قوس الشمسية

الدليل النهائي لقوس الشمسيةالأنظمة: الهندسة لذروة الأداء

على مدى أكثر من عقدين من الزمن في صناعة تركيب الطاقة الشمسية، ظلت هناك حقيقة واحدة ثابتة: أساس أي نظام كهروضوئي ناجح هو أجهزة التثبيت الخاصة به. القوس الشمسية، غالبًا ما يكون البطل المجهول، هو الواجهة المهمة بين الألواح الشمسية القيمة لديك والهيكل الموجود على السطح أو الأرض. تؤثر جودتها وتصميمها ومتانتها بشكل مباشر على كفاءة النظام وطول عمره وسلامته. يمكن أن يؤدي حل التركيب دون المستوى إلى حدوث شقوق صغيرة في الألواح، وزيادة إجهاد حمل الرياح، ودخول المياه، وفي النهاية، انخفاض كبير في إنتاج الطاقة وعائد الاستثمار. يتعمق هذا الدليل في هندسة واختيار أقواس تركيب الطاقة الشمسية الاحترافية، مما يوفر المعلمات التفصيلية والمعرفة اللازمة للقائمين بالتركيب والمهندسين والمتخصصين في المشتريات لاتخاذ قرارات مستنيرة.

المكونات الأساسية والمعايير الفنية لنظام قوس الطاقة الشمسية

نظام الأرفف الشمسية الكامل عبارة عن تجميع هندسي، وليس مجرد مشبك بسيط. يعد فهم دور كل مكون ومواصفاته أمرًا أساسيًا.

1. المكونات الهيكلية الأولية

• السكك الحديدية (الدعم الطولي):الشعاع الأفقي الرئيسي الذي يمتد على طول المصفوفة، يوفر العمود الفقري لربط اللوحة.
  • مادة:سبائك الألومنيوم المؤكسدة 6005-T5 أو 6063-T6.
  • الأطوال القياسية:3.0 م، 4.0 م، 5.0 م، 6.0 م (الأطوال المخصصة متوفرة).
  • حساب تعريفي:تصميمات قناة C أو قناة U أو فتحة T لإدارة الكابلات المتكاملة.
  • سعة التحميل:مصممة نموذجيًا لقوة شد نهائية تتجاوز 30 كيلو نيوتن وقدرة عزم انحناء تزيد عن 4 كيلو نيوتن متر.
• منتصف / نهاية المشابك:يؤمن إطارات الألواح الشمسية على السكة.
  • مادة:سبائك الألومنيوم المؤكسدة 6061-T6 أو الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 304/316.
  • مواصفات عزم الدوران:تمت معايرتها بدقة (على سبيل المثال، 12-15 نيوتن متر للألمنيوم، 18-20 نيوتن متر للصلب) لمنع الضغط الزائد لإطار اللوحة.
  • التوافق:مصممة لارتفاعات إطار اللوحة القياسية (عادة 30 مم، 35 مم، 40 مم).
• ملحق السقف (القدم/القاعدة):الواجهة بين السكك الحديدية وهيكل السقف.
  • الأنواع:أقدام الوقوف للأسقف المبلطة/الألواح الخشبية، وأنظمة الأسقف المسطحة (الصابورة أو المخترقة)، وأنظمة تثبيت التماس للأسقف المعدنية.
  • مادة:الصلب المجلفن بالغمس الساخن (HDG) أو الألومنيوم أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
  • السحابات:مسامير متخلفة عالية الجودة ومقاومة للتآكل أو براغي هيكلية متوافقة مع مادة السقف (الخشب والمعدن والخرسانة).

2. المواصفات التفصيلية للمواد والطلاء

مقاومة التآكل غير قابلة للتفاوض لمدة تزيد عن 25 عامًا للنظام.

3. الهندسة الحرجة وبيانات التحميل

الأسئلة الشائعة حول قوس الطاقة الشمسية: إجابات من الميدان

س: ما الفرق بين دعامة الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ؟

ج:تكمن الاختلافات الأساسية في القوة والوزن ومقاومة التآكل والتكلفة. تتميز أقواس الألومنيوم (سبيكة 6005/6063) بخفة الوزن، وتتمتع بمقاومة طبيعية ممتازة للتآكل عند أكسدتها، وتستخدم عادةً للقضبان والمشابك. أنها توفر نسبة قوة إلى الوزن كبيرة. يعتبر الفولاذ المقاوم للصدأ (304 أو 316) أقوى وأكثر صلابة بشكل كبير، مما يجعله مثاليًا للمثبتات المهمة والمشابك عالية الضغط، خاصة في البيئات الساحلية المسببة للتآكل (يتفوق AISI 316 في رش الملح). الفولاذ أثقل وأكثر تكلفة. يعد النظام الهجين الذي يستخدم الألومنيوم للقضبان والفولاذ المقاوم للصدأ للمرفقات/المثبتات أمرًا شائعًا ومثاليًا.

س: كيف يمكنني تحديد التصنيف الصحيح لحمل الرياح والثلوج لنظام قوس الطاقة الشمسية الخاص بي؟

ج:تقييمات التحميل ليست مقاسًا واحدًا يناسب الجميع؛ فهي خاصة بالموقع. يجب عليك الرجوع إلى رمز البناء المطبق على موقع التثبيت الخاص بك (على سبيل المثال، IBC/ASCE 7 في الولايات المتحدة الأمريكية، والرمز الأوروبي في أوروبا). الخطوات الأساسية هي: 1) تحديد الموقع الجغرافي للمشروع وسرعة الرياح الأساسية المقابلة له وحمل الثلوج الأرضية من خرائط المخاطر الرسمية. 2) حدد فئة التعرض للموقع (على سبيل المثال، التعرض B أو C أو D للرياح). 3) احسب الضغوط المحددة على المصفوفة بناءً على ارتفاعها وزاوية ميلها ومنطقة السقف (المحيط والزاوية والداخلية). توفر الشركات المصنعة للأقواس الشمسية ذات السمعة الطيبة وثائق هندسية وجداول ممتدة توضح التباعد المسموح به للسكك الحديدية وتباعد المرفقات لمجموعات الأحمال المختلفة. قم دائمًا بمراجعة التصميم النهائي للنظام أو ختمه بواسطة مهندس محترف مرخص للمشاريع التجارية والسكنية الكبيرة.

س: هل يمكنني تركيب أقواس الطاقة الشمسية على أي نوع من الأسطح؟

ج:على الرغم من وجود حلول التركيب لمعظم أنواع الأسطح، إلا أن كل منها يتطلب طريقة تثبيت محددة ومتوافقة. بالنسبة لتكوين الأسطح المصنوعة من الألواح الخشبية أو البلاط، يتم استخدام أقدام قائمة مع وميض، ويجب أن يكون هيكل الجمالون الخاص بالسقف موجودًا لتثبيت الترباس المتأخر بشكل آمن. بالنسبة لأسقف التماس المعدنية الدائمة، فإن مشابك التماس المتخصصة التي تمسك التماس دون اختراق هي المعيار القياسي. بالنسبة للأسطح المسطحة (EPDM، TPO، المبنية)، يتم استخدام أنظمة الصابورة غير المخترقة أو أعمدة الاختراق مع مجموعات العزل المائي الشاملة. تتطلب أسطح البلاط المصنوعة من الطين أو الخرسانة إزالة البلاط بعناية أو خطافات خاصة بالبلاط. يعد التقييم الهيكلي لقدرة السقف على التحمل أمرًا إلزاميًا قبل التثبيت على أي نوع من أنواع الأسطح.

س: ما هي أهمية مواصفات عزم الدوران عند ربط مشابك ومثبتات كتيفة الطاقة الشمسية؟

ج:يعد الالتزام بقيمة عزم الدوران المحددة من قبل الشركة المصنعة أمرًا بالغ الأهمية لسلامة النظام والامتثال للضمان. يمكن أن يؤدي التشديد المنخفض إلى ارتخاء المكونات بسبب الاهتزاز والتدوير الحراري، مما يتسبب في حدوث انزلاق محتمل وضوضاء ومشاكل في التأريض الكهربائي. إن الإفراط في التشديد أمر خطير بنفس القدر: فهو يمكن أن يشوه إطار الألواح الشمسية المصنوعة من الألومنيوم، مما يؤدي إلى إجهاد الزجاج والشقوق الصغيرة (مما يقلل من إنتاج الطاقة)، ​​أو خيوط الشريط، أو سحق قضبان السكك الحديدية، مما يضر بقوتها. استخدم دائمًا مفتاح عزم الدوران المُعاير. القيم المشتركة هي 12-15 نيوتن متر للتوصيلات من الألومنيوم إلى الألومنيوم (على سبيل المثال، المشبك الأوسط للسكك الحديدية) و18-20 نيوتن متر للمسامير المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ في الملحقات الهيكلية.

س: كيف يؤثر نظام قوس الطاقة الشمسية على الكفاءة الإجمالية للصفيف الكهروضوئي الخاص بي؟

ج:يؤثر نظام التركيب على الكفاءة بعدة طرق مباشرة وغير مباشرة. مباشرة، تحدد زاوية الميل والاتجاه (السمت) التي تحددها الشريحة التقاط الإشعاع الشمسي السنوي. دعامة شمسية قابلة للتعديل تسمح بالتحسين الموسمي. بشكل غير مباشر، يمكن للنظام سيئ التصميم أو التثبيت أن يتسبب في "تظليل طفيلي" من القضبان أو المشابك إذا لم يتم وضعه بشكل صحيح. والأهم من ذلك، أن الصلابة غير الكافية يمكن أن تؤدي إلى انحراف اللوحة، مما يضغط على الخلايا والوصلات. في الظروف العاصفة، يمكن أن يسبب الاهتزاز المفرط أو "الرفرفة" تقلبات في إنتاج الطاقة. تضمن الأقواس المصممة بشكل صحيح وضعًا مثاليًا ومستقرًا وتقليل الضغط الميكانيكي على اللوحات، مما يحافظ على كفاءتها المقدرة طوال عمر النظام.

س: هل هناك اعتبارات محددة لقوس الطاقة الشمسية للأنظمة المثبتة على الأرض مقابل الأنظمة المثبتة على الأسطح؟

ج:نعم، تختلف أولويات التصميم بشكل كبير. أنظمة الأسطح مقيدة بهيكل السقف الحالي والجماليات وسلامة العزل المائي. إنهم يعطون الأولوية للوزن المنخفض والحمل الموزع والمظهر المنخفض. ومع ذلك، فإن الأنظمة المثبتة على الأرض هي هيكلها المستقل. إنها تتطلب أساسات أكثر قوة (أكوام مدفوعة، وأرصفة خرسانية، وأكوام حلزونية) وأعمدة وعوارض شديدة التحمل، غالبًا ما تكون مصنوعة من الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن من أجل القوة والفعالية من حيث التكلفة. تسمح الحوامل الأرضية بمرونة أكبر في التوجيه والإمالة وتباعد الصفوف لتقليل التظليل بين الصفوف، ولكن يجب أن تكون مصممة لأحمال الرياح الأعلى بسبب تعرضها وارتفاعات الصفيف الأعلى في كثير من الأحيان. تعد ظروف الصقيع والتربة أيضًا من عوامل التصميم الرئيسية لأساسات التركيب الأرضي.