Aurinkoenergiajärjestelmien asennukset rakenneteknisestä näkökulmasta

Abstract

Opinnäytetyössä tarkastellaan aurinkoenergian hyödyntämistä ja aurinkosähkö- ja aurinkolämpöjärjestelmien asennustapoja. Yhdessä toimeksiantaja AFRY Buildings Finlandin ja A-Kruunun kanssa rajattiin opinnäytetyö aurinkoenergiajärjestelmien kuormien ja asennuksien rakennetekniseen tarkasteluun sekä uudisrakennus- että korjausrakennuskohteissa.

Taustatiedoiksi on esitelty aurinkoenergiajärjestelmien toimintaperiaatteita ja järjestelmäkokonaisuuksia, sekä selvennetty erilaisten kokoonpanojen toimintaeroja. Järjestelmien aiheuttamia kuormituksia on tarkasteltu työssä soveltaen Eurokoodistandardien laskentamenetelmiä. Tuulikuormien määrittämisen osoittauduttua haastavaksi on tehty kirjallisuustutkimusta tuulikuormien vaikutuksista aurinkovoimaloihin, minkä lisäksi tuulikuormia on määritetty CFD-simulointia hyödyntävällä RWIND-ohjelmistolla. Case-kohteiden suunnittelun perusteiksi myös järjestelmien varjostuksia mallinnettiin Revit-ohjelmiston avulla eri vuoden- ja vuorokaudenaikoina.

Kuormituslaskelmien, simulointien ja järjestelmätoimittajien teknisen dokumentaation perusteella koostettiin laskentapohjista, detaljisuunnitelmista ja kirjallisista ohjeista koostuva suunnitteluohjekokoelma. Työn tuloksena kootuissa suunnitteluohjeissa käsitellään rakenne- ja asennusratkaisuja, erityisesti katto- ja julkisivurakenteiden toimivuutta sekä tarjotaan detaljipiirustuksia ja laskentaohjeita helpottamaan järjestelmien kuormitusten laskemista ja mallintamista. Lisäksi ohjeistukseen on koottu tietoa järjestelmien asennusvaatimuksista ja -ohjeista käytettäväksi tulevaisuuden työprojekteissa.

The aim of the thesis was to examine the utilization of solar energy and the installation methods of photovoltaic and solar thermal systems. In collaboration with the commissioning party AFRY Buildings Finland and A-Kruunu, the thesis was focused on the structural analysis of load caused by solar energy system and installation methos of the systems in both new construction and renovation projects.

As background information the thesis includes the principles of operation and system configurations of solar energy systems and an introduction to the differences in various assemblies' functionalities. The loads imposed by and to the systems were initially examined by applying the calculation methods outlined in the Eurocode standards. As determining wind loads proved challenging, a literature review was conducted on the effects of wind loads on solar panels. Additionally, wind loads were determined using the RWIND software to carry out CFD simulations. The shading of the potential solar panel fields of case study properties was also modelled using software assistance at different times through the year.

Based on these calculations and the technical documentation provided by system suppliers, a set of design guidelines consisting of calculation templates, detail plans and written instructions was compiled. The guidelines address structural and installation solutions, especially focusing on the functionality of roof and facade structures. Furthermore they provide detail drawings and calculation models to facilitate the calculation and modelling of loads. Additionally, the guidelines include information on system installation requirements and instructions for future use.