آشنایی با سازه پنل خورشیدی

در هر نیروگاه برق خورشیدی به منظور نصب پنل خورشیدی از استراکچر پنل خورشیدی یا سازه پنل خورشیدی استفاده می شود. استراکچر پنل خورشیدی، سازه ای است فولادی جهت تثبیت پنل خورشیدی در زاویه و جهت استاندارد و جلوگیری از واژگونی پنل خورشیدی در مقابل بار باد و برف است. این سازه ها به طور معمول دارای ویژگی های خاصی هستند که در طول سالیان سال بتوانند مقاومت خود را حفظ نمایند تا نیروگاه بتواند به بهترین شکل عملکرد خود را حفظ نماید. سازه پنل خورشیدی به طور معمول از نوع فیکس هستند یعنی زاویه و جهت آن تغییر نمی کند اما مدل های متغییر نیز وجود دارند که به دلیل قیمت و شرایط نگهداری خاص کمتر مورد توجه قرار می گیرند.

هر پنل خورشیدی اگر قرار باشد به صورت ثابت نصب شود باید در جهت جنوب و با زاویه مشخص نسبت به سطح زمین قرار بگیرد که جهت جنوب برای نیم کره شمالی ثابت اما زاویه می تواند متناسب با محل نصب یا فصول مختلف تغییر کند اما در کشورمان ایران برای عملکرد بهتر توصیه می شود زاویه پنل خورشیدی نسبت به سطح زمین 30 درجه در نظر گرفته شود اما برای نیروگاه های بزرگ خورشیدی می توان در نقاط جنوبی کشور زاویه کمتر و نزدیک 20 تا 25 درجه و در نقاط شمالی تا 40 درجه نیز افزایش یابد.

مشخصات قطعات سازه پنل خورشیدی

هر سازه پنل خورشیدی باید دارای مشخصاتی به صورت زیر باشد:

جنس و نوع پروفیل سازه پنل خورشیدی

هر سازه پنل خورشیدی برای استحکام بیشتر باید از پروفیل های فولادی با آلیاژ های ST37 و ST52 طراحی و ساخته شود. پروفیل ها می توانند از نوع C و ناودانی و در برخی موارد قوطی و نبشی باشند. اما پروفیل های C و U به دلیل تولید به روش CFS دارای مزیت های بیشتری هستند. از مهم ترین مزیت های آن می توان به تولید راحت تر در سایز و ابعاد متنوع و سرعت تولید بالا اشاره کرد. در روش CFS ورق فولادی در سایز های مختلف نوار بری می شود و در دستگاه های رول فرمینگ پانچ و تبدیل به پروفیل C و U و در برخی موارد Z خواهند شد.

در برخی سازه ها، برخی تولید کنندگان از پروفیل های آلمینیومی نیز استفاده می کنند اما معمولا پرلین سازه ها ( پروفیل زیر پنل خورشیدی ) به طور معمول از جنس آلمینیوم در نظر گرفته می شود. ورق فولادی به دلیل خوردگی طول عمر بالایی ندارد و باید توسط فلز روی، آبکاری شود. یکی از بهترین روش های آبکاری پروفیل های فولادی، آبکاری به روش گالوانیزه گرم عمقی است.

آبکاری گالوانیزه گرم عمقی پروفیل سازه پنل خورشیدی

به منظور جلوگیری از خوردگی فولاد، تمامی پروفیل های سازه پنل خورشیدی باید به روش آبکاری گالوانیزه گرم عمقی HDG مطابق استاندارد آمریکایی ASTM123 آبکاری شوند. به طور مثال ورق های 2 میلی متر باید دارای ضخامت آبکاری 65 میکرون باشد. نکته مهم دیگر در این فرایند این است که تمامی فرایند برش و پانچ باید قبل از آبکاری اتفاق بیفتد زیرا پس از آبکاری، نقاط برش خورده یا پانچ شده فاقد اعتبار گالوانیزه است و خطر خوردگی یا همان زنگ زدگی بالا است.

دقیقا به همین دلیل است که استفاده از ورق فولادی با پوشش گالوانیزه که مستقیم از کارخانه می آید در پروسه ساخت پروفیل های سازه پنل خورشیدی توصیه نمی شود. این ورق ها معمولا نه آلیاژ فولاد مناسبی برای این کار دارند و نه ضخامت روی مناسبی روی سطح آن ها قرار گرفته و مناسب ساخت تجهیزات دیگری است. به تازگی ورق هایی با پوشش روی اما وجود منیزیم در ساختار آن در بازار جهانی مورد استفاده قرار می گیرند که عملکرد بسیار بهتری نسبت به ورق های گالوانیزه کارخانه ای دارند اما هنوز به بازار ایران راه پیدا نکرده اند.

پیچ و مهره و یراق آلات سازه پنل خورشیدی

نکته مهم دیگر در ساختار سازه پنل خورشیدی استفاده از یراق الات با کیفیت و استاندارد برای مونتاژ سازه است. به طور مثال پیچ مهره های آبکاری شده مرسوم طول عمر پایینی دارند و مناسب این کار نیستند. به منظور افزایش طول عمر سازه ها توصیه می شود از پیچ و مهره های فولادی گرید 8.8 با پوشش داکرومات 800 ساعت و یا آبکاری گرم عمقی استفاده شود. همچنین در قسمت اتصالات پنل خورشیدی نیز باید از کلمپ های آلمینیومی با آلیاژ 6063 جهت اتصال پنل خورشیدی به سازه پنل خورشیدی استفاده شود.

روش های اجرای سازه پنل خورشیدی

سازه پنل خورشیدی به روش های مختلفی اجرا می شود که مهم ترین ها اتصال با پلیت و بولت، بتن در جا و کوبشی است. در ایران بیشتر سازه ها به روش بتن در جا و در نیروگاه خورشیدی بزرگ به صورت کوبشی اجرا می شود. در ادامه به معرفی هر کدام از این روش ها خواهیم پرداخت.

اتصال با بولت و پلیت

در این روش پایه های سازه به طور معمول با استفاده از میلگرد انتظار یا انکر بولت یا رول بولت به فوندانسون بتنی که از قبل اجرا شده است متصل می شود. در این روش نقطه اتصال از اهمیت بالایی برخوردار است و در صورت اتصال سست، سازه دچار لرزش است و مقاومت خود را به مرور زمان از دست می دهد. برای این کار ابتدا فوندانسیون بتنی از قبل اجرا می شود و سپس می توان سطح بتن را با مته سوراخ و رول بولت در بتن کاشت و در نهایت پایه سازه به واسطه یک پلیت ضخیم به فوندانسیون وصل می شود.

نصب سازه خورشیدی به روش بتن در جا

در این روش، سازه مونتاژ و پایه ها در قالب سیمانی قرار می گیرند و پس از تراز شدن سازه، داخل قالب بتنی، بتن با عیار مناسب ریخته می شود که در برخی پروژه ها از آرماتور بندی حرفه ای نیز در قالب بتنی استفاده می شود. بتن پس از گرفتن، سازه را فیکس سر جای خود نگه می دارد و مقاومت خوبی در مقابل واژگونی سازه از خود نشان می دهد. این روش بسیار مرسوم است و سرعت اجرای خوبی دارد. سرعت اجرای آن از روش بولت در نیروگاه های بزرگ بیشتر است اما مشکل آن هزینه بالا و سرعت پایین در نیروگاه های مگاواتی است. به طور معمول جایگزین قالب بتن از کول های سیمانی نیز استفاده می شود که سرعت کم قالب بندی را جبران می کند.

نصب سازه خورشیدی به روش کوبشی

در صورتی که نیروگاه خورشیدی بزرگ باشد و آزمایش خاک و تست Pull Out موفقی داشته باشیم می توان برای اجرای نیروگاه از روش کوبشی استفاده کرد. در این روش پایه های سازه به طول 1.5 تا 2.5 متر توسط ماشین آلات پایه کوب که در اجرای گاردریل هم مورد استفاده قرار می گیرند، پایه فولادی سازه را در خاک می کوبند و سپس سایر پروفیل های سازه مونتاژ می شوند. پایه های سازه در این روش معمولا از آلیاژ فولادی ST52 با ضخامت بیشتر است و در این روش سرعت اجرا به شدت افزایش می یابد.

طراحی سازه پنل خورشیدی

سازه پنل خورشیدی به شدت بادگیر است و بار باد در مقابل سایر نیروهای وارد بر سازه از همه مهم تر و موثر تر است. برای جلوگیری از واژگونی سازه و تحمل وزن پنل خورشیدی و بارهایی مثل بار برف، باران و در مواقعی بار ناشی از زلزله، سازه با مطابق استاندارد ها یا قوانین نظام مهندسی طراحی و بارگذاری شود. این فرایند به طور معمول در نرم افزار های آنالیز بارگذاری مثال SAP و ETABS نیز انجام و مورد بررسی قرار می گیرد و در نهایت یک دفترچه مخشص به نام دفترچه محاسبات سازه در کنار سازه ها به کارفرما ارائه می شود.

در این نوشته تلاش کردیم به صورت مختصر به معرفی سازه پنل خورشیدی بپردازیم. در آینده نوشته هایی جهت تکمیل توضیحات و جزئیات سازه ها در همین سایت قرارداده خواهد شد که امیدواریم براتون کاربردی باشه. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد نیروگاه برق خورشیدی، قطعات و طراحی آن می توانید به وبلاگ آموزش برق خورشیدی تجهیزسولار مراجعه نمایید.