Zonne-daken die u niet kunt negeren: een complete gids voor PV-systemen op hellende en platte daken

Productintroductie

Binnen gebouwgeïntegreerde fotovoltaïsche systemen (BIPV) is het zonnedak de belangrijkste toepassingsvorm. Daken hebben uitstekende zonlichtomstandigheden, worden niet beïnvloed door de oriëntatie van het gebouw, zijn minder gevoelig voor schaduw en kunnen zonnestraling volledig absorberen. Deze voordelen maken het dak tot de ideale locatie voor het opvangen van zonne-energie. PV op daken valt over het algemeen in twee hoofdcategorieën: PV op hellende daken en PV op platte daken.

Technische Parameters

PV op hellende daken

Direct gemonteerd op hellende daken: PV-modules worden meestal plat gelegd volgens de richting van het schuine dakoppervlak. Er wordt een opening gelaten tussen de modules en het dak om kabelgeleiding en ventilatie voor warmteafvoer mogelijk te maken, zoals hierboven weergegeven.

Voor nieuwe betonnen hellende daken of villa-achtige betonnen hellende daken (bedekt met dakpannen) kunnen meestal tijdens de ontwerpfase ankerbouten worden voorgeplaatst en wordt de dakwaterdichting op conventionele wijze behandeld. Bij het installeren van de modulebasis moet de waterdichte laag over de basis en metalen ingebedde delen worden verlengd, met afdichting rond de ankerbouten. Waar de waterdichte laag wordt doorboord, moet waterdichte kit worden gebruikt om de opening te vullen en elke weg voor regenwaterinfiltratie te blokkeren. Er moet ook een extra waterdichte laag onder de basis worden aangebracht, zodat zelfs als er lekkage optreedt aan de bovenkant van de basis, regenwater de constructielaag niet zal bereiken.

Voor grote stalen daken van fabrieken en magazijnen, de helling is over het algemeen 5% tot 10%. Modules kunnen parallel aan de dakhelling worden gelegd, of onder een bepaalde hellingshoek worden geplaatst. De bovenste steunbeugels verbinden met de dragende structuur van het dak via verschillende connectoren en bevestigingsmiddelen. Verschillende kleurstaal paneelstructuren vereisen verschillende beugelklemmen — hoe beter de klem past bij de kleurstaal tegel, hoe hoger de betrouwbaarheid van het montagesysteem.

Voor retrofitprojecten die PV toevoegen aan bestaande kleurstaal daken, de bevestigingsmethode moet worden gekozen op basis van de dakpaneelstructuur — geschikte klemverbindingen, geboorde boutverbindingen of chemische lijmverbindingen worden gebruikt om de PV-beugels op het dakpaneel te monteren. Speciale aandacht moet worden besteed aan het versterken van de dakwaterdichting na het toevoegen van de PV-apparatuur, vooral voor connectoren die het dakpaneel doorboren. Waterdichte pakkingen of andere afdichtende constructielijmen kunnen worden aangebracht om de waterdichtingsprestaties te garanderen. Daarnaast moet de structurele belasting van het oorspronkelijke dakstalen frame, spanten, gordingen en dakpanelen opnieuw worden gecontroleerd door middel van spanningsanalyse op de dragende elementen om de structurele veiligheid te waarborgen.

Zonnepanelen constructie en installatie: Voor nieuwe betonnen schuine daken of villa-achtige betonnen schuine daken (bedekt met dakpannen), wordt naast het gebruikelijke direct gemonteerde type vaak gekozen voor zonnepanelen in de vorm van zonnedakpannen. Een pannendak is een type schuin dak waarvan de kenmerkende vorm een hoge standaard van module-uitstraling vereist. Zonnedakpannen worden daarom vaak gebruikt om op te gaan in het gebouwdak, zoals hierboven weergegeven.

Zonnedakpannen behouden de algehele architectonische stijl, leveren energie aan het gebouw en verlagen tegelijkertijd de binnentemperatuur. Zonnedakpannen moeten overeenkomen met de modulaire afmetingen van gewone dakpannen en mogen de normale afvoerfunctie van het dak niet verstoren. De constructie van zonnedakpannen is hierboven weergegeven.

Plat dak PV

Directe plaatsing: Voor de meest voorkomende betonnen platte daken van gebouwen wordt een vast hellend PV-array toegepast, met stalen beugels bevestigd op betonnen sokkels op het dak. De modulebeugels zijn gerangschikt met dwarssteunen in de lengterichting van de constructieve eenheid. Boutverbindingen worden gebruikt tussen de beugels en de funderingen, tussen de beugelonderdelen onderling, en tussen de beugels en de gordingen.

Deze montagemethode draagt een relatief kleine structurele belasting, is eenvoudig te installeren, heeft over het algemeen geen invloed op de veiligheid van de dakconstructie van het gebouw, beschadigt het oorspronkelijke dakwaterdichtingssysteem niet en heeft relatief lage economische kosten. Voor nieuwe gebouwen kunnen betonnen sokkels tijdens de ontwerpfase worden gereserveerd volgens de specifieke bevestigingsafmetingen, wat de installatie vergemakkelijkt. De hellingshoek van de modulebeugels kan worden berekend met behulp van relevante zonne-PV-software op basis van de lokale breedtegraad en de dakindeling, waarbij de optimale zon- en hellingshoek wordt gekozen.

Wanneer modules schuin worden geplaatst, moet rekening worden gehouden met de rijafstand van het PV-array om te voorkomen dat de voorste rij de achterste rij beschaduwt. De keuze van hellingshoek en rijafstand moet worden afgestemd op de specifieke afmetingen van de beschikbare dakoppervlakte. Op voorwaarde dat aan de zonlichtomstandigheden wordt voldaan, moet de optimale helling en configuratie worden gekozen door alle factoren af te wegen, om zo de geïnstalleerde capaciteit per dakoppervlak te vergroten en de energieopbrengst te verbeteren. Op basis van eerdere ontwerpervaring hebben PV-systemen die op deze manier zijn geïnstalleerd een geïnstalleerd vermogen van ongeveer 120–160 Wp/m² per oppervlakte-eenheid, en wordt aanbevolen om tijdens de schetsontwerpfase te schatten op 150 Wp/m².

Gebouwdaken herbergen veel elektromechanische voorzieningen zoals koeltorens, ventilatie- en brandbestrijdingsventilatoren, watertoevoer- en afvoerapparatuur en leidingen, evenals trappenhuizen, liftschachten en brandwatertanks op het dak die boven het dak uitsteken. Al deze zaken hebben een aanzienlijke invloed op de plaatsing van PV-arrays. Het beschikbare en aaneengesloten dakoppervlak voor modules kan klein of verspreid zijn, wat ongunstig is voor de systeemindeling en kabelbundeling. Communicatie en coördinatie met de architectuur en verschillende elektromechanische disciplines moeten in een vroeg stadium van het ontwerpproces worden uitgevoerd om betere installatiegebieden en -omstandigheden te verkrijgen.

Verhoogde installatie: Om effectief gebruik te maken van de ruimte en de nadelen van directe montage op het dak te overwinnen, kan een verhoogde opstelling worden gebruikt. Een stalen luifelconstructie wordt op een hoge positie op het dak geplaatst om de PV-modules te ondersteunen zonder de indeling en het gebruik van dakoppervlakteapparatuur te beïnvloeden. De modulebeugels worden vastgeschroefd aan de gordingen van de stalen luifelconstructie, waarbij een algehele horizontale helling wordt toegepast waarbij de modules plat op de stalen luifelconstructie worden gelegd, zoals hierboven weergegeven.

Deze methode maximaliseert het gebruik van het dakoppervlak en voorkomt interferentie met de indeling van dakoppervlakteapparatuur, maar er moet rekening worden gehouden met een aantal zaken. Ten eerste, veiligheid. Aangezien de stalen overkapping hoger is dan de borstwering, kunnen extreme weersomstandigheden (zoals sterke tyfoons) de panelen optillen en laten vallen, wat gevaar oplevert voor de omgeving. De hellingshoek van de installatie mag daarom niet te groot zijn en de verbindingssterkte van de montageconnectoren moet opnieuw worden gecontroleerd. Ten tweede, de impact van de stalen overkapping op de bouwhoogte en de vloeroppervlakteverhouding. Hoewel de overkapping aan alle zijden open is, kunnen eigenaren deze later afsluiten voor gebruik, dus het is noodzakelijk om met de lokale bouw- en planningsautoriteiten te bevestigen of de constructie kan worden vrijgesteld van berekeningen van hoogte en vloeroppervlakteverhouding. Ten derde, of dakmechanische apparatuur zoals koeltorens, afzuigventilatoren en ontluchtingspijpen van bovenaf kunnen worden afgedekt, moet worden overlegd en bevestigd met de relevante disciplines.

Voor nieuw gebouwde stalen dakgebouwen kan een geïntegreerd PV-dakpaneel worden gekozen om panelen over het hele dak te leggen — zonder beugels, snel te installeren, beloopbaar en zonder gereserveerde onderhouds- of reinigingskanalen. Vergeleken met het toevoegen van gewone panelen op traditionele metalen dakplaten, presteert deze geïntegreerde oplossing beter op het gebied van windweerstand, waterdichtheid, brandbeveiliging en volledig gebruik van het beschikbare dakoppervlak, zoals hierboven weergegeven.

Technische voordelen

• Daken bieden superieure blootstelling aan zonlicht, vrijheid van oriëntatiebeperkingen en minimale schaduw

• Meerdere montagestrategieën passen zich aan betonnen, stalen, pannendaken en geïntegreerde daktypen aan

• Zonnepannen behouden de architectonische esthetiek terwijl ze de binnentemperatuur verlagen

• Versterkte waterdichtheid en structurele hercontrole zorgen voor langdurige dakveiligheid

• Geoptimaliseerde hellingshoek en rijafstand maximaliseren geïnstalleerde capaciteit en opbrengstefficiëntie

• Geïntegreerde PV-dakpanelen leveren beugelloze, beloopbare, weerbestendige daken

Producttoepassing

Dak-PV-oplossingen zijn toepasbaar op een breed scala aan gebouwtypen: residentiële villa's met betonnen hellende of pannendaken, industriële fabrieken en magazijnen met grote stalen kleurendaken, bestaande constructies die een PV-retrofit ondergaan, en commerciële gebouwen met platte betonnen daken vol met elektromechanische apparatuur. Of het nu gaat om directe montage, zonnedakpannen, vaste hellingshoekarrays, verhoogde luifelconstructies of volledig geïntegreerde PV-dakpanelen, elke aanpak kan worden aangepast aan de locatieomstandigheden om een balans te vinden tussen energieopbrengst, waterdichtheid, structurele veiligheid en architectonische uitstraling.

Ooitech's Visie

Als wereldwijde leverancier van productielijnen voor zonnepanelen gelooft Ooitech dat de diversiteit aan daksituaties die hier worden beschreven — van pannendaken van villa's tot verhoogde fabrieksluifels — precies de reden is waarom modulekwaliteit en maatnauwkeurigheid zo belangrijk zijn aan de bron. Zonnedakpannen moeten passen bij de modulariteit van dakpannen, en verhoogde arrays moeten bestand zijn tegen tyfoonbelastingen, dus de fasen van framing, laminering en EL-testen in de moduleproductie bepalen direct of deze daken tientallen jaren waterdicht en veilig blijven. Voor ingenieurs die willen zien hoe betrouwbare modules daadwerkelijk worden gebouwd, biedt het volgen van het Ooitech YouTube-kanaal op www.youtube.com/ooitech een nadere blik op de productielijn achter elke betrouwbare dakinstallatie.