Репортаж от Wedoany，Водоканал округа Мауи установил низконаклонные, непроникающие балластные фотоэлектрические массивы на крыше круглого бетонного резервуара для хранения воды. Постоянная мощность массивов составляет примерно от 105 до 141 кВт, вырабатываемая электроэнергия напрямую используется для компенсации нагрузки объекта, на котором расположен резервуар. Проект реализован компанией Johnson Controls в качестве подрядчика.
Перекачка воды обычно является основной нагрузкой на электроэнергию для питьевых водоканалов. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) отмечает, что около 80% затрат на муниципальную очистку и распределение воды приходится на электроэнергию; энергия также часто является крупнейшей контролируемой статьей эксплуатационных расходов, составляя примерно от 25% до 30% затрат на техническое обслуживание и эксплуатацию (O&M). Ровные и солнечные свободные участки вблизи объектов нагрузки встречаются редко, особенно на островах.
Эти массивы не проникают в крышу и используют балластный метод крепления — фиксацию за счет веса, а не крепежных элементов. Сами солнечные модули относительно легкие, ключевой вопрос заключается в том, какой балласт может выдержать резервуар, что в основном зависит от сейсмического поведения, а не от самой крыши. Эти резервуары эксплуатируются уже несколько десятилетий; перед установкой инженеры-конструкторы заранее определили их несущую способность на основе оригинальных чертежей или полевой оценки.
Фотоэлектрические модули и система крепления имеют прямоугольную форму, а крыша резервуара — круглую. Массивы необходимо размещать во внутренней круглой зоне, соблюдая отступы от изогнутых краев и обходя действующие смотровые люки, вентиляционные отверстия и контрольные точки. Максимизация площади внутри круга при сохранении периметральных отступов и запретных зон является основной компоновочной задачей систем крепления на резервуарах, поэтому эти массивы представляют собой плотные прямоугольные зоны с уступами по краям.
Компоновка также должна соответствовать требованиям противопожарных проходов для кровельных фотоэлектрических систем. Согласно разделу 1204.3 главы 12 Международного кодекса пожарной безопасности 2018 года о путях доступа на плоских крышах, в проекте предусмотрен четкий периметральный проход шириной не менее четырех футов вокруг массивов, а также четырехфутовая зона свободного пространства вокруг каждого смотрового люка на крыше. Базовое требование кодекса к периметру составляет шесть футов; согласно исключению из раздела 1204.3.1, когда любой из размеров конструкции составляет 250 футов или менее, периметр может быть уменьшен до четырех футов. Данный проект подпадает под это исключение, что позволило сохранить проходы и вернуть полезную площадь крыши.
Резервуары высокие и обычно расположены на высоких открытых площадках, что создает значительные ветровые нагрузки. Балластные массивы сопротивляются выдергивающим усилиям за счет веса; увеличение балласта усиливает боковые силы при сейсмических нагрузках, поэтому масса является палкой о двух концах. Вода в резервуаре реагирует на землетрясение и создает собственные боковые силы, что делает баланс между балластом и сейсмикой на резервуарах более жестким, чем на обычных зданиях: до добавления любого балласта резервуар уже несет значительные сейсмические нагрузки. Ограничением является не несущая способность крыши по весу — панели легкие и в значительной степени заменяют пешеходную временную нагрузку, на которую крыша изначально была рассчитана; ограничением является то, какой дополнительный сейсмический вес балласт может добавить резервуару, уже испытывающему сейсмические нагрузки от хранящейся воды. Ветер и сейсмика должны решаться совместно: размер балласта определяется по ветровому выдергивающему усилию согласно стандарту нагрузок ASCE 7 Американского общества инженеров-строителей, затем проверяется, не выводит ли добавленный вес сейсмический сценарий за пределы, и выполняется итеративное согласование обоих факторов. Низконаклонные модули меньше захватывают ветер, что соответственно уменьшает требуемый балласт.
Срок службы фотоэлектрических массивов может достигать нескольких десятилетий, а резервуар под ними рассчитан на еще более длительную эксплуатацию и не должен выходить из строя из-за солнечной установки. EPA рассматривает открытые смотровые люки и поврежденные вентиляционные решетки как санитарный риск для хранения готовой воды; неправильная компоновка кровельного массива может затруднить доступ или повредить эти элементы. Поэтому смотровые люки, вентиляционные отверстия и контрольные точки остаются свободными, а компоновка предусматривает проходы для финального внутреннего осмотра и повторного покрытия. Поскольку на плоской крыше скапливается вода, модули и кабелепроводы размещены на возвышении, в обход низменных участков.
Инверторы, разъединители и распределительные щиты установлены на отдельных стойках на земле рядом с резервуаром, а не на его стене, что выносит тяжелое оборудование за пределы конструкции. Проводники, прокладываемые вдоль стен, закрепляются анкерами, подходящими для конструкции резервуара, а способ крепления соответствует типу конкретной стены. Выходная мощность массивов передается по кабелям на наземные инверторы.
Установка фотоэлектрических систем на крышах резервуаров рассматривается как воспроизводимый метод, а не разовый проект: преобразование уже имеющейся инфраструктуры коммунального предприятия в распределенную генерацию, компенсирующую большую часть электрической нагрузки объекта и снижающую эксплуатационные расходы на критически важные услуги водоснабжения. Порядок выполнения на каждом объекте единообразен: сначала структурная оценка, затем балластные непроникающие массивы, расчет ветра и балласта как связанной задачи оптимизации, оптимизация массива в пределах круглого периметра и обеспечение функций обслуживания самого резервуара как первоочередного требования.
Более широкий вывод заключается в том, что наиболее ценные площадки для солнечной энергетики иногда уже построены. Крыша резервуара — это не свободная земля, а ограниченная конструкция со строгими правилами; однако для коммунальных предприятий с дефицитом земли и высокой нагрузкой на перекачку резервуары для хранения воды могут стать наилучшим местом для производства электроэнергии, приводящей в движение эту воду.
