Mounting of photovoltaic panels supporting structure on transverse frames of a steel hall

• Autorzy: Kołat Karol , Maślak Mariusz , Pazdanowski Michał , Zajdel Paulina

Identyfikatory

DOI

10.34659/eis.2025.93.2.1093

Warianty tytułu

PL

Mocowanie konstrukcji wsporczej pod panele fotowoltaiczne na ramach poprzecznych hali stalowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An innovative method of assembling photovoltaic panels supporting structure on flat roofs of large-area hall buildings, an alternative to the conventional non-invasive approach stabilised only by balast, is presented here against the background of theoretical considerations concerning this issue. In the proposed solution, columns supporting the combined truss–beam grillage of the structure remain structurally integrated with the bearing transverse frames of hall structure, which constitute their support. Thus, this erection process is of an invasive character, with bearing elements piercing through the existing roof covering. However, it assures a clear load transfer path and appropriate compensation of thermally induced strains at sufficient rigidity and geometric stability, required by the panel service regimen. The solution presented here originated in the legal requirement to ensure sufficiently wide fire passages on the roof of an unequivocally defined number and at specified maximum spacing. Under such conditions, these are to be treated as an unavoidable compromise and not an optimum setting.

PL

Na tle rozważań teoretycznych dotyczących szeroko pojętej problematyki instalowania paneli fotowoltaicznych na płaskich dachach wielkopowierzchniowych budynków halowych zaprezentowano innowacyjny sposób montażu tego rodzaju konstrukcji, alternatywny względem konwencjonalnego podejścia nieinwazyjnego, stabilizowanego jedynie balastowo. W proponowanym rozwiązaniu słupy podpierające kratownicowo – belkowy ruszt konstrukcji pozostają strukturalnie zintegrowane z ramami poprzecznymi układu nośnego hali stalowej, stanowiącymi ich oparcie. Montaż ten ma zatem charakter inwazyjny, z elementami nośnymi przebijającymi na wskroś istniejące pokrycie dachu. Zapewnia jednak czytelność przenoszenia przyłożonych obciążeń, a także odpowiednią kompensację generowanych termicznie odkształceń, a przy tym daje odpowiednią sztywność i geometryczną niezmienność, co jest wymagane przez warunki użytkowania paneli. Zaprezentowane rozwiązanie zostało wymuszone wymogiem prawnym zachowania na dachach hal odpowiednio szerokich przejść pożarowych, o jedno-znacznie definiowanej ich liczbie i maksymalnym rozstawie. W tej sytuacji trzeba je traktować raczej jako niezbędny kompromis, nie zaś jako ukształtowanie optymalne.

Słowa kluczowe

EN

photovoltaic panels; truss–beam grillage; steel hall; invasive mounting system; stress compensation

PL

panele fotowoltaiczne; ruszt kratowo-belkowy; hala stalowa; inwazyjny system mocowania; kompensacja naprężeń

• Wydawca: Polskie Stowarzyszenie Ekonomistów Środowiska i Zasobów Naturalnych
• Czasopismo: Economics and Environment
• Rocznik: 2025
• Tom: No. 2
• Strony: art. no. 1093
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., fot., rys.

Twórcy

autor

Kołat Karol

• Student Research Group “Metalowcy”, Chair of Bridge, Metal and Timber Structures, Faculty of Civil Engineering; Cracow University of Technology, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0009-0005-2859-2428

autor

Maślak Mariusz

• Chair of Bridge, Metal and Timber Structures, Faculty of Civil Engineering, Cracow University of Technology, Cracow, Poland, Warszawska Street 24, 31-155 Kraków, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-3592-429X

autor

Pazdanowski Michał

• Chair for Computational Engineering, Faculty of Civil Engineering, Cracow University of Technology, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1344-1342

autor

Zajdel Paulina

• Chair of Bridge, Metal and Timber Structures, Faculty of Civil Engineering, Cracow University of Technology, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1940-0106

Bibliografia

• Appelbaum, J., & Bany, J. (1979). Shadow effect of adjacent solar collectors in large scale systems. Solar Energy, 23(6), 497-508. https://doi.org/10.1016/0038-092X(79)90073-2
• Aram, M., Zhang, X., Qi, D., & Ko, Y. (2021). A state of the art review of fire safety of photovoltaic systems in buildings. Journal of Cleaner Production, 308, 127239. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127239
• Bajno, D., & Grzybowska, A. (2023). Ocena możliwości instalowania paneli fotowoltaicznych na wybranych przykładach. Przegląd Budowlany, 94, 128-132. https://doi.org/10.5604/01.3001.0054.1325 (in Polish).
• Barasiński, A., Czaja, P., & Polak, D. (2018). Ochrona przeciwpożarowa i przeciwporażeniowa instalacji fotowoltaicznych. Prace Naukowe Akademii im. Jana Długosza w Częstochowie, Technika, Informatyka, Inżynieria Bezpieczeństwa, 6, 295-305. https://dx.doi.org/10.16926/tiib.2018.06.21 (in Polish).
• Bayod-Rújula, A. A., Ortego-Bielsa, A., & Martínez-Gracia, A. (2011). Photovoltaics on flat roofs: Energy considerations. Energy, 36(4), 1996-2010. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.04.024
• Boehm, R., Sadineni, S. B., & Hurt, R. (2008). Spacing analysis of an inclined solar collector field. Proceeding the 2nd ASME International Conference on Energy Sustainability, Jacksonville, Florida, 417-422. https://doi.org/10.1115/ES2008-54067
• Cancelliere, P., Manzini, G., Traina, G., & Cavriani, M. G. (2021). PV modules on buildings – outlines of PV roof samples fire rating assessment. Fire Safety Journal, 120, 103139. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2020.103139
• Carrera, L. A. I., Molina-Santana, E., Alvaraz-Alvarado, J. M., & Garcia Martinez, J. R. (2023). Energy efficiency analysis of East-West oriented photovoltaic systems for buildings. A technical-economic-environmental approach. IEEE Access, 11, 137660-137679. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3340145
• Fire Protection Association. (2023). RC62. Recommendations for fire safety with PV panel installations. https://www.thefpa.co.uk/advice-and-guidance/free-documents?q=RC62%20Recommendations%20for%20fire%20safety%20with%20PV%20panel%20installations
• Global Solar Atlas 2.0. (2025). Solar resource data: Solargis. https://globalsolaratlas.info/
• Hartner, M., Ortner, A., Hiesl, A., & Haas, R. (2015). East to west – the optimal tilt angle and orientation of photovoltaic panels from an electricity system perspective. Applied Energy, 160, 94-107. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.08.097
• Jaskółowski, W., & Wiatr, J. (2016). Instalacje fotowoltaiczne. Podstawy fizyczne działania. Ochrona odgromowa. Zasady neutralizacji zagrożeń porażenia prądem elektrycznym w czasie pożaru. Zeszyty Naukowe SGSP, 59(3), 71-99. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-4f838a2b-848c-4ee4-86fd-10656e9cae67 (in Polish).
• Ju, X., Zhou, X., Gong, J., Zhao, K., Peng, Y., Zhang, C., Ren, X., & Yang, L. (2019). Impact of flat roof–integrated solar photovoltaic installation mode on building fire safety. Fire and Materials, 43(8), 936-948. https://doi.org/10.1002/fam.2755
• Kawa, O., & Studziński, R. (2024). Wpływ panelu fotowoltaicznego na rozkład współczynnika ciśnienia zewnętrznego dla dachów płaskich. Inżynieria i Budownictwo, 7, 458-461. http://dx.doi.org/10.5604/01.3001.0054.8824 (in Polish).
• Khatib, T., & Deria, R. (2022). East-West oriented photovoltaic power systems: model, benefits and technical evaluation. Energy Conversion and Management, 266(15), 115810. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115810
• Kołat, K. (2025). Projekt stalowej konstrukcji nośnej pod panele fotowoltaiczne na dachu hali magazynowej [Praca dyplomowa inżynierska]. Politechnika Krakowska. (in Polish).
• Kołat, K., Maślak, M., & Zajdel, P. (2025). Innowacyjny sposób mocowania konstrukcji wsporczej wyspy fotowoltaicznej do ram poprzecznych hali stalowej. Inżynieria i Budownictwo, 81(1), 22-27. http://dx.doi.org/10.5604/01.3001.0054.9975 (in Polish).
• Kołat, K., Maślak, M., Zajdel, P., & Pazdanowski, M. (2024). Mounting of photovoltaic island supporting structure on transverse frames of a steel hall. Proceedings of the 2nd International Conference, Selected Issues in Building Structures Design, Kielce-Cedzyna, 64-65.
• Martinez-Rubio, A., Sanz-Adan, F., & Santamaria, J. (2015). Optimal design of photovoltaic energy collectors with mutual shading for pre–existing building roofs. Renewable Energy, 78, 666-678. https://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2015.01.043
• Nordberg, E., Caley, M., & Schwarzkopf, L. (2021). Designing solar farms for synergistic commercial and conservation outcomes. Solar Energy, 228(7), 586-593. https://doi.org/10.1016/j.solener.2021.09.090
• Olczak, P., Kryzia, D., & Olek, M. (2017). Ekonomiczna efektywność zastosowania stelaża w instalacji solarnej - studium przypadku. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 48, 331-334. https://doi.org/10.15199/9.2017.8.5 (in Polish).
• Papis, B. (2024). Zagrożenia pożarowe związane z panelami solarnymi na dachu. Materiały Budowlane, 7, 104-107. https://www.materialybudowlane.info.pl/pl/498-wydanie/mb-07-2024/15774-zagrozenia-pozarowe-zwiazane-z-panelami-solarnymi-na-dachu.html (in Polish).
• Pepłowska, M., & Olczak, P. (2018). Problematyka doboru kąta posadowienia paneli fotowoltaicznych z uwzględnieniem profilu zapotrzebowania na energię. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, 102, 91-100. http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-d6694662-8a5f-442b-96ab-02f693a693a8 (in Polish).
• Piliński, M. (2016). Instalacje fotowoltaiczne na budynkach mieszkalnych – uwarunkowania techniczne budowy. Warunki Techniczne.pl, 1(12), 39-43. (in Polish).
• Prume, K., & Viehweg, J. (2018). Assessing fire risk in photovoltaic systems and developing safety concepts for risk minimization.
• https://www.energy.gov/sites/default/files/2018/10/f56/PV%20Fire%20Safety%20Fire%20Guideline_Translation_V04%2020180614_FINAL.pdf
• Rad, M. A. V., Kasaeian, A., Niu, X., Zhang, K., & Mahian, O. (2023). Excess electricity problem in off-grid hybrid renewable energy systems. A comprehensive review from challenges to prevalent solutions. Renewable Energy, 212, 538-560. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.05.073
• Rowlands, I., Kemery, B., & Beausoleil-Morrison, I. (2011). Optimal solar-PV tilt angle and azimuth. An Ontario (Canada) case-study. Energy Policy, 39(3), 1397-1409. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.12.012
• Selecki, K., & Olesz, M. (2021). Zasady montażu instalacji fotowoltaicznych według obowiązujących przepisów i norm. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, 73, 35-40. https://bibliotekanauki.pl/articles/2031399.pdf (in Polish).
• Strzalka, A., Alam, N., Duminil, E., Coors, V., & Eicker, U. (2012). Large scale integration of photovoltaics in cities. Applied Energy, 93, 413-421. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.12.033
• Sulik, P., & Papis, B. (2021). Panele fotowoltaiczne a ochrona przeciwpożarowa dachów. Inżynier Budownictwa, 7-8, 86-89. https://www.piib.org.pl/inzynier-budownictwa/2021 (in Polish).
• Szymański, B. (2017). Instalacje fotowoltaiczne. Wydanie szóste. Kraków: Wydawnictwo GLOB Energia. (in Polish).
• Urbańczyk, M., Hajdas, D., & Barasiński, A. (2020). Systemic Approach to Cooperation in the Sphere of Public Security – Outline of Problem. Zeszyty Naukowe SGSP, 76, 7-27. https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.4269
• VDE-AR-E 2100-712 Anwendungsregel: 2018-12. Measures for the DC range of a PV installation for the maintenance of safety in the case of firefighting or technical assistance. https://www.vde-verlag.de/standards/0100500/vde-ar-e-2100-712-anwendungsregel-2018-12.html (in German).
• Żukowski, M., & Radzajewska, P. (2015). Optymalny kąt nachylenia kolektorów słonecznych na terenie Polski. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 4, 138-142. https://doi.org/10.15199/9.2015.4.3 (in Polish).
• Żukowski, M., & Radzajewska, P. (2016). Optymalny rozstaw kolektorów słonecznych. Ciepłownictwo, Ogrzewnictwo, Wentylacja, 1, 8-11. https://doi.org/10.15199/9.2016.1.2 (in Polish).