01
Resumen del proyecto
Con la formulación de la estrategia nacional de "carbono dual", la conservación de energía, la reducción de emisiones y el desarrollo de energías limpias se han convertido en estrategias clave para el desarrollo de mi país. La energía solar se considera la fuente de energía más limpia, segura y fiable del futuro. Bosch, que prioriza la protección del medio ambiente como principio corporativo fundamental y un foco principal de innovación tecnológica, responde activamente a esta estrategia nacional con la planificación de la instalación de un sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida en la azotea de su fábrica de Changsha. La azotea cubre aproximadamente 25.000 metros cuadrados y tiene una capacidad de generación diseñada de aproximadamente 1,8 MW.
El techo de la fábrica de Changsha Bosch cuenta con un sistema de techado de membrana impermeable de una sola capa. De abajo a arriba, las capas estructurales son: chapa de acero corrugado de 0,8 mm de espesor → barrera de vapor de membrana de PE de 0,3 mm de espesor → panel aislante de lana de roca de 50+50 mm de espesor → membrana impermeable de PVC de 1,5 mm de espesor (fijada mecánicamente). Debido a que la membrana del techo ha estado en uso durante más de una década, se ha deteriorado. Continuar utilizando la capa impermeabilizante existente pronto requeriría una renovación, lo que resultaría en costos adicionales de desmantelamiento, desmantelamiento y restauración del sistema fotovoltaico. Por lo tanto, para respaldar la implementación del proyecto de generación de energía fotovoltaica distribuida en la azotea y garantizar que el ciclo de vida de la membrana impermeabilizante de la azotea coincida con la generación de energía fotovoltaica, se requirió una renovación integral de la impermeabilización del techo antes de la construcción del sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida en la azotea.
02
Diseño del Proyecto
2.1
Diseño del Plan de Renovación de la Impermeabilización
Dado que la producción normal en la fábrica no podía interrumpirse, tras numerosas conversaciones con el propietario, se decidió conservar la membrana impermeable de PVC original y retirar únicamente la parte que afectaba al sellado de la nueva. Simultáneamente, para evitar la migración acelerada de plastificantes en la nueva membrana impermeable de PVC, se añadió una capa aislante y protectora de tejido no tejido de poliéster de 80 g/m² a la membrana impermeable original. Finalmente, se colocó y construyó una nueva capa de membrana impermeable de PVC mediante fijación mecánica (Figura 1).
Figura 1 Estructura de renovación de impermeabilización de cubierta
Para garantizar que la vida útil de la membrana para techos sea compatible con la generación de energía fotovoltaica, se seleccionó la membrana impermeabilizante de PVC S327-15L de alta gama de Sika Sarnafil, de 1,5 mm de espesor. Este material ofrece una excelente resistencia a la intemperie (prueba de envejecimiento acelerado de 8000 horas), una resistencia superior a la tracción, alta reflectividad solar (cumple con los requisitos de la certificación LEED) y un recubrimiento autolimpiable especial que reduce la adherencia del polvo y deja el techo como nuevo después de la lluvia.
2.2
Diseño de la base de montaje para sistemas fotovoltaicos
En general, la carga reservada para un techo de membrana impermeabilizante de una sola capa no es suficiente para soportar el peso de los bloques de hormigón prefabricados. Además, la resistencia a la compresión de la base del techo no es alta, y el peso de los bloques de hormigón prefabricados puede causar fácilmente la acumulación local de agua. Por lo tanto, no se recomienda utilizar el método tradicional de fijación con contrapeso de bloques de hormigón prefabricados (Figura 2) en un techo de membrana impermeabilizante de una sola capa. Si se utiliza el nuevo método de soporte y fijación de componentes de acero prefabricado (Figura 3), se causarán graves daños a la membrana impermeabilizante del techo, se complicarán las reparaciones de impermeabilización y se prolongará el plazo de construcción.
Figura 2 Fijación del contrapeso del bloque de hormigón prefabricado Figura 3 Fijación del soporte de acero prefabricado añadido
La instalación de sistemas fotovoltaicos en un techo de membrana impermeable monocapa requiere una base de soporte fotovoltaica que minimice los daños a la membrana impermeable, simplifique la reparación de membranas dañadas, agilice la instalación y cumpla con los requisitos de resistencia al viento. Para ello, se ha desarrollado especialmente un "soporte fotovoltaico de membrana flexible" (Figura 4). Este soporte está compuesto por un disco de acero inoxidable 304, un cilindro y una membrana flexible, todos ensamblados mediante tecnología patentada.
Figura 4 Soporte fotovoltaico de rollo flexible
El soporte fotovoltaico en rollo flexible se realiza perforando previamente agujeros para penetrar el rollo impermeabilizante del techo, el panel aislante, la membrana de barrera de vapor y la placa de acero corrugado, luego insertando una tuerca remachable y luego usando una herramienta especial para fijarla en la cresta de la placa de acero corrugado; luego use un tornillo de fijación M8 para conectar el soporte y la tuerca remachable para fijar el soporte en el rollo impermeabilizante del techo; finalmente, use soldadura de aire caliente para conectar el rollo flexible del soporte (el mismo producto y calidad que el rollo impermeabilizante del techo) con el rollo impermeabilizante del techo para formar una capa impermeable completa y al mismo tiempo reparar la perforación (Figura 5).
Figura 5: Conexión y fijación del soporte fotovoltaico en rollo flexible y placa de acero corrugada del techo
Según los datos de prueba realizados por el Grupo de Inspección y Certificación de Materiales de Construcción de China, Suzhou Co., Ltd., la fuerza de extracción del soporte fotovoltaico flexible conectado a la placa de acero de 0,8 mm es de 5,7 kN. Considerando el factor de seguridad de 2 en el diseño, la carga de diseño del soporte fotovoltaico flexible es de 2,85 kN/pieza.
2.3
Tipo de montaje fotovoltaico y diseño de base fija
Tras la decisión de utilizar soportes fotovoltaicos flexibles de tipo rollo para la base fija del soporte, el diseño del soporte se diseñó para garantizar una conexión segura entre la base fija y el soporte fotovoltaico. La base fija también se dispuso estratégicamente para cumplir con los requisitos de resistencia al arranque por carga de viento de los módulos fotovoltaicos individuales.
Este proyecto empleó una estructura de soporte de doble hilera y una sola pendiente de 16°. Cada soporte consta de dos pies de columna conectados al soporte fotovoltaico flexible de tipo rollo, que se fija al techo enrollable impermeable de una sola capa mediante pernos de fijación M8 (Figura 6).
Figura 6 Nodo de conexión del pie de la columna del soporte fotovoltaico
La disposición de las bases fijas se basa en las normas GB 50009-2012 "Código de Cargas en Estructuras de Edificación", GB 50797-2012 "Código de Diseño de Centrales Fotovoltaicas" y NB/T 10115-2018 "Código de Diseño de Estructuras de Soporte Fotovoltaicas". Se calcula la resistencia al arranque por carga de viento que requiere el módulo fotovoltaico y se verifica la resistencia de los rieles, vigas y columnas de soporte para determinar el número y la separación de las bases fijas.
03
Renovación de la impermeabilización de cubiertas
3.1
Limpieza de la base del techo
Limpie la basura y las áreas polvorientas del techo, la mayoría de las cuales se concentran cerca de los bajantes del techo.
3.2
Colocación de la capa aislante de tela no tejida
Tras limpiar la base del tejado, coloque una capa protectora aislante de poliéster no tejido de 80 g/m² sobre la membrana impermeable de PVC original. La colocación debe ser plana y recta, con un solape de 80 mm.
3.3
Instalación de nueva membrana impermeabilizante de PVC
Antes de la instalación formal, se realiza una preinstalación, se endereza y se fija con fijaciones en bobina, y posteriormente se coloca otra bobina para cubrir las fijaciones. El ancho de solape es de 120 mm (el ancho de solape del lado corto es de 80 mm). Finalmente, los bordes de solape se sueldan mediante una máquina de soldadura automática. El ancho de soldadura efectivo de los bordes de solape es ≥25 mm.
3.4
Impermeabilización de juntas detalladas
Se quitaron y limpiaron las membranas impermeables originales en los detalles del techo, como parapetos, tragaluces, ventiladores de techo, aberturas y bajantes que afectan el cierre de las nuevas membranas impermeables, y se utilizaron nuevas membranas impermeables de PVC para reprocesar los detalles.
3.5
Limpieza final y autoinspección
Una vez finalizada la construcción, limpie y arregle el techo. Luego, utilice un gancho de inspección especial para verificar la calidad de las soldaduras. Si encuentra algún problema, repárelo de inmediato.
3.6
Aprobación de la obra de impermeabilización
Tras aprobar la autoinspección y la inspección de agua de lluvia, se determinó que el techo no presentaba goteras y obtuvo la aprobación del propietario. A continuación, se inició la construcción del sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida en la azotea. El techo, tras la renovación de la impermeabilización, se muestra en la Figura 7.
Figura 7 Techo después de la renovación de impermeabilización
04
Construcción de un sistema de generación de energía fotovoltaica distribuida sobre tejado
4.1
Instalación de la lámina de montaje fotovoltaica flexible
Instale el soporte fotovoltaico de rollo flexible de acuerdo con los siguientes pasos: 1) Ubique la línea de resorte de acuerdo con el diagrama de diseño de la base fija del soporte fotovoltaico y realice los ajustes correspondientes de acuerdo con la posición de la cresta de la placa de acero corrugado del techo para determinar el punto de soporte; 2) Taladre previamente agujeros en el techo en la posición del punto de soporte y fije la tuerca remachable en la cresta de la placa de acero corrugado a través de la tuerca remachable; 3) Ancle el tornillo de fijación M8 en la tuerca remachable y, al mismo tiempo, apriete el soporte fotovoltaico de rollo flexible y el tornillo de fijación M8 a la membrana impermeabilizante del techo; 4) Use una pistola de soldadura manual para soldar con aire caliente el rollo flexible del soporte a la membrana impermeabilizante del techo; 5) Después de instalar el soporte, use un detector de fugas de vacío para verificar la calidad de la soldadura para asegurarse de que no haya riesgo de fugas.
4.2
Instalación del sistema de montaje fotovoltaico
Una vez completada la base de montaje del soporte fotovoltaico, se puede instalar el soporte. Dado que el soporte es una estructura metálica, sus bordes y esquinas pueden perforar fácilmente la membrana impermeabilizante del techo. Por lo tanto, es necesario proteger la membrana impermeabilizante terminada durante el proceso de izado e instalación. Se utilizan alfombras y tablas de madera para proteger la zona de izado.
Al instalar un soporte fotovoltaico en un techo con membrana impermeabilizante monocapa, se debe evitar en la medida de lo posible cortar y soldar. Por lo tanto, se perforan agujeros previamente en el soporte durante la fabricación en fábrica. Posteriormente, se utilizan pernos M8 para conectar y asegurar el soporte durante la instalación en obra. Esto minimiza el riesgo de dañar la membrana impermeabilizante durante el proceso de instalación (Figura 8).
Figura 8 Conexión y fijación del soporte fotovoltaico
4.3
Instalación de paneles fotovoltaicos
Los paneles fotovoltaicos seleccionados para este proyecto son de silicio monocristalino de 550 Wp, con unas dimensiones de 2279 mm × 1134 mm × 35 mm, con un total de 3324 paneles. Los paneles se fijan a los soportes mediante abrazaderas metálicas y pernos M8 (Figura 9).
Figura 9 Colocación y fijación de paneles fotovoltaicos
4.4
Tendido de cables
Conecte los paneles fotovoltaicos en serie según el orden de instalación. Cada cadena debe tener conectores externos en el mismo extremo del soporte. Utilice cables fotovoltaicos PV-1×4 para los cables que van de las cadenas al inversor. Coloque los cables directamente debajo de los paneles fotovoltaicos, a lo largo de la bandeja de cables integrada en el soporte. Instale bandejas de cables adicionales donde no haya paneles.
4.5
Instalar una red de puesta a tierra para protección contra rayos
Los polos positivo y negativo del lado de CC de los módulos fotovoltaicos se dejan libres de tierra. Se instalan protectores contra sobretensiones en los armarios de distribución de CC y CA para evitar daños por sobretensiones inducidas por rayos. Se utiliza un anillo plano de acero galvanizado en caliente de 25 mm x 4 mm alrededor de los módulos fotovoltaicos, fijado a los soportes fotovoltaicos y conectado a la red de protección contra rayos original del edificio. La resistencia de la puesta a tierra no supera los 4 Ω.
4.6
Conexión a la red y puesta en servicio
Tras la construcción completa del sistema de generación de energía fotovoltaica (Figura 10), se conectó a la red eléctrica y se puso en funcionamiento. Tras dos meses de construcción intensiva y ordenada, el proyecto se conectó a la red eléctrica y entró en funcionamiento con éxito, con una eficiencia de generación que cumplió con las expectativas del propietario.
Figura 10 El techo una vez completado el sistema de generación de energía fotovoltaica.
Conclusión
Un sistema solar en azotea exitoso requiere una atención minuciosa a la impermeabilización, los accesorios de conexión, la operación y el mantenimiento. Instalar sistemas de generación de energía fotovoltaica distribuida en azoteas industriales de gran tamaño y sin obstrucciones es una de las maneras más efectivas para que las empresas ahorren energía y reduzcan las emisiones, y cada vez más empresas planean instalar sistemas fotovoltaicos en sus azoteas. Además de garantizar una impermeabilización eficaz de la azotea y el correcto funcionamiento de las instalaciones interiores, la combinación de un sistema de techado de membrana impermeable monocapa con un sistema solar en azotea ofrece una solución económica, sencilla y fiable. El rendimiento de la impermeabilización y la vida útil de la membrana impermeabilizante de la azotea, así como la resistencia al arranque por viento del sistema de montaje fotovoltaico, son consideraciones primordiales. Por lo tanto, la selección de una membrana impermeabilizante fiable y una base de montaje fotovoltaica adecuada es crucial. Este proyecto implicó la impermeabilización de la azotea original y la posterior instalación de un sistema fotovoltaico distribuido. Se realizaron revisiones y cálculos profesionales sobre la capacidad de carga estructural y la resistencia al viento de los soportes para garantizar la seguridad y fiabilidad generales del proyecto. Esto no solo amplió la función de impermeabilización del techo, sino que también contribuyó activamente a la construcción sostenible y a la reutilización de energía limpia mediante la generación de energía solar. Al mismo tiempo, la membrana impermeable de PVC Sika Sarnafil S327L y la solución de soporte fotovoltaico de membrana flexible utilizadas en el proyecto recibieron un gran reconocimiento del propietario y pueden servir de referencia para sus colegas.
