Снеговая нагрузка и солнечные панели: что выдержит система
Типичная панель по паспорту выдерживает 5400 Па с лицевой стороны — около 550 кг на квадратный метр. Это больше, чем весит метровый слой слежавшегося снега. Но цифра относится к панели, закреплённой так, как предписал производитель, и ничего не говорит о направляющих, опорах и стропилах. Выдержит ли станция снег вашего района, определяет самое слабое звено, и чаще всего это не стекло.
Что означают 5400 и 2400 Па
Паскаль — это ньютон на квадратный метр. Чтобы перевести в привычные килограммы, давление делят на 9,81:
- 5400 Па ÷ 9,81 ≈ 550 кг/м² — нагрузка с лицевой стороны: снег и напор ветра;
- 2400 Па ÷ 9,81 ≈ 245 кг/м² — нагрузка с тыльной стороны: ветровой отрыв.
Это типичные значения; у конкретной модели они могут быть другими, смотреть нужно паспорт. И читать его внимательно, потому что в нём есть две оговорки.
Первая: в паспорте обычно приведена испытательная нагрузка. Расчётная, которую можно закладывать в проект, в полтора раза меньше: 5400 ÷ 1,5 = 3600 Па, или около 367 кг/м². Какая из двух цифр указана, написано в паспорте или в инструкции по монтажу панели.
Вторая: нагрузка гарантирована только для разрешённой схемы крепления. Обычно это четыре прижима на длинных сторонах рамы в отмеченных зонах. Если зажать панель за короткие стороны или сдвинуть прижимы к углам, допустимая нагрузка становится заметно ниже — насколько, тоже сказано в инструкции.
Сколько весит снег
Вес снега — это плотность, умноженная на толщину слоя. Плотность меняется в разы: свежий пушистый снег лёгкий, а пролежавший зиму и переживший оттепели — тяжёлый.
| Снег | Плотность, кг/м³ | Слой | Вес, кг/м² | Давление, Па |
|---|---|---|---|---|
| Свежий пушистый | около 100 | 30 см | 30 | около 290 |
| Слежавшийся | около 250 | 50 см | 125 | около 1230 |
| Мокрый, уплотнённый оттепелями | около 400 | 50 см | 200 | около 1960 |
| Мокрый, уплотнённый оттепелями | около 400 | 100 см | 400 | около 3920 |
| Наледь | около 900 | 5 см | 45 | около 440 |
Последние строки показывают, почему запас не бесконечен: метр тяжёлого мокрого снега даёт 3920 Па — больше расчётных 3600. На крыше дома такое бывает редко, но в снежных районах и в местах, куда снег наметает, — бывает.
Снеговые районы по СП 20.13330
Свод правил СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» делит Россию на восемь снеговых районов — от I до VIII. Чем больше номер, тем больше нормативный вес снега на квадратный метр горизонтальной поверхности. Район определяют по карте в самом документе; для горных местностей и территорий со сложным рельефом данные берут у местной метеослужбы. Соседние области могут относиться к разным районам, поэтому «как у знакомых в соседнем регионе» — не метод.
Вес снега на земле ещё не равен нагрузке на крышу. Расчёт учитывает форму кровли:
- Уклон. На пологих скатах, до 30°, снег считают лежащим полностью. На скатах круче 60° его не учитывают совсем. Между этими углами нагрузка плавно убывает.
- Снеговые мешки. У парапетов, в ендовах, у перепадов высот и за трубами ветер наметает сугробы в несколько раз глубже среднего слоя. Панели в таких местах либо не ставят, либо считают отдельно.
- Перенос ветром. С наветренного ската снег сдувает на подветренный, и нагрузка по скатам получается неравной.
Результат расчёта — нагрузка на квадратный метр вашей кровли. Её и сравнивают с тем, что допускает панель и крепёж.
Слабое звено — крепёж и опоры
Снег давит на стекло, но путь нагрузки на этом не заканчивается: рама → прижимы → направляющие → опоры → стропила. Каждое звено имеет свой предел.
- Направляющая работает как балка между опорами. Чем длиннее пролёт, тем сильнее она прогибается под снегом и тем хуже держит панель. Допустимый пролёт для каждого снегового района указан в таблицах производителя крепежа.
- Опора — крюк, шпилька или зажим — передаёт нагрузку в стропило. Изогнутый кровельный крюк под тяжёлым снегом пружинит; если он касается покрытия, то продавит его.
- Зоны зажима. Прижим, сдвинутый за пределы разрешённой зоны, меняет то, как изгибается стекло. Паспортная цифра при этом уже не действует.
- Нижняя кромка рамы. Снег сползает к низу панели и останавливается у рамы. Там он тает и замерзает, и за много циклов лёд может отжимать раму от стекла. На малых углах наклона это заметнее.
Для старших снеговых районов производители панелей и крепежа предусматривают усиленные схемы: более частые опоры, третью направляющую под серединой панели, панели с более жёсткой рамой. Применять их можно только в том виде, в каком они описаны в инструкции. Комплекты опор и направляющих — в разделе крепежа для скатной кровли.
Перегруз не всегда заканчивается разбитым стеклом. Чаще панель прогибается, и в ячейках появляются микротрещины, которые проявятся падением мощности через год-два. Как их обнаруживают, рассказано в статье о микротрещинах и горячих точках.
Сама кровля от панелей получает немного: панель с крепежом весит 13–15 кг на квадратный метр, это 130–150 Па — меньше слоя слежавшегося снега в десять сантиметров. Вопрос, выдержит ли крыша, разобран в материале про размеры и вес панелей.
Сход снега с панелей
Стекло скользкое, и снег сходит с панелей раньше и резче, чем с остальной кровли, — пластом, а не понемногу. Это хорошо для выработки и плохо для всего, что находится внизу. До монтажа стоит посмотреть, куда упадёт снег:
- вход в дом, дорожка, место стоянки машины;
- нижерасположенная кровля веранды или зимнего сада;
- водосточный жёлоб — пласт снега срывает его вместе с кронштейнами.
Решение — снегозадержатели на скате ниже поля панелей и усиленное крепление желобов. Если панели доходят до самого карниза, снегу негде остановиться, поэтому нижний ряд не ставят вплотную к свесу.
Нужно ли чистить панели от снега
В большей части страны — не обязательно. По данным PVGIS, в Москве декабрь и январь вместе дают 19,1 + 31,5 = 50,6 кВт·ч с киловатта из 973 годовых — это 5 %. В Новосибирске — 34,6 + 53,6 = 88,2 из 1203, около 7 %. Даже если панели пролежат под снегом оба месяца целиком, потеря составит эти проценты, а на деле меньше: при угле 35–45° снег сходит сам в первый ясный день.
Иначе обстоит дело там, где зима солнечная. В Чите декабрь и январь дают 95,8 + 114,1 ≈ 210 кВт·ч из 1575, то есть 13 %. Но и оптимальный угол там 50°: на таком наклоне снег не задерживается.
Если чистить всё же приходится — например, на автономной станции, — то мягкой щёткой на длинной ручке с земли или с лестницы. Нельзя подниматься на заснеженную кровлю, скрести стекло лопатой или скребком, лить горячую воду на холодное стекло и сыпать соль. Достаточно открыть часть панели: тёмная поверхность нагреется на солнце, и остальное сползёт.
Частые вопросы
Выдержит ли панель метр снега?
Зависит от снега. Метр слежавшегося снега плотностью 250 кг/м³ — это 250 кг/м², или около 2450 Па, меньше расчётных 3600 Па для типичной панели. Метр мокрого снега плотностью 400 кг/м³ — уже 3920 Па. Поэтому ориентируются не на «метр», а на расчёт для своего снегового района.
При каком угле снег сходит сам?
Точной границы нет: всё зависит от температуры, влажности снега и нижней кромки рамы. Практический ориентир: на 35–45° и круче снег уходит в первый солнечный день, на 10–15° лежит до оттепели. О выборе угла — в статье про наклон и ориентацию панелей.
Снег и ветер складываются?
Да, расчёт по СП 20.13330 рассматривает сочетания нагрузок: снег давит на панель сверху, ветер может и прижимать её, и отрывать. Для крепежа отдельно проверяют оба случая. Про отрыв — статья о ветровой нагрузке.
Нужны ли особые панели для снежного региона?
Нужны панели, в инструкции к которым есть схема крепления под нагрузку вашего района. У одних моделей это стандартные четыре прижима, у других — дополнительная опора посередине. Этот пункт стоит проверить до покупки: значения есть в паспортах моделей в разделе солнечных панелей.