با گسترش سریع اقتصاد سبز کشورمان، تولید برق فتوولتائیک سیلیکون تک کریستالی/سیلیکون چند کریستالی و فناوری BIPV لایه نازک در حال تکامل هستند. سازههای فولادی از نظر عملکرد، طراحی، ساخت و هزینه کلی، مزایای قابل توجهی نسبت به سایر انواع سازهها دارند. در نتیجه، توسعه و ساخت نوع جدیدی از سیستم نصب فتوولتائیک سازه فولادی برای جایگزینی سیستم نصب فولادی نبشی فعلی بسیار مهم است.
1. نوع فولادی براکت فولادی خورشیدی
فولاد سازهای سبک و فولاد سازهای معمولی با مقطع کوچک، به دلیل ویژگیهای ساختار ساده و حجم کم تکیهگاه فتوولتائیک خورشیدی، در حال حاضر در انتخاب فولاد مورد استفاده قرار میگیرند.
فولاد سازهای سبک: این اصطلاح به فولاد گرد، فولاد نبشی کوچک و فولاد جدار نازک اشاره دارد. هنگامی که فولاد نبشی به عنوان یک عنصر تکیهگاه استفاده میشود، میتواند به طور مؤثر از استحکام فولاد استفاده کند و برای نصب کلی قاب مفید باشد. در حال حاضر، فولاد نبشی استاندارد ملی نسبت به تکیهگاه خورشیدی، مدل اختیاری کمی دارد، بنابراین مدلهای فولاد نبشی کوچک اضافی برای انطباق با توسعه سریع فعلی صنعت انرژی خورشیدی مورد نیاز است. پرلینهای فولادی جدار نازک معمولاً از صفحات فولادی جدار نازک به ضخامت ۱.۵ تا ۵ میلیمتر ساخته میشوند که به صورت سرد شکل داده شده یا نورد سرد میشوند تا محصولات فولادی جدار نازک با مقاطع و قطرهای مختلف تولید کنند.
در مقایسه با فولاد نورد گرم، شعاع چرخش فولاد جدار نازک را میتوان ۵۰ تا ۶۰ درصد افزایش داد و گشتاور اینرسی و گشتاور مقاومتی مقطع را میتوان ۰.۵ تا ۳ برابر افزایش داد، اما از آنجا که فولاد جدار نازک عمدتاً در کارخانه فرآوری میشود، نیاز به سوراخهای حفاری با دقت بالا و پنلهای فتوولتائیک پس از سوراخ پیچ وجود دارد. از آنجا که مقطع فولادی کوچک است، کار با ابزارها دشوار است و ساخت و ساز پس از پردازش کارخانه دشوارتر است. دکمه مته، میتواند گالوانیزه گرم شود، ضد زنگ باشد و به محل نصب منتقل شود. در حال حاضر، اکثر پنلهای خانگی را نمیتوان مستقیماً با نصب فولاد جدار نازک جفت کرد و باید به یک سازه ثابت کمکی دیگر (مانند بلوک پرس) متصل شوند.
فتوولتائیکهایی که اغلب استفاده میشوند، عموماً شامل انواع I، H، L و نیازهای طراحی متنوع مقاطع پروفیلدار هستند و معمولاً از فولاد ساختاری کربنی یا فولاد کم آلیاژ ساخته میشوند که ساخت آنها آسان و کمهزینه است. روشهای پردازش نیز متنوع هستند، به طوری که فولاد مقطع جوشکاری با ضخامتهای مختلف ورق فولادی انتخاب میشود، طبق الزامات طراحی در کارخانه، فولاد شکلدهی جوشکاری میشود. این روش شکلدهی را میتوان با توجه به نیروهای وارد بر بخشهای ساختاری مختلف پروژه فتوولتائیک محاسبه کرد و ورق فولادی با ضخامتهای مختلف را میتوان در بخشهای مختلف استفاده کرد که منطقیتر از نیروی وارد بر ورق فولادی یکبار مصرف نورد گرم است.
۲. الزامات عملکرد مواد فولادی پشتیبان انرژی خورشیدی، مواد فولادی سازه فولادی انرژی خورشیدی باید عملکرد زیر را داشته باشند:
۱) استحکام کششی و تسلیم. نقطه تسلیم بالا ممکن است سطح مقطع اعضای فولادی را کاهش دهد، وزن ساخت و ساز را کم کند، در مصرف فولاد صرفهجویی کند و هزینههای کل پروژه را کاهش دهد. استحکام کششی بالا میتواند ایمنی کلی سازه را افزایش داده و قابلیت اطمینان آن را بهبود بخشد.
۲) چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی. پلاستیسیته خوب میتواند باعث شود سازه قبل از خرابی به طور قابل توجهی تغییر شکل دهد و به پرسنل این امکان را میدهد که اقدامات اصلاحی را در زمان مناسب شناسایی و اجرا کنند. پلاستیسیته خوب همچنین میتواند برای تنظیم حداکثر تنش موضعی، زاویه نصب پنل خورشیدی، استفاده از نصب اجباری و پلاستیسیته سازه برای ایجاد توزیع مجدد نیروی داخلی استفاده شود، به طوری که سازه یا برخی از اجزای تمرکز تنش اولیه توزیع تنش سازه تمایل به یکنواخت شدن داشته باشند و ظرفیت تحمل کلی سازه را بهبود بخشند. چقرمگی بهتر به سازه اجازه میدهد تا هنگام تخریب توسط بار ضربهای، انرژی بیشتری جذب کند، که این امر به ویژه برای نیروگاههای صحرایی و نیروگاههای سقفی که در معرض بادهای شدید قرار دارند، اهمیت دارد. مقاومت بهتر در برابر خستگی همچنین میتواند سازه را در برابر تغییرات در توانایی تحمل بارهای باد مکرر مقاومتر کند.
۳) سرعت پردازش. قابلیت کار در سرما، قابلیت کار در گرما و قابلیت جوشکاری، همگی نمونههایی از قابلیت کار خوب هستند. آلومینیوم مورد استفاده در سازههای فولادی فتوولتائیک نه تنها باید به راحتی به سازهها و اجزای مختلف ماشینکاری شود، بلکه باید به گونهای ماشینکاری شود که استحکام، انعطافپذیری، چقرمگی و مقاومت در برابر خستگی آن به خطر نیفتد.
۴) مدت زمان سرویس. از آنجا که عمر طراحی یک سیستم فتوولتائیک خورشیدی بیش از ۲۰ سال است، عملکرد خوب ضد خوردگی نیز شاخص مهمی از کیفیت سیستم نصب است. اگر عمر نگهدارنده خیلی کوتاه باشد، به پایداری کلی سازه آسیب میرساند، دوره بازگشت سرمایه را طولانیتر میکند و سود اقتصادی کلی پروژه را کاهش میدهد.
5) مطابق با شرایط قبلی، فولاد سازه فولادی خورشیدی باید به راحتی قابل خرید، ساخت و فروش باشد.
۳. ارزیابی فنی نسل جدید تکیهگاههای سازهای فولادی خورشیدی
استفاده از تکیهگاه انرژی خورشیدی نبشی فولادی در حال حاضر تحت شرایط فزایندهای قرار دارد که مهمترین دلیل آن این است که کیفیت فولاد در حال حاضر ناهموار است، نصب آن نیاز به تعداد زیادی حفاری در محل دارد، اما پس از حفاری، فولاد به راحتی زنگ میزند، بنابراین برای جایگزینی این براکتهای نبشی فولادی به نوع جدیدی از براکت نیاز است تا خوردگی کاهش یابد و عمر مفید آن افزایش یابد.
ساختار اولیه پشتیبانی جدید انرژی خورشیدی به شرح زیر است:
۱) سیستمی از سازههای نگهدارنده فولادی جدار نازک با شکل خاص و فرمدهی سرد. فولاد جدار نازک با شکل خاص و فرمدهی سرد، یک سیستم سازهای فولادی سبک است که میتواند به صورت دستهای ساخته شود، سریع ساخته شود و کاملاً عملیاتی باشد. براکت سازه فولادی یک سیستم سازهای فولادی جدار نازک با شکل خاص و فرمدهی سرد، نوعی قاب سازه فولادی است که از فولاد جدار نازک پیشساخته با فرمدهی سرد ساخته شده و در محل کار به هم پیچ میشود.
۲) یک سیستم نصب فولادی یکپارچه کارخانهای. قاب فولادی پیشساخته با پرلینها میتواند قبل از ترکیب با پنلها برای تشکیل کل آرایه PV، در محل ساخته و نصب شود. الزامات نصب این براکت سازه فولادی بسیار بالا است، فولاد مورد استفاده از بالاترین کیفیت برخوردار است، فرآیند عملیات سطحی خوب است و برای اطمینان از مونتاژ موفقیتآمیز، ارتباط اولیه با سازندگان قطعات فتوولتائیک لازم است.
۳) سیستم سازه نگهدارنده فتوولتائیک دیوار پردهای با قاب تیر-ستون. استفاده از راهکار نصب سازه فولادی قاب تیر-ستون برای دیوارهای پردهای PV مناسب است. به دلیل سختی جانبی کم آن، هنگامی که ارتفاع سازه یا طبقه زیاد است، مهاربندهای جانبی باید طوری تنظیم شوند که سازه قاب نگهدارنده را تشکیل دهند. سازه فولادی و عناصر تعبیهشده درجا ریختهگریشده اغلب برای ایجاد یک سازه ترکیبی در طراحی دیوار پردهای فتوولتائیک بلند مرتبه استفاده میشوند که میتواند قابلیت ضدجانبی کل سازه را بهبود بخشد و در عین حال مقدار فولاد مورد نیاز را کاهش دهد و بنابراین هزینه کل را کاهش دهد.
۴. نصب اجزای جدید نگهدارنده خورشیدی دیواره نازک نورد سرد:
۱) تکیهگاه انرژی خورشیدی دیواره نازکِ نوآورانه با فرمدهی سرد برای اعضای سازه فولادی، با استفاده از اتصالات ترکیبی فولاد-پلاستیک مختلف در کارخانه ساخته میشود. انواع مختلفی از اتصالات ترکیبی فولاد-پلاستیک وجود دارد که میتوانند با شرایط نصب متنوع سازگار شوند.
۲) تکیهگاه جدید انرژی خورشیدی دیواره نازک نورد سرد، وزن کمتری دارد و سوراخهای نصب بیشتری دارد. به طور کلی، فونداسیون مستقل، فونداسیون اصلی است و در صورت نیاز، تیر اتصال بتن مسلح به آن اضافه میشود. فونداسیونهای نواری یا فونداسیونهای متقاطع را میتوان در مکانهایی با شرایط زمینشناسی نامناسب به کار برد، اما تا حد امکان باید از فونداسیونهای گسترده اجتناب کرد. پایههای ستون بالایی همگی لولایی هستند، در حالی که اجزای تعبیه شده یا پایههای ستونی تعبیه شده یا پیچهای تعبیه شده در بتن ضد آب هستند. هر دو نوع به سادگی پردازش میشوند، ساخت آنها آسان است و به خوبی به هم متصل شدهاند.
