Trong nhiều thập kỷ, phương pháp tiêu chuẩn để triển khai năng lượng mặt trời trên các nhà máy thương mại, nhà kính nông nghiệp và nhà kho logistics là trang bị thêm (retrofitting). Các công ty Kỹ thuật, Mua sắm và Xây dựng (EPC) sẽ đánh giá một mái bê tông hoặc kim loại hiện có, sau đó bắt vít khung giá đỡ lên trên đó. Mặc dù phương pháp BAPV này hiệu quả, nhưng nó đặt ra những thách thức kiến trúc lâu dài: sự xuống cấp của mái nhà, quá tải cấu trúc và những lỗi chống thấm không thể tránh khỏi trong vòng đời 25 năm.

Khi ngành năng lượng tái tạo trưởng thành, các nhà phát triển thương mại lớn đang chuyển dịch sang một giải pháp có cấu trúc vượt trội hơn: BIPV (Quang điện tích hợp công trình). Thay vì lắp thêm các tấm pin mặt trời lên mái nhà, các tấm pin mặt trời và ma trận giá đỡ bên dưới của chúng sẽ trở thành mái nhà.

Là đơn vị tiên phong trong các cấu trúc năng lượng mặt trời kiến trúc, Xiamen Sunforson Power Co., Ltd đã thiết kế các giải pháp lắp đặt BIPV thế hệ mới kết hợp giữa tính toàn vẹn kết cấu và khả năng cách nhiệt khí hậu tuyệt đối. Trong hướng dẫn kỹ thuật chuyên sâu này, chúng tôi sẽ phân tích các điểm khác biệt về mặt cơ học giữa giá đỡ truyền thống và BIPV, khám phá cách các rãnh thoát nước kết cấu loại bỏ nhu cầu sử dụng chất bịt kín hóa học.

Hình 1: Cấu trúc lắp đặt BIPV SunRack đóng vai trò là lớp bao che chống thấm chính cho một cơ sở công nghiệp

1. Sự chuyển dịch kiến trúc: Tĩnh tải BAPV so với Tích hợp cấu trúc BIPV

Để hiểu được giá trị của BIPV, nhà thầu EPC trước hết phải phân tích vật lý tòa nhà. Khi lắp đặt giá đỡ lắp đặt năng lượng mặt trời mái kim loại thương mại (BAPV) lên một nhà máy đang xuống cấp, bạn đang đưa thêm tĩnh tải thứ cấp vào. Các vì kèo thép của tòa nhà lúc này phải chịu trọng lượng của mái tôn ban đầu, cộng với các thanh ray nhôm năng lượng mặt trời, cộng với các tấm pin mặt trời bằng kính nặng. Ở các vùng có tuyết dày, trọng lượng kết hợp này thường vượt quá khả năng chịu lực tối đa của tòa nhà, buộc các nhà phát triển phải từ bỏ dự án.

Hệ thống lắp đặt BIPV lật ngược phương trình này. Bằng cách lột bỏ hoàn toàn mái kim loại lượn sóng truyền thống, các tấm pin mặt trời và lưới giá đỡ bằng nhôm chịu lực cao (AL6005-T5) được gắn chặt trực tiếp vào các xà gồ thép chính của tòa nhà. Kiến trúc một lớp này loại bỏ hàng ngàn pound kim loại thừa không cần thiết khỏi tòa nhà, biến đây thành lựa chọn kỹ thuật an toàn nhất cho các kết cấu nhịp lớn.

2. Kỹ thuật đằng sau khả năng chống thấm 100%: Hệ thống "Thanh W"

Câu hỏi phổ biến nhất về BIPV là: "Nếu không có mái kim loại bên dưới các tấm pin, cái gì ngăn nước mưa đổ xuống qua các khe hở giữa các module năng lượng mặt trời?"

Các thiết lập rẻ tiền, kém thiết kế cố gắng giải quyết vấn đề này bằng cách lấp đầy các khoảng trống bằng chất bịt kín silicone công nghiệp. Đây là một sai lầm kỹ thuật chí mạng. Dưới bức xạ cực tím mãnh liệt của mặt trời và sự giãn nở nhiệt của kim loại, silicone sẽ nứt, bong tróc và hỏng hóc trong vòng 3 đến 5 năm, dẫn đến tình trạng ngập úng bên trong thảm khốc.

Giải pháp BIPV của Sunforson dựa trên Chống thấm cơ học kết cấu, hoàn toàn loại bỏ nhu cầu sử dụng chất bịt kín hóa học. Các kỹ sư của chúng tôi đã thiết kế một lưới lồng vào nhau độc quyền bao gồm:

• Thanh dẫn hướng nước hình chữ W dọc: Thay vì các thanh đỡ phẳng, hệ thống BIPV sử dụng các máng nhôm hình chữ W sâu nằm ngay bên dưới các khe hở dọc của các tấm pin mặt trời. Bất kỳ nước mưa nào lọt qua giữa các module sẽ được các máng ngầm này hứng lại ngay lập tức và dẫn xuống dưới theo trọng lực.
• Kênh U ngang: Các khe hở ngang giữa các tấm pin được cố định bằng các cấu hình kênh U lồng vào nhau một cách liền mạch với các thanh W dọc, tạo ra một mạng lưới thoát nước dạng lưới không đứt quãng, dẫn nước an toàn đến mép ngoài của tòa nhà.
• Nén gioăng EPDM kép: Các tấm pin mặt trời được khóa chặt bằng các kẹp chuyên dụng được trang bị cao su EPDM chịu lực cao, chống tia UV. Khi các kẹp được siết chặt, cao su sẽ nén chặt vào mặt kính và các thanh nhôm, ngăn mưa do gió thổi hất ngược lên vào cơ sở.

Ma trận kỹ thuật: BAPV truyền thống so với Cấu trúc BIPV chống thấm

3. Vượt ra ngoài các tòa nhà: Sự kết hợp đồng điệu với bãi đỗ xe năng lượng mặt trời chống nước

Logic kỹ thuật của hệ thống thanh dẫn nước BIPV không chỉ giới hạn ở các tòa nhà khép kín. Trên thực tế, ứng dụng phổ biến và mang lại lợi nhuận cao nhất của nó là ở các bãi đỗ xe thương mại.

Khi các tập đoàn lắp đặt kết cấu mái che ô tô năng lượng mặt trời chống nước hạng nặng, họ thực chất đang xây dựng một mái che BIPV ngoài trời. Bằng cách sử dụng chính xác phương pháp thoát nước bằng thanh chữ W tương tự, mái che đảm bảo rằng các trạm sạc xe điện điện áp cao và các phương tiện đậu bên dưới luôn khô ráo 100% trong những cơn mưa như trút nước. Kiến trúc đa mục đích này biến một bãi đậu xe nhựa đường đang xuống cấp thành một tài sản tạo ra năng lượng có mái che cao cấp.

4. Tản nhiệt và Quản lý luồng không khí

Một mối quan tâm phổ biến đối với các hệ thống BIPV là nhiệt độ hoạt động của mô-đun. Do các tấm pin tạo thành một lớp mái vững chắc, có nguy cơ tích tụ nhiệt bên dưới kính, làm giảm hiệu suất chuyển đổi quang điện (hệ số nhiệt độ).

Không giống như khung giá đỡ năng lượng mặt trời mặt đất bằng nhôm quy mô tiện ích được hưởng lợi từ việc lưu thông gió ngoài trời ở mọi mặt, BIPV đòi hỏi thiết kế khí động học có chủ đích. Các kỹ sư của Sunforson tính toán và tích hợp các hành lang thông gió bên trong xà gồ kết cấu. Những khe hở vi mô này cho phép không khí nóng bốc lên thoát ra tự nhiên thông qua sự đối lưu, giữ cho mặt sau của các tấm pin mát mẻ và tối đa hóa sản lượng điện trong những tháng hè cao điểm.

Các câu hỏi thường gặp (FAQ) dành cho nhà phát triển dự án BIPV