ก่อนที่จะติดตั้งโมดูลเดี่ยวบนชั้นดาดฟ้าเชิงพาณิชย์ ความจุของโครงสร้างของอาคารจะต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อรองรับโหลดเพิ่มเติมที่กำหนดโดยแผงโซลาร์เซลล์อย่างปลอดภัย ไม่ใช่แค่น้ำหนักแผงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการยกตัวของลม การสะสมของหิมะ และโหลดแบบไดนามิกจากการสั่นสะเทือนที่เกิดจากลม การข้ามหรือระบุการประเมินนี้น้อยเกินไปจะทำให้เกิดความเสี่ยงต่อความรับผิด และที่สำคัญกว่านั้นคือความเสี่ยงด้านความปลอดภัยที่แท้จริง
ประเภทของภาระโครงสร้างจากระบบสุริยะบนหลังคา
ระบบ PV บนชั้นดาดฟ้ากำหนดภาระสี่ประเภทบนโครงสร้างอาคาร:
- โหลดตายตัว (DL): น้ำหนักถาวรของโมดูล ชั้นวาง บล็อกบัลลาสต์ และอุปกรณ์ไฟฟ้า น้ำหนักบรรทุกของระบบโดยทั่วไป: 15–25 กก./ตร.ม. (3–5 PSF) สำหรับระบบบัลลาสต์หลังคาเรียบ 10–15 กก./ตร.ม. สำหรับระบบหลังคาแหลมแบบติดกลไก
- การยกลม (WU): แรงดันลบ (การดูด) บนอาเรย์ระหว่างเหตุการณ์ลม - มักจะเป็นกรณีโหลดที่ควบคุมสำหรับระบบบัลลาสต์หลังคาเรียบ คำนวณตาม ASCE 7-22 บทที่ 30 สำหรับการโหลดส่วนประกอบและการหุ้ม
- ปริมาณหิมะ (SL): สำหรับอาร์เรย์แหลม การสะสมของหิมะ บวกกับดริฟท์แบบเลื่อนออก สำหรับอาร์เรย์แบบแบน/แบบพิตช์ต่ำ หิมะที่ลอยไม่สม่ำเสมอระหว่างแถวแผงสามารถสร้างภาระที่เข้มข้นบนแปเฉพาะ
- แรงแผ่นดินไหว (E): ในเขตแผ่นดินไหว มวลอาเรย์จะส่งผลต่อมวลแผ่นดินไหวของอาคาร การทอดสมอจะต้องต้านทานการเร่งแผ่นดินไหวด้านข้างและแนวตั้ง
ข้อกำหนด IBC และ ASCE 7
ในสหรัฐอเมริกา การออกแบบโครงสร้างพลังงานแสงอาทิตย์บนชั้นดาดฟ้าอยู่ภายใต้การควบคุมของ:
- IBC (รหัสอาคารระหว่างประเทศ): อ้างอิง ASCE 7 สำหรับการรวมโหลด กำหนดให้มีการประเมินโหลดใหม่ในอาคารที่มีอยู่เพื่อให้สอดคล้องกับรหัส
- ASCE 7-22: มาตรฐานการออกแบบโครงสร้างครอบคลุมถึงภาระที่ตายแล้ว มีชีวิต ลม หิมะ และแผ่นดินไหว บทที่ 29 ครอบคลุมถึงแรงลมบนโครงสร้างหลังคาโดยเฉพาะ
- เอ็นอีซี 690: ข้อกำหนดทางไฟฟ้าที่มีอิทธิพลต่อตำแหน่งการเจาะหลังคาและข้อกำหนดด้านสายดิน
- AHJ ในพื้นที่ (ผู้มีอำนาจที่มีเขตอำนาจศาล): แผนกอาคารเมือง/เขต - ข้อกำหนดในการตรวจสอบแผนแตกต่างกันไปและอาจต้องมีตราประทับของวิศวกรโครงสร้างที่ได้รับอนุญาต
ขั้นตอนการประเมินอาคารที่มีอยู่
สำหรับการเพิ่มพลังงานแสงอาทิตย์ให้กับอาคารที่มีอยู่ การประเมินโครงสร้างโดยทั่วไปจะเป็นไปตามลำดับนี้:
- การตรวจสอบเอกสาร: รับแบบโครงสร้างต้นฉบับ ถ้ามี อาคารพาณิชย์หลายแห่งได้รับการออกแบบให้รับน้ำหนักหลังคาได้ 1.0–1.5 kPa (20–30 psf); โหลดเสียจากแสงอาทิตย์ใช้ส่วนต่างนี้บางส่วน
- การตรวจสอบสภาพหลังคา: การตรวจสอบด้วยสายตาของดาดฟ้า เมมเบรน ตง/แป และเชิงเทิน เพื่อดูการเสื่อมสภาพที่มีอยู่ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อความจุหรือตำแหน่งการเจาะทะลุ
- การคำนวณภาระ: คำนวณปริมาณการตายใหม่ การยกของลม (โดยใช้หมวดหมู่การสัมผัส ASCE 7 และ V_ult ในพื้นที่) ปริมาณหิมะสำหรับตำแหน่งของไซต์งาน และแรงแผ่นดินไหว หากมี
- การวิเคราะห์ความจุ: เปรียบเทียบโหลดใหม่ + โหลดที่มีอยู่กับความจุของสมาชิกโครงสร้าง ระบุสมาชิกคนใดที่มีความเครียดมากเกินไป
- การออกแบบการแก้ไข: หากพบชิ้นส่วนที่มีการรับน้ำหนักเกิน ให้ออกแบบการเสริมแรง (ตงคู่ แผ่นบัลลาสต์เพิ่มเติม จุดยึดที่ปรับเปลี่ยน) หรือแก้ไขโครงร่างอาเรย์เพื่อลดโหลด
ระบบบัลลาสต์หลังคาเรียบ: การยกลมมักเป็นภาระควบคุม
สำหรับ ระบบหลังคาเรียบบัลลาสต์ (โดยทั่วไปในอาคารพาณิชย์ที่มีหลังคา TPO/EPDM ซึ่งลดการเจาะทะลุ) การยกลมจะควบคุมการออกแบบ:
| การเปิดเผยอาคาร | ความเร็วลมออกแบบ (V_ult) | ข้อกำหนดบัลลาสต์ทั่วไป |
|---|---|---|
| ชานเมือง / ที่กำบัง (ค่าแสง B) | 90–110 ไมล์ต่อชั่วโมง | 15–25 กก./ตร.ม. (บัลลาสต์ 3–5 PSF) |
| ภูมิประเทศแบบเปิด (ค่าแสง C) | 100–120 ไมล์ต่อชั่วโมง | 25–45 กก./ตร.ม. (บัลลาสต์ 5–9 PSF) |
| เขตชายฝั่ง / พายุเฮอริเคน (ค่าแสง D) | 140–170 ไมล์ต่อชั่วโมง | 50–80 กก./ตร.ม. (10–16 PSF) หรือต้องใช้อุปกรณ์ยึดเชิงกล |
โซนมุมและขอบของหลังคามีแรงดันลมสูงกว่าด้านในอย่างมาก ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1.5–2 เท่าของค่าโซนภายใน เค้าโครงแผงในโซนมุมมักจะต้องใช้บัลลาสต์หรือพุกเชิงกลเพิ่มเติม แม้ว่าโซนภายในจะเป็นแบบบัลลาสต์เท่านั้นก็ตาม
วิศวกรโครงสร้างที่มีใบอนุญาตจำเป็นต้องมีเมื่อใด?
เขตอำนาจศาลส่วนใหญ่ของสหรัฐอเมริกากำหนดให้มีจดหมายโครงสร้าง PE (วิศวกรมืออาชีพ) ที่มีใบอนุญาตหรือแบบประทับตราสำหรับใบอนุญาตพลังงานแสงอาทิตย์บนหลังคา แม้จะไม่ได้กำหนดไว้ตามกฎหมาย ให้ขอรับการตรวจสอบ PE เมื่อ:
- แบบโครงสร้างต้นฉบับไม่พร้อมใช้งาน
- อาคารมีอายุเกิน 20 ปี (อาจเสื่อมสภาพได้)
- ระบบมีขนาดใหญ่ (>100 kW หรือครอบคลุม >50% ของหลังคา)
- โซนลมคือ Exposure C หรือ D
- ปริมาณหิมะเกิน 1.0 kPa (20 psf)
- อาคารแสดงสัญญาณของความเสียหายทางโครงสร้างที่มองเห็นได้
โดยทั่วไปค่าธรรมเนียม PE จะอยู่ที่ 1,500–5,000 ดอลลาร์สำหรับการประเมินหลังคาเชิงพาณิชย์ ซึ่งเป็นค่าใช้จ่ายเล็กน้อยเมื่อเทียบกับโครงการและความรับผิดจากการติดตั้งที่บกพร่อง