كيفية اختيار أنظمة تركيب الطاقة الشمسية الضوئية بناءً على المتطلبات؟

1. أنواع الفولاذ المستخدمة في أنظمة تركيب الفولاذ الشمسي
نظرًا للهيكل البسيط والحجم الصغير لأنظمة تركيب الخلايا الكهروضوئية الشمسية، يتم استخدام الفولاذ الهيكلي خفيف الوزن والفولاذ الهيكلي العادي ذو المقطع العرضي الصغير بشكل أساسي في اختيار المواد الفولاذية.

الفولاذ الهيكلي خفيف الوزن: يشير الفولاذ الهيكلي خفيف الوزن بشكل أساسي إلى الفولاذ الدائري، والفولاذ الزاوية الصغيرة، والفولاذ ذو الجدران الرقيقة. يمكن للفولاذ الزاوية، عند استخدامه كأعضاء دعم، أن يستغل بشكل فعال قوة الفولاذ ويسهل التركيب الكلي لنظام التركيب. ومع ذلك، عند استخدامه كأعضاء انحناء أو ضغط، فإنه يميل إلى إنتاج تشوهات كبيرة نسبيًا. في الوقت الحالي، فإن نطاق نماذج الفولاذ الزاوية المتاحة في المعايير الوطنية محدود لأنظمة التركيب الشمسي، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى مجموعة واسعة من نماذج الفولاذ الزاوية الصغيرة للتكيف مع سوق الطاقة الشمسية المتطور بسرعة. بالنسبة لأعضاء العوارض الخشبية، عادة ما يتم تصنيع الفولاذ ذو الجدران الرقيقة من صفائح فولاذية رقيقة بسماكة 1.5 إلى 5 مم، ويتم تشكيلها إلى أشكال وأحجام مقاطع عرضية مختلفة من خلال الانحناء البارد أو الدرفلة على البارد.

بالمقارنة مع الفولاذ المدلفن على الساخن، يمكن للفولاذ ذو الجدران الرقيقة أن يزيد نصف قطر الدوران بنسبة 50 إلى 60٪ لنفس مساحة المقطع العرضي، بينما يمكن أن تزيد عزم القصور الذاتي للمقطع وعزم المقاومة بمقدار 0.5 إلى 3 مرات. وهذا يسمح باستخدام أكثر كفاءة لقوة المادة. ومع ذلك، يتم إجراء معالجة الفولاذ ذو الجدران الرقيقة في الغالب في المصانع، مما يتطلب حفرًا عالي الدقة للمحاذاة مع فتحات البراغي الموجودة في الجزء الخلفي من الألواح الكهروضوئية. المعالجة والحفر في المصنع ضروريان قبل الجلفنة بالغمس الساخن لمنع الصدأ. أثناء التركيب في الموقع، يجعل المقطع العرضي الصغير للفولاذ من الصعب التشغيل باستخدام الأدوات، مما يعقد عملية البناء. في الوقت الحالي، لا يمكن تركيب معظم الألواح الكهروضوئية المحلية مباشرة بالفولاذ ذو الجدران الرقيقة وتتطلب هياكل تثبيت مساعدة إضافية (مثل كتل التثبيت).

الفولاذ الهيكلي العادي: يستخدم الفولاذ الهيكلي العادي عادة الفولاذ الهيكلي الكربوني أو الفولاذ منخفض السبائك، والتي يسهل صهرها وفعالة من حيث التكلفة. هناك أنواع مختلفة من المقاطع العرضية، بما في ذلك تلك المستخدمة بشكل شائع في الخلايا الكهروضوئية بما في ذلك العوارض I، والعوارض H، والعوارض L، والأقسام ذات الأشكال الخاصة المصممة خصيصًا. طرق المعالجة متنوعة أيضًا. تتضمن أقسام الفولاذ الملحومة، على سبيل المثال، اختيار صفائح فولاذية ذات سماكات مختلفة ولحامها في فولاذ على شكل في المصانع وفقًا لمتطلبات التصميم. تسمح هذه الطريقة باستخدام صفائح فولاذية ذات سماكات مختلفة في أجزاء هيكلية مختلفة بناءً على حسابات القوة لأقسام مختلفة من المشروع الكهروضوئي. هذا النهج أكثر منطقية من حيث توزيع الإجهاد مقارنة بمنتجات التشكيل لمرة واحدة المدلفنة على الساخن، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتركيب في الموقع وتوفير المواد الفولاذية.

2. متطلبات أداء الفولاذ في أنظمة التركيب الشمسي
يجب أن يمتلك الفولاذ المستخدم في الهياكل الفولاذية الشمسية الخصائص التالية:

1) قوة الشد ونقطة الخضوع. تسمح نقطة الخضوع العالية بمقاطع عرضية أصغر للأعضاء الفولاذية، مما يقلل من الوزن الهيكلي، ويوفر الفولاذ، ويقلل من التكلفة الإجمالية للمشروع. تزيد قوة الشد العالية من هامش الأمان العام للهيكل، مما يعزز موثوقيته.

2) اللدونة والمتانة ومقاومة الإجهاد. تتيح اللدونة الجيدة للهيكل الخضوع لتشوه كبير قبل الفشل، مما يسمح بالكشف في الوقت المناسب والتدابير العلاجية. تساعد اللدونة الجيدة أيضًا في تعديل إجهادات الذروة المحلية. غالبًا ما يتم تركيب الألواح الكهروضوئية باستخدام طرق قسرية لضبط الزوايا، وتسمح اللدونة بإعادة توزيع القوة الداخلية في الهيكل، مما يجعل الإجهادات في المناطق المركزة سابقًا أكثر اتساقًا وتحسين قدرة تحمل الحمل الإجمالية للهيكل. تتيح المتانة الجيدة للهيكل امتصاص المزيد من الطاقة عند تعرضه لأحمال تأثير خارجية، خاصة في محطات الطاقة الصحراوية والتركيبات على السطح حيث تكون تأثيرات الرياح كبيرة. يمكن لمتانة الفولاذ أن تقلل بشكل فعال من المخاطر. تتيح مقاومة الإجهاد الجيدة أيضًا للهيكل تحمل أحمال الرياح المتناوبة والمتكررة بشكل أكثر فعالية.

3) أداء المعالجة. يشمل أداء المعالجة الجيد العمل على البارد والعمل على الساخن وقابلية اللحام. يجب ألا يكون الفولاذ المستخدم في الهياكل الفولاذية الكهروضوئية سهل المعالجة إلى أشكال ومكونات هيكلية مختلفة فحسب، بل يجب أيضًا التأكد من أن هذه الهياكل والمكونات لا تعاني من آثار ضارة كبيرة على القوة واللدونة والمتانة ومقاومة الإجهاد بسبب المعالجة.

4) مدة الخدمة. نظرًا لأن أنظمة الخلايا الكهروضوئية الشمسية مصممة لمدى خدمة يزيد عن 20 عامًا، فإن مقاومة التآكل الجيدة هي أيضًا مؤشر مهم على جودة نظام التركيب. إذا كان نظام التركيب يتمتع بعمر قصير، فسوف يؤثر حتمًا على استقرار الهيكل بأكمله، ويطيل فترة استرداد الاستثمار، ويقلل من الفوائد الاقتصادية الإجمالية للمشروع.

5) في ظل الظروف المذكورة أعلاه، يجب أيضًا أن يكون الفولاذ المستخدم في الهياكل الفولاذية الكهروضوئية متاحًا بسهولة، وسهل الإنتاج، وبأسعار معقولة.

3. التحليل الفني لأنظمة تركيب الهياكل الفولاذية الشمسية الجديدة
يخضع استخدام الفولاذ الزاوية في أنظمة التركيب الشمسي لقيود متزايدة، ويرجع ذلك في المقام الأول إلى عدم اتساق جودة الفولاذ والحاجة إلى الحفر المكثف في الموقع، مما قد يؤدي إلى الصدأ. لذلك، يلزم وجود أنظمة تركيب جديدة لتحل محل أنظمة الفولاذ الزاوية لتقليل التآكل وإطالة عمر الخدمة.

الأشكال الهيكلية الرئيسية لنظام التركيب الشمسي الجديد:

1) نظام تركيب الفولاذ ذو الجدران الرقيقة المشكل على البارد ذو الشكل الخاص. الفولاذ ذو الجدران الرقيقة المشكل على البارد ذو الشكل الخاص هو نظام هيكل فولاذي خفيف الوزن مسبق الصنع ومجمع جاف يسمح بالإنتاج الضخم والتجميع السريع ويتميز باستهلاك منخفض للفولاذ وتوفير الوقت وكفاءة اليد العاملة. يتضمن نظام تركيب الهيكل الفولاذي للفولاذ ذو الجدران الرقيقة المشكل على البارد ذو الشكل الخاص توصيل الفولاذ ذو الجدران الرقيقة المشكل على البارد مسبق الصنع في المصنع في الموقع بمسامير لتشكيل الإطار الهيكلي، ثم تركيب الألواح الكهروضوئية لإكمال المصفوفة.

2) نظام تركيب الفولاذ المتكامل مسبق الصنع في المصنع. يتضمن هذا النظام هياكل فولاذية مسبقة الصنع في المصنع مع عوارض خشبية، والتي تتطلب فقط التجميع والتثبيت في الموقع، ثم تركيب الألواح الكهروضوئية لتشكيل المصفوفة بأكملها. يوفر سرعة بناء سريعة ومناسب لمحطات الطاقة واسعة النطاق. متطلبات التركيب لنظام تركيب الهيكل الفولاذي هذا عالية للغاية، وعادة ما تتضمن أعلى جودة من الفولاذ، وعمليات معالجة سطحية ممتازة، وتواصلًا شاملاً مسبقًا مع الشركات المصنعة لمكونات الخلايا الكهروضوئية لتحقيق توافق تجميع مثالي.

3) نظام تركيب الخلايا الكهروضوئية من نوع إطار العمود العارضة. تعتبر الجدران الساترة الكهروضوئية مناسبة لأنظمة تركيب الهياكل الفولاذية من نوع إطار العمود العارضة. هذا الهيكل خفيف الوزن وموثوق به. ومع ذلك، نظرًا لصلابته الجانبية الصغيرة، يلزم وجود دعامات جانبية لتشكيل هيكل مؤطر مدعم عندما يكون الهيكل طويلًا أو له ارتفاعات طوابق كبيرة. في تصميم الجدران الساترة الكهروضوئية الشاهقة، تُستخدم الهياكل المختلطة التي تجمع بين الفولاذ والأجزاء المدمجة المصبوبة في الموقع بشكل شائع لتعزيز المقاومة الهيكلية الإجمالية للإزاحة الجانبية، وتقليل استهلاك الفولاذ، وخفض التكلفة الإجمالية.

4. تركيب المكونات لأنظمة التركيب الشمسي الجديدة ذات الجدران الرقيقة المشكلة على البارد:

1) توصيل أعضاء الهيكل الفولاذي: يتم تجميع نظام التركيب الشمسي الجديد ذو الجدران الرقيقة المشكلة على البارد من موصلات هجينة من الفولاذ والبلاستيك مسبقة الصنع في المصنع. تأتي هذه الموصلات في نماذج مختلفة لتناسب ظروف التركيب المختلفة. يعد الاختيار الصحيح لأشكال وطرق توصيل المكونات الهجينة جانبًا حاسمًا في التصميم الهيكلي العام.

2) توصيل نظام التركيب بالأساس: نظام التركيب الشمسي الجديد ذو الجدران الرقيقة المشكلة على البارد خفيف الوزن ويتميز بفتحات تركيب متعددة. تستخدم الأسس المستقلة بشكل عام، مع إضافة عوارض ربط من الخرسانة المسلحة عند الضرورة. بالنسبة للمناطق ذات الظروف الجيولوجية السيئة، يمكن استخدام أسس شريطية أو أسس متقاطعة، بينما يتم تجنب أسس الطوافة قدر الإمكان. تعتمد جميع قواعد الأعمدة العلوية على وصلات مفصلية، بينما يمكن للأجزاء المضمنة استخدام قواعد أعمدة مُدرجة أو مسامير مُدمجة مسبقًا ملفوفة بخرسانة مقاومة للماء. كلا النوعين من قواعد الأعمدة سهلة المعالجة وسهلة البناء وتوفر أداء توصيل جيدًا.

3) توصيل العوارض الخشبية لنظام التركيب: هناك ثلاثة أنواع من عقد التوصيل: صلبة ومفصلية وشبه صلبة. تتوفر بالفعل طرق التصنيع المعيارية لأنواع التوصيل هذه. الوصلات المفصلية بسيطة في البناء والأسهل في التصنيع والتركيب. ومع ذلك، في المناطق التي بها رياح قوية، يلزم وجود دعامات أفقية أو دعامات قطرية لمساعدة الجدار على تحمل الأحمال الأفقية وتوفير صلابة إضافية. عندما لا يتم تركيب الدعامات، يجب أن تكون عقد التوصيل بين العوارض والأعمدة صلبة. الوصلات شبه الصلبة أسهل في البناء من الوصلات الصلبة وتوفر أداءً أفضل من الوصلات المفصلية. ومع ذلك، نظرًا لصعوبة التحكم في توزيع القوة، يتطلب التطبيق العملي الخبرة، ونادرًا ما يتم استخدامه في الوقت الحاضر. تتضمن التوصيلات في الموقع عادةً وصلات مفصلية مربوطة بمسامير تليها اللحام في كلا الطرفين.