często pomijanych w początkowej fazie inwestycji jest wykonanie kompletnego projektu przez uprawnionego projektanta, który posiada stosowne uprawnienia budowlane [5]. Wspomniany dokument powinien zawierać opis techniczny, rysunki, obliczenia doboru instalacji PV, wytyczne lokalizacji paneli na dachu bądź innym miejscu, gdzie przewidziano ich montaż, miejsce podłączenia instalacji PV do sieci energetycznej budynku, wskazanie typu i rodzaju konstrukcji oraz obliczenia konstrukcyjne. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na ostatnie elementy – wspomniane wcześniej konstrukcje fotowoltaiczne, które przeważnie są pomijane.

W celu obniżenia kosztów inwestycji konstrukcje fotowoltaiczne są często wykonywane tylko na postawie uproszczonego schematu lub oferty handlowej. Takie postępowanie może jednak to przynieść negatywne skutki, ponieważ pomijane są wtedy aspekty, takie jak sprawdzenie czy ciężar projektowanej instalacji PV wraz z jej konstrukcją zostanie przeniesiony przez elementy nośne dachu lub elewację budynku, a także stan pokrycia dachowego i jakość materiału, z którego został wykonany czy miejscowe warunki pogodowe [5, 6, 11, 12]. Zaniedbania w zakresie określenia nośności dachu mogą mieć poważne konsekwencje, np. doprowadzić do katastrofy budowlanej [5]. Łatwo można sobie wyobrazić sytuację, gdy przekroczenie dopuszczalnego obciążenia dachu w przypadku pożaru spowoduje, że nadpalona konstrukcja ulegnie szybszemu zawaleniu. Może to skutkować rozprzestrzenieniem się ognia na niższe kondygnacje i znacząco utrudnić prowadzenia akcji pożarniczej.

Należy pamiętać, iż konstrukcje fotowoltaiczne powinny cechować się trwałością i odpowiednią wytrzymałością materiału z którego są wykonane. Przede wszystkim muszą charakteryzować się odpornością na korozję, ponieważ są narażone na działanie czynników atmosferycznych. Konstrukcje wsporcze powinny być również uniwersalne – zapewniać pełną możliwość dostosowania ich do różnych wymiarów paneli PV.

Prawidłowy montaż instalacji fotowoltaicznych

Czynnikiem determinującym poprawność montażu systemów fotowoltaicznych są kwalifikacje personelu prowadzącego prace instalatorskie. Ważne jest, aby osoby zajmujące się montażem posiadały zarówno doświadczenie zawodowe, jak i udokumentowane szkolenia odbyte u producentów określonego typu rozwiązań technicznych. Instalacje fotowoltaiczne muszą spełniać wymagania techniczne określone w obowiązujących normach [1–3, 7–9, 20, 21] i przepisach prawa polskiego, w tym w szczególności wynikających z Prawa Budowlanego [4] oraz odpowiednich rozporządzeń [6].

Konstrukcje fotowoltaiczne – najważniejsze kwestie montażu

Przed rozpoczęciem instalacji konstrukcji wsporczej paneli PV należy bezwzględnie zapoznać się z instrukcją montażu oraz przygotować odpowiednie narzędzia, które będą potrzebne do jej wykonania [11]. Należy również pamiętać, że instrukcja montażu nie jest projektem instalacji fotowoltaicznej, a stanowi jedynie uzupełnienie informacji w nim zawartych. Dobór kompleksowych rozwiązań, w tym również związanych z konstrukcją fotowoltaiczną oraz wszelkich elementów wchodzących w jej skład, powinien zostać określony w projekcie. Wszelkie zmiany typu projektowanego rozwiązania muszą być skonsultowane oraz uzgodnione z projektantem, aby mieć pewność, że nie wpłyną na pogorszenie bezpieczeństwa eksploatacyjnego instalacji.

Sposób montażu konstrukcji na dachu uzależniony jest od kilku czynników, takich jak typ i rodzaj konstrukcji wsporczej, rodzaju paneli fotowoltaicznych oraz materiału poszycia dachowego. Parametry charakteryzujące sposób w jaki mocowane będą konstrukcje fotowoltaiczne powinny być określone w instrukcji montażu oraz projekcie budowlano-wykonawczym przygotowanym przez projektanta. Przestrzeganie zaleceń projektanta jest bardzo istotne, ponieważ rodzaj konstrukcji musi być dopasowany do kąta nachylania dachu na którym będzie znajdować się instalacja PV. Na dachach płaskich stosuje się przeważnie rozwiązania balastowe, które nie są bezpośrednio powiązane z dachem i utrzymują się pod wpływem własnego ciężaru. Na dachach skośnych oraz elewacjach konstrukcje wsporcze mocuje się zazwyczaj bezpośrednio do dachu, np. za pomocą kołków rozporowych [11, 12]. Co ważne, projektant powinien podczas projektowania wykorzystać maksymalną powierzchnię dachu oraz uwzględnić konieczność minimalizowania obszarów zacienionych. Istotne jest również, aby usytuowanie paneli zapewniało bezpieczeństwo użytkowania oraz dostęp do innych elementów znajdujących się na dachu danego budynku.

Konstrukcje fotowoltaiczne – uchwyty mocujące

Podczas montażu modułów PV należy zwrócić szczególną uwagę na uchwyty mocujące, które muszą być rozmieszczone w odpowiednich miejscach modułu, zgodnie z wytycznymi producenta oraz instrukcji (np. [11, 18]). Zazwyczaj, licząc od krawędzi, jest to strefa od 0,125 do 0,25 długości dłuższego boku modułu [12]. Odległości pomiędzy poszczególnymi panelami PV powinny być określone w projekcie wykonawczym. Zalecane się również, aby moduły mocowane do szyny miały minimum cztery punkty podparcia [11, 12, 18] i były dokręcone z odpowiednią siłą. Niezależnie od obranego sposobu montażu połączenia śrubowe powinny być dokręcone z odpowiednim momentem określonym przez producenta w dokumentacji techniczno-ruchowej (zazwyczaj 8–15 Nm). Dokręcanie z równomierną siłą gwarantuje właściwe rozłożenie naprężeń w module, zmniejsza ryzyko powstania mikropęknięć oraz zapewnia spełnienie warunków gwarancji producenta. Sugeruje się, aby realizując konstrukcje fotowoltaiczne stosować elementy jednego producenta lub systemy mocowań wskazane w instrukcji.

Konstrukcje fotowoltaiczne – odległość od krawędzi budynku

Kolejnym istotnym aspektem jest odległość paneli PV od krawędzi budynku. Przeważenie nie zaleca się, aby nie była ona mniejsza niż 30 cm.

Konstrukcje fotowoltaiczne – pozostałe wytyczne

Nieprawidłową praktyką jest wykonanie miejsca połączeń profili nośnych, np. pomiędzy modułami PV lub zbyt blisko końca profili nośnych, gdyż może to powodować deformację całej konstrukcji pod wpływem dodatkowego obciążenia śniegiem lub wiatrem [12]. Na ten aspekt zwracają uwagę również firmy produkujące konstrukcje fotowoltaiczne i wskazują prawidłowe sposoby łączenia [11, 18].

Warto także zaznaczyć, że usytuowanie instalacji fotowoltaicznej na dachu budynku może przełożyć się na wzrost ryzyka wystąpienia strat odgromowych, dlatego projektant powinien przeprowadzić analizę ryzyka dla danego obiektu zgodnie z procedurą zaprezentowaną w normie PN-EN 62305 i w razie konieczności zastosować odpowiednie rozwiązania. Co ważne, montując system PV na obiekcie wyposażonym w ochronę odgromową należy ponownie przeprowadzić obliczenia odstępów separacyjnych od zwodów.

Podsumowanie

Poprawne określenie typu i rodzaju konstrukcji dla instalacji fotowoltaicznych oraz jej prawidłowy montaż stanowią kluczowe elementy zapewniające długotrwałą i bezawaryjną pracę instalacji PV. Każdy projekt musi być dostosowany do rodzaju obiektu oraz wymaga indywidualnej analizy uwzględniającej czynniki, takie jak lokalizacja nieruchomości, materiały z którego jest zbudowana, typ i rodzaju poszczególnych elementów PV, moc instalacji oraz jej przeznaczenie. Całość należy rozpatrywać równolegle z warunkami technicznymi dotyczącymi danego obiektu.

Prace związane z projektem i wykonaniem instalacji PV należy zlecić firmie, której pracownicy dysponują odpowiednimi uprawnieniami, szkoleniami z montażu takich rozwiązań oraz wiedzą i doświadczaniem. Warto również podkreślić, że po wykonaniu całej instalacji PV wykonawca powinien przeprowadzić oględziny oraz pomiary końcowe, testy funkcjonalne zainstalowanych urządzeń, a także wykonać i przekazać dokumentację powykonawczą. Co ważne, na etapie realizacji inwestycji należy zadbać o zabezpieczenie wrażliwych podzespołów instalacji PV przed działaniem czynników atmosferycznych. Dodatkowo, istotnym elementem bezpieczeństwa użytkowania jest wykonywanie systematycznych przeglądów instalacji fotowoltaicznych, w tym elementów konstrukcyjnych, dokonywanych przez uprawnione osoby. Producenci zalecają kontrole nie rzadziej niż raz do roku oraz po wystąpieniu wiatrów o dużej prędkości.

Literatura
1. PN-EN 60446:2010 „Zasady podstawowe i bezpieczeństwa przy współdziałaniu człowieka z maszyną, oznaczanie i identyfikacja – Oznaczenia identyfikacyjne przewodów barwami albo cyframi”,
2. PN-HD 60364-7-712:2016-05 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 7-712: Wymagania dotyczące specjalnych instalacji lub lokalizacji – Fotowoltaiczne (PV) układy zasilania”,
3. PN-EN 50618:2015-03 „Kable i przewody elektryczne do systemów fotowoltaicznych”,
4. PN-HD 605 S1:2007 „Kable elektroenergetyczne – Dodatkowe metody badań”,
5. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (t.j. DzU. Z 2010 nr 243, poz. 1632 z późn. zm.),
6. Obwieszczenie Ministra Inwestycji i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU z 2019, poz. 1065),
7. PN-HD 60364-4-41:2017 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-41: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed porażeniem elektrycznym”,
8. Norma PN-HD 60364-6:2016 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 6: Sprawdzanie”,
9. Norma PN-IEC 60364-5-52:2011 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych – Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego – Oprzewodowanie”,
10. Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 28 marca 2013r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach i instalacjach energetycznych, DzU z 2013 r., poz. 492,
11. https://corab.pl/products/files/3074/corab-system-pi-068-instrukcja-manual-pl-en.pdf,
12. K. Seklecki, M. Olesz, „Zasady montażu instalacji fotowoltaicznych według obowiązujących przepisów i norm”, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej nr 73,
13. Norma PN-HD 60364-5-54:2011 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 5-54: Dobór i montaż wyposażenia elektrycznego. Układy uziemiające i przewody ochronne”,
14. Zarządzenie Ministra Górnictwa i Energetyki z dnia 1 września 1967 r. w sprawie ogólnych zasad eksploatacji urządzeń energetycznych z późniejszymi zmianami M.P. 1967.51.254,
15. Norma PN-EN 60216-8:2013-12 „Materiały elektroizolacyjne – Oznaczanie ciepłoodporności – Część 8”,
16. Norma PN-HD 60364-4-43:2012 „Instalacje elektryczne niskiego napięcia – Część 4-43: Ochrona dla zapewnienia bezpieczeństwa – Ochrona przed prądem przetężeniowym”,
17. Norma SEP N SEP-E-002 „Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Instalacje elektryczne w budynkach mieszkalnych”,
18. https://solar-distribution.baywa-re.pl/out/media/LR4_60HPB_PL_LONGi_Instrukcja_instalacji_01.pdf,
19. P. Faltus, „Błędy wykonawcze popełniane podczas realizacji instalacji fotowoltaicznych”, „Energetyka” 1/2016/16 PE,
20. PN-EN 62446-1:2016-08 „Systemy fotowoltaiczne (PV) – Wymagania dotyczące badań, dokumentacji i utrzymania – Część 1: Systemy podłączone do sieci – Dokumentacja, odbiory, nadzór”,
21. PN-EN IEC 62446-2:2020-12 „Systemy fotowoltaiczne (PV) – Wymagania dotyczące badań, dokumentacji i utrzymania – Część 2: Systemy podłączone do sieci – Utrzymanie systemów PV”,
22. PN-EN 62305 „Ochrona odgromowa”.