اختيار وتطبيق أنظمة تركيب الخلايا الكهروضوئية

بالمقارنة مع الفولاذ المدرفل على الساخن، يمكن زيادة نصف قطر دوران الفولاذ ذي الجدران الرقيقة بنسبة 50-60%، كما يمكن زيادة عزم القصور الذاتي وعزم المقاومة للمقطع بمقدار 0.5-3 أضعاف. ولكن نظرًا لأن الفولاذ ذي الجدران الرقيقة يُصنّع في الغالب في المصنع، فإنه يحتاج إلى ثقوب حفر عالية الدقة، وألواح كهروضوئية بعد ثقب البرغي. ولأن مقطع الفولاذ صغير، يصعب استخدام الأدوات اللازمة، ويصبح التركيب أكثر صعوبة. بعد معالجة المصنع، يمكن حفر الثقوب، ثم جلفنتها بالغمس الساخن لمقاومة الصدأ، ونقلها إلى موقع التركيب. حاليًا، لا يمكن تركيب معظم الألواح المنزلية مباشرةً على الفولاذ ذي الجدران الرقيقة، ويجب تثبيتها على هيكل تثبيت مساعد آخر (مثل كتلة ضغط).
تتضمن أنظمة الخلايا الكهروضوئية الشائعة الاستخدام عادةً أنواعًا مختلفة من المقاطع العرضية، مثل النوع I والنوع H والنوع L، وتتطلب تصميمات متنوعة. تُصنع هذه الأنظمة عادةً من الفولاذ الإنشائي الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك، مما يسهل بناءها ويقلل تكلفتها. كما تتنوع طرق التصنيع، حيث يُختار الفولاذ المستخدم في اللحام بسماكات مختلفة، وفقًا لمتطلبات التصميم. تُصنع هذه الأنظمة في المصنع عن طريق اللحام، ويمكن حساب القوى المؤثرة على الأجزاء الإنشائية المختلفة للمشروع. كما يمكن استخدام ألواح فولاذية بسماكات مختلفة في أجزاء مختلفة، وهو ما يُعد أكثر منطقية من استخدام ألواح فولاذية مدرفلة على الساخن لمرة واحدة.

2. متطلبات أداء المواد الفولاذية الداعمة للطاقة الشمسية، يجب أن تتمتع المواد الفولاذية المستخدمة في بناء الطاقة الشمسية بالخصائص التالية:
1) مقاومة الشد ومقاومة الخضوع. قد يؤدي ارتفاع مقاومة الخضوع إلى تقليل مقطع العناصر الفولاذية، وخفض وزن البناء، وتوفير الفولاذ، وتقليل التكاليف الإجمالية للمشروع. كما أن ارتفاع مقاومة الشد يعزز هامش الأمان العام للمنشأة ويحسن موثوقيتها.
٢) المتانة ومقاومة الإجهاد. تسمح المرونة الجيدة للهيكل بتشوهه بشكل ملحوظ قبل الانهيار، مما يتيح للأفراد تحديد المشكلات واتخاذ الإجراءات التصحيحية في الوقت المناسب. كما يمكن استخدام المرونة الجيدة لضبط ذروة الإجهاد الموضعي، وزاوية تركيب الألواح الشمسية، واستخدام التركيب القسري، وإعادة توزيع القوى الداخلية، بحيث يميل توزيع الإجهاد في الهيكل أو بعض مكوناته إلى أن يكون أكثر انتظامًا، مما يحسن قدرة تحمل الهيكل الإجمالية. تسمح المتانة الأفضل للهيكل بامتصاص المزيد من الطاقة عند تعرضه لأحمال الصدمات، وهو أمر بالغ الأهمية لمحطات الطاقة الصحراوية ومحطات الطاقة على الأسطح المعرضة لرياح عاتية. كما تجعل مقاومة الإجهاد الأفضل الهيكل أكثر مقاومة للتغيرات في قدرته على تحمل أحمال الرياح المتكررة.
3) سرعة المعالجة. تُعدّ قابلية التشكيل على البارد، وقابلية التشكيل على الساخن، وقابلية اللحام أمثلة على قابلية التشكيل الجيدة. يجب ألا يقتصر استخدام الألومنيوم في الهياكل الفولاذية للخلايا الكهروضوئية على سهولة تشكيله إلى هياكل ومكونات متنوعة فحسب، بل يجب أيضًا تشكيله بطريقة لا تؤثر سلبًا على قوته، ومرونته، وصلابته، ومقاومته للإجهاد.
4) مدة الخدمة. نظرًا لأن العمر التصميمي لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية يزيد عن 20 عامًا، فإن الأداء الجيد لمقاومة التآكل يُعد مؤشرًا هامًا على جودة نظام التركيب. فإذا كان عمر الدعم قصيرًا جدًا، فسيؤثر ذلك سلبًا على استقرار الهيكل بشكل عام، مما يُطيل فترة استرداد التكاليف ويُقلل من الجدوى الاقتصادية الإجمالية للمشروع.
5). وفقًا للشروط السابقة، يجب أن يكون شراء وتصنيع وبيع الفولاذ المستخدم في الهياكل الشمسية أمرًا بسيطًا.

3. التقييم الفني للجيل الجديد من الدعامات الهيكلية الفولاذية الشمسية
يخضع استخدام دعامات الطاقة الشمسية المصنوعة من الفولاذ الزاوي حاليًا لمزيد من الشروط، وأهمها أن جودة الفولاذ غير متساوية في الوقت الحالي، ويتطلب التركيب عددًا كبيرًا من عمليات الحفر في الموقع، ولكن بعد الحفر يصبح الفولاذ عرضة للصدأ بسهولة، لذلك يلزم وجود نوع جديد من الدعامات لاستبدال دعامات الفولاذ الزاوي هذه من أجل إبطاء التآكل وإطالة عمر الخدمة.
الهيكل الأساسي لنظام دعم الطاقة الشمسية الجديد هو كما يلي:
1) نظام من هياكل الدعم الفولاذية الرقيقة الجدران المشكلة على البارد ذات الأشكال الخاصة. يُعد الفولاذ الرقيق الجدران المشكلة على البارد ذو الأشكال الخاصة نظامًا إنشائيًا فولاذيًا خفيف الوزن، يمكن تصنيعه على دفعات، وبناؤه بسرعة، وتشغيله بكامل طاقته. وتتكون دعامة الهيكل الفولاذي لهذا النظام من إطار فولاذي مصنوع مسبقًا من فولاذ رقيق الجدران مشكلة على البارد، يتم تثبيته بمسامير في موقع العمل.
٢) نظام تثبيت فولاذي متجانس مُصنّع مسبقًا. يمكن تركيب الإطار الفولاذي المُسبق الصنع مع العوارض وتثبيته في الموقع قبل دمجه مع الألواح لتشكيل منظومة الخلايا الكهروضوئية بالكامل. تتطلب عملية تركيب هذا الهيكل الفولاذي دقة عالية، حيث يُستخدم فيه فولاذ عالي الجودة، وتتم معالجة سطحه بشكل جيد، كما يتطلب الأمر تواصلًا مبكرًا مع مُصنّعي مكونات الخلايا الكهروضوئية لضمان نجاح عملية التركيب.
3) نظام هيكل دعم الألواح الكهروضوئية للجدران الستائرية بإطار من الأعمدة والجسور. يُعد استخدام حل تركيب هيكل فولاذي بإطار من الأعمدة والجسور مناسبًا للجدران الستائرية الكهروضوئية. نظرًا لانخفاض صلابته الجانبية، عند ارتفاع الهيكل أو الطابق، يجب تركيب دعامات جانبية لتشكيل هيكل الإطار الداعم. غالبًا ما تُستخدم الهياكل الفولاذية والعناصر المدمجة المصبوبة في الموقع لإنتاج هيكل هجين في تصميم الجدران الستائرية الكهروضوئية للمباني الشاهقة، مما يُحسّن مقاومة الهيكل للتأثيرات الجانبية مع تقليل كمية الفولاذ المطلوبة، وبالتالي خفض التكلفة الإجمالية.

4. تركيب مكونات دعم الطاقة الشمسية الجديدة ذات الجدران الرقيقة المشكلة على البارد:
1) يتم تصنيع دعامة الطاقة الشمسية المبتكرة ذات الجدران الرقيقة المشكلة على البارد لعناصر الهيكل الفولاذي في المصنع باستخدام وصلات مختلطة من الفولاذ والبلاستيك. وتتوفر أنواع عديدة من هذه الوصلات لتناسب ظروف التركيب المختلفة.
٢) يتميز نظام دعم الطاقة الشمسية الجديد ذو الجدران الرقيقة المشكّلة على البارد بخفة وزنه وكثرة فتحات التثبيت فيه. وبشكل عام، يُعد الأساس المستقل هو الأساس الرئيسي، مع إضافة عارضة الربط الخرسانية المسلحة حسب الحاجة. يمكن استخدام الأساسات الشريطية أو المتقاطعة في المناطق ذات الظروف الجيولوجية الضعيفة، ولكن يُنصح بتجنب الأساسات اللوحية قدر الإمكان. جميع قواعد الأعمدة العلوية مفصلية، بينما تكون المكونات المدمجة إما قواعد أعمدة مُدخلة أو براغي مدمجة مغلفة بخرسانة مقاومة للماء. كلا النوعين سهل المعالجة والبناء، ويتميزان بوصلات متينة.