Keywords
truss–beam grillage
steel hall
invasive mounting system
stress compensation
How to Cite
Abstract
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.
References
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.
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).
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Copyright (c) 2025 Economics and Environment