قبل تركيب وحدة واحدة على سطح تجاري، يجب التحقق من القدرة الهيكلية للمبنى لدعم الأحمال الإضافية التي تفرضها المجموعة الشمسية بشكل آمن - وليس فقط وزن اللوحة، ولكن أيضًا رفع الرياح وتراكم الثلوج والأحمال الديناميكية الناتجة عن الاهتزاز الناجم عن الرياح. يؤدي تخطي هذا التقييم أو التقليل من تحديده إلى التعرض للمسؤولية، والأهم من ذلك، مخاطر حقيقية على السلامة.
أنواع الأحمال الهيكلية من النظام الشمسي على السطح
يفرض النظام الكهروضوئي على السطح أربعة أنواع من الأحمال على هيكل المبنى:
- الحمولة الميتة (DL): الوزن الدائم للوحدات والأرفف وكتل الصابورة والمعدات الكهربائية. الحمولة الميتة للنظام النموذجي: 15-25 كجم/م² (3-5 رطل لكل قدم مربع) لأنظمة الأسقف المسطحة ذات الصابورة؛ 10-15 كجم/م2 لأنظمة الأسقف المائلة المثبتة ميكانيكيًا
- رفع الرياح (WU): الضغط السلبي (الشفط) على المصفوفة أثناء أحداث الرياح - غالبًا ما تكون حالة الحمل الحاكمة لأنظمة الصابورة ذات الأسطح المسطحة. تم حسابه وفقًا لمعيار ASCE 7-22 الفصل 30 لأحمال المكونات والكسوة
- حمل الثلج (SL): بالنسبة للمصفوفات المائلة، تراكم الثلوج بالإضافة إلى الانجراف المنزلق. بالنسبة للمصفوفات المسطحة/منخفضة الطبقة، يمكن أن يؤدي انجراف الثلوج غير المنتظمة بين صفوف اللوحات إلى إنشاء أحمال مركزة على مدادات معينة
- الحمل الزلزالي (E): في المناطق الزلزالية، تساهم كتلة المصفوفة في الكتلة الزلزالية للمبنى؛ يجب أن يقاوم المرسى التسارع الزلزالي الجانبي والرأسي
متطلبات IBC وASCE 7
في الولايات المتحدة، يخضع التصميم الهيكلي للطاقة الشمسية على الأسطح إلى ما يلي:
- IBC (كود البناء الدولي): مراجع ASCE 7 لمجموعات التحميل؛ يتطلب تقييم الأحمال الجديدة على المباني القائمة للتأكد من توافقها مع التعليمات البرمجية
- ASCE 7-22: معيار التصميم الإنشائي الذي يغطي الأحمال الميتة والحية والرياح والثلوج والزلازل؛ يغطي الفصل 29 أحمال الرياح على هياكل الأسطح على وجه التحديد
- إن إي سي 690: المتطلبات الكهربائية التي تؤثر على مواقع اختراق الأسطح ومتطلبات التأريض
- AHJ المحلية (السلطة ذات الاختصاص): قسم بناء المدينة/المقاطعة - تختلف متطلبات التحقق من الخطة وقد تتطلب ختم مهندس إنشائي مرخص
إجراءات تقييم المباني القائمة
لإضافة الطاقة الشمسية إلى مبنى قائم، عادة ما يتبع التقييم الهيكلي هذا التسلسل:
- مراجعة الوثيقة: الحصول على الرسومات الإنشائية الأصلية، إن وجدت. تم تصميم العديد من المباني التجارية بأحمال حية مسموح بها على السطح تبلغ 1.0-1.5 كيلو باسكال (20-30 رطل لكل قدم مربع)؛ يستخدم الحمل الشمسي الميت بعضًا من هذا الهامش
- فحص حالة السقف: الفحص البصري لسطح السقف والأغشية والروافد/المدادات والحاجز المحيطي بحثًا عن أي تدهور موجود قد يؤثر على السعة أو مواقع الاختراق
- حساب الحمل: حساب الحمل الميت الجديد، ورفع الرياح (باستخدام فئة التعرض ASCE 7 وV_ult المحلية)، وحمل الثلج لموقع الموقع، والأحمال الزلزالية إن أمكن
- تحليل القدرات: مقارنة الأحمال الجديدة + الأحمال الموجودة بقدرة الأعضاء الهيكلية؛ تحديد أي أعضاء يعانون من الضغط الزائد
- تصميم العلاج: إذا تم العثور على أعضاء مجهدة، فقم بتصميم التعزيز (الروافد الشقيقة، ومنصات الصابورة الإضافية، ونقاط الارتباط المعدلة) أو قم بمراجعة تخطيط الصفيف لتقليل الأحمال
نظام الصابورة ذو السقف المسطح: عادة ما يكون رفع الرياح هو الحمل الحاكم
ل أنظمة الأسطح المسطحة الصابورة (شائع في المباني التجارية ذات أسطح TPO/EPDM حيث يتم تقليل الاختراقات)، ويحكم رفع الرياح التصميم:
| التعرض للبناء | سرعة الرياح التصميمية (V_ult) | متطلبات الصابورة النموذجية |
|---|---|---|
| الضواحي / المحمية (التعرض ب) | 90-110 ميل في الساعة | 15-25 كجم/م² (صابورة 3-5 رطل لكل قدم مربع) |
| التضاريس المفتوحة (التعرض ج) | 100-120 ميل في الساعة | 25–45 كجم/م² (صابورة 5–9 رطل لكل قدم مربع) |
| المنطقة الساحلية / الأعاصير (التعرض د) | 140-170 ميلا في الساعة | 50-80 كجم/م² (10-16 رطل لكل قدم مربع) أو مطلوب ملحق ميكانيكي |
تتعرض مناطق الزوايا والحافة في السقف لضغوط رياح أعلى بكثير من تلك الموجودة في المناطق الداخلية - عادةً ما تكون 1.5-2× قيم المنطقة الداخلية. غالبًا ما يتطلب تخطيط اللوحة في مناطق الزاوية ثقلًا إضافيًا أو مثبتات ميكانيكية حتى عندما تكون المنطقة الداخلية ذات صابورة فقط.
متى يلزم مهندس إنشائي مرخص؟
تتطلب معظم الولايات القضائية الأمريكية خطابًا هيكليًا مرخصًا (مهندسًا محترفًا) أو رسومات مختومة للحصول على تصاريح الطاقة الشمسية على الأسطح. حتى عندما لا يكون ذلك مطلوبًا قانونًا، احصل على مراجعة PE عندما:
- الرسومات الهيكلية الأصلية غير متوفرة
- عمر المبنى أكثر من 20 سنة (تدهور محتمل)
- النظام كبير (> 100 كيلووات أو يغطي> 50% من السقف)
- منطقة الرياح هي التعرض C أو D
- تتجاوز أحمال الثلوج 1.0 كيلو باسكال (20 رطلًا لكل قدم مربع)
- يُظهر المبنى علامات واضحة للضائقة الهيكلية
تبلغ رسوم البولي إيثيلين عادةً ما بين 1500 إلى 5000 دولار أمريكي للتقييم التجاري على السطح - وهي تكلفة ضئيلة مقارنة بالمشروع والتعرض للمسؤولية بسبب التركيب الناقص.