نظام تثبيت أرضي للطاقة الشمسية من الفولاذ الكربوني - فولاذ منحني للداخل على شكل حرف C

يُعدّ الفولاذ المنحني للداخل على شكل حرف C عنصرًا أساسيًا حاملًا للأحمال في نظام دعم الخلايا الكهروضوئية الأرضية، وينتمي إلى فئة الفولاذ الرقيق الجدران المشكّل على البارد. يتميز هذا الفولاذ بمقطع عرضي على شكل حرف C، مع حواف منحنية للداخل على كلا الجانبين وأضلاع معززة، ولذلك يُعرف أيضًا باسم "مدادة الخلايا الكهروضوئية على شكل حرف C". يُصنع هذا المنتج عادةً من صفائح أو شرائح فولاذية مدرفلة على الساخن من نوع Q235B أو Q345B، ويتم تشكيلها بواسطة وحدة تشكيل بالثني البارد المستمر، ثم تُعالج سطحيًا بالغمس الساخن أو بالزنك والألومنيوم والمغنيسيوم وفقًا لمتطلبات الحماية من التآكل.

باعتبارها الهيكل الداعم الطولي لمصفوفة الخلايا الكهروضوئية، تربط هذه المادة الأساسات الركائزية أو الركائز الحلزونية بالوحدات الكهروضوئية العلوية، ناقلةً الأحمال الخارجية كالرياح والثلوج إلى الأرض. وهي عنصر أساسي يضمن السلامة الهيكلية والاستقرار لمحطة الطاقة.

مكونات المنتج

ميزة

▪ قوة هيكلية عالية واستهلاك منخفض للصلب:

يُحسّن تصميم المقطع المقوى ذو الحواف الملفوفة الفريد مقاومة الانحناء والالتواء والتقوس للمكونات بشكل ملحوظ. وبالمقارنة مع الفولاذ العادي ذي المقطع C أو الفولاذ ذي المقطع المفتوح، فإنه يوفر ما يقارب 20% إلى 30% من الفولاذ مع الحفاظ على نفس القوة، مما يقلل بشكل فعال من تكلفة نظام الدعم.

▪ مقاومة ممتازة للتآكل:

تستخدم التطبيقات الشائعة عملية الجلفنة بالغمس الساخن (بوزن طلاء يتراوح بين 275 و600 غ/م²) أو عمليات طلاء الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم (ZAM) الأكثر تطوراً. يتميز طلاء الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم بقدرته على إصلاح الشقوق ذاتياً، ومقاومته للخدوش، ومقاومته للأمونيا، ومقاومته لتآكل رذاذ ملح البحر، مما يلبي متطلبات عمر الخدمة الذي يزيد عن 25 عاماً لمحطات الطاقة الكهروضوئية.

▪ سهولة التركيب وقابلية التكيف العالية:

بفضل الموصلات والصواميل الزنبركية والمسامير المخصصة، يُمكن تحقيق وصلة مُحكمة بالكامل، مما يُغني عن الحاجة إلى اللحام في الموقع. تسمح فتحات التثبيت الطويلة (أو الفتحات المستطيلة) الموجودة في الخلف بتعديل الطول بمرونة لمراعاة عدم استواء الأرض وأخطاء التركيب.

▪ سهولة النقل والتخزين:

يمكن تكديس المقاطع الفولاذية، مما يشغل مساحة ضئيلة؛ كما أن الطول القياسي البالغ 6 أمتار يسهل النقل بواسطة الشاحنات العادية، ويمكن للقطع المناسب أن يقلل من المعالجة الثانوية في الموقع.

حدود

السيناريوهات القابلة للتطبيق

▶ محطات توليد الطاقة الأرضية المركزية واسعة النطاق:

تُستخدم كعوارض رئيسية حاملة للأحمال ودعامات قطرية في المناطق المفتوحة مثل الأراضي المسطحة والمراعي والصحاري وصحراء جوبي، لتشكيل أنظمة دعم أحادية العمود أو ثنائية العمود.

▶ أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية التجارية والسكنية:

تُستخدم كأعمدة وعوارض قطرية ودعامات أفقية في المشاريع الصغيرة والمتوسطة الحجم المثبتة على الأرض مثل مناطق المصانع والأراضي الريفية غير المستغلة وحول البيوت الزجاجية الزراعية.

▶ أسطح خرسانية مسطحة (مع دعامات إضافية):

تُستخدم بالتزامن مع قواعد الصابورة كعوارض مائلة أو مسطحة لدعم الوحدات الكهروضوئية.

▶ أنظمة هجينة تجمع بين تربية الأحياء المائية والطاقة الشمسية، وأنظمة هجينة تجمع بين الزراعة والطاقة الشمسية:

يستخدم كقطاع رئيسي لتحمل الأحمال عندما يكون الارتفاع العلوي مرتفعًا، مما يؤدي إلى مقاومة فعالة لأحمال الرياح والتآكل الناتج عن البيئات الرطبة على المدى الطويل (يتطلب طلاءً من الألومنيوم والمغنيسيوم المجلفن أو معالجة معززة مضادة للتآكل).

▶ تضاريس جبلية ومنحدرة:

يمكن تكييفها مع منحدرات التضاريس من 5 إلى 15 درجة عن طريق ضبط فرق الارتفاع بين الأعمدة الأمامية والخلفية واستخدام الثقوب الطويلة المتصلة المصنوعة من الفولاذ الملفوف للداخل على شكل حرف C.

نوع التربة المناسب

يُعد نظام الدعم الفولاذي ذو الشكل C والقابل للدوران الداخلي مناسبًا لجميع أنواع التربة تقريبًا، نظرًا لأن الحمل ينتقل عبر الأساس. وفيما يلي أنواع التربة المثالية لإنشاء الأساسات:

• الطين والطين الغريني: قدرة تحمل عالية، أقل عرضة لانهيار الحفرة، مناسب للأوتاد المحفورة أو الأوتاد مسبقة الصب.
• الرمل والرمل الحصوي: تصريف جيد، مناسب للأوتاد الحلزونية، بناء سريع، وأقل قدر من الإزعاج.
• الردم المضغوط: بالنسبة للأساسات الاصطناعية أو مواقع المصانع القديمة، يمكن استخدام الركائز مسبقة الصب أو الركائز المحفورة بثقوب دقيقة.
• التربة الطينية والتربة الحمراء (غير القابلة للانهيار): الركائز المحفورة التقليدية كافية؛ لا يلزم معالجة خاصة للدعامة الفولاذية على شكل حرف C.

القيود الجيولوجية التي يجب مراعاتها

على الرغم من أن الدعامات الفولاذية على شكل حرف C لا تتصل مباشرة بطبقات التربة العميقة، إلا أن الظروف الجيولوجية التالية يمكن أن تؤثر على اختيار الأساس وتكلفته، مما يحد بشكل غير مباشر من جدواها الاقتصادية:

▶ طبقات التربة الصخرية أو الحصوية:

إذا ظهرت صخور متآكلة بشكل متوسط ​​أو حصى كبير على عمق 0.5 متر تحت السطح، يتعذر غرس الركائز الحلزونية، ويصبح حفر الركائز وحقنها صعباً ومكلفاً. في هذه الحالة، يجب النظر في استخدام أساسات خرسانية ذات أثقال موازنة (أساسات شريطية أو مستقلة)، ولكن هذا سيزيد من أعمال الحفر واستهلاك الخرسانة.

▶ التربة الرخوة والتربة الطينية:

تتميز هذه المنتجات بقدرة تحمل منخفضة للغاية (<(60 كيلو باسكال) وهي عرضة للهبوط. يتطلب الأمر استخدام ركائز مسبقة الصب أطول أو ركائز حقن أعمق، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكاليف أساسات الركائز وربما يقلل من مزايا الدعامات الفولاذية خفيفة الوزن على شكل حرف C.

▶ التربة الطينية القابلة للانهيار:

يحدث هبوط إضافي كبير عند ملامسة الماء. لذا، من الضروري اتخاذ تدابير للعزل المائي أو معالجة الأساسات (مثل طبقة من التربة الجيرية أو النقع المسبق)؛ وإلا، فإن الهبوط غير المتساوي لأساسات الدعم سيؤدي إلى انحناء الفولاذ على شكل حرف C، مما يتسبب في حدوث تشققات دقيقة في وحدات الخلايا الكهروضوئية.

▶ التربة المعرضة للصقيع (الطمي، الطين الطميي):

في المناطق الباردة، ستؤدي قوى تجمد التربة إلى رفع الركائز إلى الأعلى. لذا، يجب دفن أساسات الركائز تحت مستوى تجمد التربة، كما يجب زيادة هامش التعديل عند نقطة اتصال الفولاذ ذي الشكل C برأس الركيزة.

▶ ارتفاع مستوى المياه الجوفية أو طبقات الرمال المتحركة:

أثناء الحفر، من المحتمل حدوث انهيار في جدار البئر وتدفق الرمال المتحركة، مما يؤثر على جودة الركائز المصبوبة في الموقع. يمكن استخدام الركائز الحلزونية الفولاذية أو الركائز مسبقة الصب المدفوعة، ولكن وصلات الفولاذ على شكل حرف C تتطلب حماية خاصة ضد التآكل.

ملخص

أصبح الفولاذ المنحني للداخل على شكل حرف C، بفضل نسبة قوته العالية إلى وزنه، ومقاومته الممتازة للتآكل، وإمكانية تعديل تركيبه بسهولة، أكثر أنواع الهياكل الثانوية والأساسية شيوعًا في أنظمة دعم الخلايا الكهروضوئية الأرضية. ويحقق تصميمه المقطعي ذو الحواف الملفوفة والمثني على البارد توازنًا بين تقليل استهلاك الفولاذ وزيادة قدرة تحمل الأحمال، مما يجعله مناسبًا لمعظم التطبيقات، من السهول إلى الجبال، ومن التربة العادية إلى البيئات ذات التآكل الطفيف.

 

توصيات أساسية للاختيار: في المراحل الأولى من المشروع، يجب أولاً تحديد المقطع العرضي وسماكة جدار الفولاذ ذي الشكل C من خلال حسابات إنشائية تستند إلى أحمال الرياح والثلوج المحلية. ثانيًا، يجب اختيار طلاء مناسب بناءً على مستوى تآكل التربة (يُعدّ الجلفنة بالغمس الساخن مناسبًا عمومًا لمعظم المواقع الداخلية؛ بينما يُوصى بطلاء الزنك والألومنيوم والمغنيسيوم للمواقع التي تقع ضمن مسافة 5 كيلومترات من الساحل أو في المناطق الصناعية الثقيلة). أخيرًا، في الظروف الجيولوجية الخاصة مثل الصخور والتربة الرخوة والتربة الطينية القابلة للانهيار، يلزم تصميم أساسات منفصلة؛ ولا يُنصح بالاعتماد فقط على الوصلات العالمية للفولاذ ذي الشكل C.

 

 

يتمثل الاتجاه المستقبلي في الجمع بين الفولاذ عالي القوة (مثل Q420 و Q460) والطلاءات المقاومة للتآكل بشكل فائق (ألواح مطلية مسبقًا بالزنك والألومنيوم والمغنيسيوم)، والذي يهدف إلى تقليل الوزن الإجمالي لهيكل الدعم وتكلفة دورة الحياة الإجمالية، مع تحسين قدرة محطة الطاقة على التعامل مع الظروف الجوية القاسية.

 

مرجع مشروع الطاقة الشمسية أولاً

• 
• 

 

نقاط معرفية ذات صلة

(1)الفولاذ المدرفل على شكل حرف C: ست نقاط معرفية أساسية