Vítr a sníh: zatížení větrem, sněhem a krupobitím ve fotovoltaických systémech

Zima, nepohodlí a padající sníh: Když se zvedne vítr, a venku se začnou “ženit všichni čerti”, lidé se mohou schovat do svých domovů. Fotovoltaické systémy to nedokážou a jsou těmto povětrnostním podmínkám vystaveny. Co byste měli o zatížení fotovoltaických systémů větrem a sněhem vědět?

Klimatické změny jsou stále patrnější, ať se jedná o dlouhá období sucha, deště a krupobití nebo vydatné sněžení. Fotovoltaické systémy jsou těmto extrémním povětrnostním podmínkám vystaveny po celý rok. V důsledku toho působí na fotovoltaické moduly větší zatížení a ty musí být stále odolnější vůči různým typům zatížení.

Bílé krystaly

Zatížení sněhem namáhá moduly jednoduchým způsobem: sníh leží a nesklouzává, ať už kvůli sklonu nebo sněhovému chrániči. Umístění fotovoltaického systému přirozeně určuje množství sněhu na něm. Toto tlakové zatížení se obecně nazývá statické zatížení, protože sníh tlačí pouze shora dolů. Velikost zatížení závisí na množství a druhu sněhu. Například 10 cm prachového sněhu váží přibližně 10 kg/m², což odpovídá přibližně 100 Pa, zatímco mokrý rozbředlý sníh váží 40 kg/m² ≈ 400 Pa. 

Je větrno

Zatížení větrem je jiné. Vítr přichází z různých směrů, takže i zatížení modulů působí v různých směrech. Vítr může foukat i pod moduly. Spolu s odporem vzduchu přes spodní konstrukci mohou být moduly odstrkovány od střechy. Když vítr fouká vertikálně proti modulu rychlostí 50 km/h, odpovídá to zhruba tlaku větru 114 Pa v závislosti na hustotě a teplotě vzduchu.

Zatížení působící na solární moduly

V porovnání se zatížením sněhem se to nezdá být mnoho, ale různé směry, a především měnící se sací zatížení větru mohou způsobit mikrotrhliny. Ty se s každým novým zatížením zvětšují, rozšiřují, a nakonec mohou vést až k úplnému prasknutí modulu.  

Většina modulů v obytném sektoru vydrží zatížení větrem 2 400 Pa a zatížení sněhem 5 400 Pa. Některé moduly mají vyšší zatížení sněhem 6 000 Pa a zatížení větrem 4 000 Pa.   

Česká republika je rozdělena do různých zón zatížení větrem a sněhem. V zónách jsou určeny standardní hodnoty, kterým musí moduly odolávat.

Zóny zatížení sněhem v Česku

Zóny zatížení větrem v Česku

Malé a větší kroupy

Vzhledem k tomu, že jsou kroupy různé, není snadné uvést, kolik modul vydrží. Výrobci proto uvádějí, že modul vydrží kulaté kroupy určité velikosti až do maximální rychlosti. S certifikací IEC TÜV se testují a potvrzují standardní podmínky pro krupobití „25 mm kroupy při rychlosti 23 m/s“. 

Větší odolnost modulů

Výrobci modulů se potýkají s výzvou: Vzhledem ke stále silnějším extrémům počasí musí navrhovat výrobky, které jsou stále odolnější a stabilnější. Především způsob, jakým se tloušťka rámu modulů stále ztenčuje, se zdá být kontraproduktivní. Slabým místem modulů však není rám, ale samotná křemíková vrstva. Výrobci modulů se snaží jednotlivé vrstvy učinit stabilnějšími, například pomocí skleněné tabule na zadní straně nebo pružnějšího solárního článku. Tímto způsobem lze zabránit vzniku prasklin nebo trhlin.

Závěr

Při výběru modulu hraje rozhodující roli umístění fotovoltaického systému a přípustné zatížení modulu. Česká republika je rozdělena do různých zón zatížení sněhem a větrem. V obytné oblasti je běžné zatížení větrem 2 400 Pa a zatížení sněhem 5 400 Pa. V důsledku klimatických změn je počasí stále extrémnější. Mnoho výrobců proto zvyšuje odolnost svých modulů.  

Některé online nástroje, jako např. Dlubal.com, dokážou vypočítat zatížení velmi přesně a precizně. Při navrhování zátěží byste neměli být skoupí a raději hrát na jistotu, abyste předešli případnému poškození fotovoltaických systémů. 

Shrnutí:

• Fotovoltaické systémy jsou vystaveny stále většímu zatížení, včetně zatížení větrem, sněhem a krupobitím.
• Zatížení sněhem se považuje za statické zatížení, protože sníh na modul působí pouze shora dolů. Zatížení větrem je dynamické zatížení a působí v různých směrech.
• Česká republika je rozdělena do různých zón zatížení větrem a sněhem. Jsou definovány standardní hodnoty, kterým musí moduly v jednotlivých zónách odolávat.