Khi nhu cầu về năng lượng xanh tiếp tục tăng, ngày càng có nhiều doanh nghiệp công nghiệp và thương mại chọn lắp đặt hệ thống quang điện (PV) trên mái nhà của họ để tự chủ về năng lượng và giảm chi phí vận hành. Tuy nhiên, sự thành công của một dự án PV không chỉ phụ thuộc vào các mô-đun PV và bộ biến tần; việc lựa chọn hệ thống giá đỡ cũng đóng một vai trò quan trọng. Giá đỡ không chỉ chịu trách nhiệm vật lý là hỗ trợ các mô-đun mà còn là một liên kết quan trọng trong việc đảm bảo an toàn, ổn định và vận hành lâu dài của toàn bộ hệ thống.
Mái nhà công nghiệp và thương mại, đặc trưng bởi quy mô lớn và kết cấu phức tạp, có nhiều loại và vật liệu khác nhau. Mái bằng và mái dốc khác nhau về cơ bản về phương pháp lắp đặt và thiết kế giá đỡ.
- Mái bê tông thường có khả năng chịu tải lớn, nhưng phải chú ý đến việc gia cố các kết cấu cục bộ.
- Mái tôn màu, do vật liệu nhẹ và mỏng, đòi hỏi các giải pháp cố định chuyên biệt để ngăn ngừa rò rỉ nước từ việc khoan lỗ.
- Các vật liệu đặc biệt như nhựa gia cường sợi thủy tinh (FRP) đòi hỏi các kỹ thuật cố định tinh vi hơn và các biện pháp chống ăn mòn.
Trước khi bắt đầu một dự án, việc giao phó cho các tổ chức chuyên nghiệp tiến hành đánh giá kết cấu chi tiết và tính toán tải trọng là điều kiện tiên quyết để đảm bảo an toàn. Một hệ thống PV thường tăng thêm trọng lượng tự thân từ 15 đến 25 kg trên mỗi mét vuông; khi kết hợp với tải trọng gió và tuyết, điều này gây thêm áp lực lên mái nhà. Việc bỏ qua việc xác minh kết cấu có thể dễ dàng dẫn đến biến dạng mái cục bộ, thấm nước hoặc thậm chí các mối nguy hiểm về an toàn nghiêm trọng hơn, cuối cùng ảnh hưởng đến tuổi thọ và mức độ an toàn của tòa nhà. Do đó, việc thiết kế và lắp đặt giá đỡ chỉ có thể tiến hành khi kết cấu mái và khả năng chịu tải được xác nhận rõ ràng để đáp ứng các yêu cầu, tránh việc làm lại hoặc tai nạn do các vấn đề về kết cấu trong tương lai.
Thiết kế giá đỡ hợp lý không chỉ phải đáp ứng các yêu cầu chịu tải an toàn mà còn phải tính đến các đường thoát nước ban đầu của mái nhà và việc bảo vệ các lớp chống thấm. Trong quá trình thiết kế, điều cần thiết là phải đảm bảo rằng nền móng giá đỡ không chặn dòng chảy của nước mưa, ngăn ngừa sự tích tụ nước và rò rỉ sau đó. Đồng thời, cần chú ý bảo vệ lớp cách nhiệt mái để tránh giảm hiệu quả cách nhiệt do khoan lỗ hoặc hư hỏng cục bộ. Chỉ bằng cách cân bằng an toàn và bảo vệ mái, sự cùng tồn tại hài hòa của hệ thống PV và tòa nhà mới có thể đạt được.
Việc lựa chọn vật liệu giá đỡ phù hợp có liên quan trực tiếp đến tuổi thọ và chi phí bảo trì của hệ thống PV. Hiện tại, các vật liệu chủ đạo trên thị trường là hợp kim nhôm và thép mạ kẽm nhúng nóng.
- Hợp kim nhôm, có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và dễ gia công, thường được sử dụng trong các dự án có yêu cầu nhẹ cao. Nó thuận tiện để lắp đặt, chống ăn mòn và phù hợp với các xưởng công nghiệp nói chung hoặc mái nhà kết cấu nhẹ.
- Thép mạ kẽm nhúng nóng, với độ bền kết cấu tuyệt vời và khả năng chống ăn mòn, được sử dụng rộng rãi ở những khu vực dễ bị tuyết rơi dày hoặc khí hậu khắc nghiệt, đặc biệt là đối với mái nhà thương mại lớn.
Ở các khu vực ven biển và có độ ẩm cao, ăn mòn do muối phun gây ra một thách thức nghiêm trọng đối với hệ thống giá đỡ. Muối trong môi trường biển làm tăng tốc độ ăn mòn kim loại, dẫn đến sự lão hóa sớm của giá đỡ hoặc thậm chí là hỏng kết cấu. Do đó, đối với các dự án như vậy, phải sử dụng thép mạ kẽm nhúng nóng với độ dày lớp phủ kẽm đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn, cùng với các đầu nối bằng thép không gỉ hoặc chống ăn mòn cao cấp. Một số khách hàng cũng có thể chọn các phương pháp xử lý phun bề mặt hoặc anodizing để tăng cường hơn nữa khả năng chống chịu thời tiết. Chất lượng vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định lâu dài của dự án và chi phí bảo trì; đầu tư hợp lý trong giai đoạn đầu có thể giảm thiểu rủi ro bảo trì sau này và đảm bảo hệ thống hoạt động không gặp sự cố trong nhiều năm.
Mái nhà công nghiệp và thương mại được phân bố trên khắp các vùng khí hậu khác nhau trong cả nước, vì vậy thiết kế phải được điều chỉnh theo điều kiện địa phương và phù hợp chính xác với các yêu cầu về môi trường. Tải trọng gió và tải trọng tuyết là hai yếu tố thiết kế chính.
- Ở những khu vực có tuyết rơi nhiều, góc nghiêng thiết kế của giá đỡ mái thường được đặt tương đối lớn để thúc đẩy sự trượt tự nhiên của tuyết tích tụ, ngăn ngừa hư hỏng kết cấu do tuyết tích tụ quá mức.
- Ở những khu vực có gió mạnh, cần phải tăng cường các bu lông neo và thiết kế giằng chéo để cải thiện khả năng chống gió tổng thể và đảm bảo an toàn cho hệ thống trong các cơn bão và mưa lớn.
Một thiết kế một kích thước phù hợp với tất cả, bỏ qua các yếu tố môi trường này có khả năng tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn trong thời gian sử dụng, dẫn đến chi phí bảo trì cao.
Quá trình thiết kế cũng phải cân bằng giữa an toàn và chi phí. Mặc dù thiết kế quá mức có thể làm tăng hệ số an toàn của hệ thống, nhưng nó cũng đồng nghĩa với chi phí vật liệu và xây dựng cao hơn; ngược lại, các thiết kế tiết kiệm chi phí quá mức có thể dẫn đến rủi ro vận hành và giảm hiệu quả phát điện. Một thiết kế khoa học nên dựa trên các khảo sát hiện trường chi tiết và phân tích tải trọng chính xác, kết hợp với nhu cầu thực tế của dự án, để đạt được cả an toàn và độ tin cậy cũng như hiệu quả kinh tế, tối đa hóa lợi tức đầu tư (ROI) của hệ thống PV.
Việc xử lý các chi tiết trong giai đoạn thi công thường quyết định sự thành công hay thất bại của một dự án PV. Xây dựng nghiêm ngặt theo bản vẽ thiết kế là nền tảng, nhưng quan trọng hơn, phải chú ý đến các chi tiết như siết chặt từng đầu nối, xử lý chống thấm các điểm cố định và hiệu chỉnh ngang của giá đỡ.
Khó khăn trong việc xây dựng mái tôn màu nằm ở việc ngăn ngừa rò rỉ mái do khoan lỗ. Điều này đòi hỏi việc sử dụng các ốc vít và vật liệu bịt kín chuyên dụng dựa trên các loại tấm thép định hình khác nhau để đảm bảo rằng chức năng bảo vệ của mái không bị hư hỏng.
Các đội xây dựng chuyên nghiệp sẽ chọn các kỹ thuật lắp đặt phù hợp nhất dựa trên vật liệu mái và đặc điểm kết cấu để đảm bảo rằng kết nối giữa giá đỡ và mái là chắc chắn và an toàn. Trong quá trình thi công, nên dành đủ các kênh bảo trì để tránh những khó khăn trong việc vệ sinh và bảo trì sau này do sự che phủ của các mô-đun PV. Xây dựng chất lượng cao không chỉ kéo dài tuổi thọ của hệ thống PV mà còn giảm bớt khó khăn và chi phí vận hành và bảo trì sau này, đóng vai trò là một liên kết quan trọng trong việc đảm bảo lợi ích lâu dài của dự án.
Giá trị của một hệ thống PV nằm ở khả năng phát điện ổn định lâu dài của nó, vì vậy không thể bỏ qua việc thiết kế cho vận hành và bảo trì (O&M). Lập kế hoạch hợp lý các kênh kiểm tra và không gian bảo trì, tránh xếp chồng mô-đun và đảm bảo việc sử dụng bình thường của nhân viên vệ sinh và thiết bị kiểm tra là những điều kiện tiên quyết quan trọng để đảm bảo hiệu quả lâu dài của hệ thống. Vệ sinh và kiểm tra thường xuyên có thể làm giảm hiệu quả tác động của bụi, phân chim, v.v. đối với hiệu quả phát điện của các mô-đun và kéo dài tuổi thọ của hệ thống.
Ngoài ra, việc ứng dụng các hệ thống giám sát thông minh đã trở thành một tính năng tiêu chuẩn của các dự án PV hiện đại. Bằng cách theo dõi dữ liệu phát điện và trạng thái thiết bị theo thời gian thực, nhân viên O&M có thể nhanh chóng xác định và giải quyết các vấn đề bất thường, ngăn chặn các lỗi nhỏ mở rộng và ảnh hưởng đến việc phát điện. Các chức năng chẩn đoán từ xa và báo động tự động cải thiện đáng kể hiệu quả O&M và tiết kiệm chi phí nhân công và thời gian. Sự kết hợp giữa một kế hoạch O&M hợp lý và giám sát thông minh sẽ đảm bảo rằng các hệ thống PV gắn trên mái nhà công nghiệp và thương mại duy trì hoạt động hiệu quả và ổn định trong hơn 20 năm, tối đa hóa lợi tức đầu tư.
Giá trị của một hệ thống PV nằm ở khả năng chịu đựng thử thách của thời gian và môi trường. Là nền tảng của hệ thống PV, hệ thống giá đỡ đòi hỏi việc lựa chọn vật liệu và thiết kế phù hợp, quản lý xây dựng nghiêm ngặt và một kế hoạch O&M được phát triển tốt để thực sự đạt được sự an toàn, ổn định và lợi nhuận hiệu quả của các dự án PV gắn trên mái nhà công nghiệp và thương mại.
