TS 13891 إنشاءات معدنية - للاستخدام في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية

يصف المعيار "TS 13891 الهياكل المعدنية - للاستخدام في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية"، الصادر عن المعهد التركي للمعايير (TSE)، متطلبات التصميم الهيكلي والإنتاج والفحص وطرق الاختبار والتسويق للهياكل المعدنية المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية. ويشمل هذا المعيار أيضًا الأنظمة الحاملة للأحمال المزودة بأنظمة تتبع الطاقة الشمسية. يجب أن يكون نظام تتبع الطاقة الشمسية المُستخدم في أنظمة تتبع الطاقة الشمسية ضمن نطاق معيار "EN 62817 الأنظمة الكهروضوئية - ملاءمة تصميم أجهزة تتبع الطاقة الشمسية". علاوة على ذلك، لا يشمل هذا المعيار الهياكل الخشبية المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية.

تعتمد أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأرض على هياكل دعم معدنية (أنظمة تركيب الطاقة الشمسية أو أنظمة الرفوف) لتأمين الألواح الشمسية في مكانها، مما يضمن التوجيه الصحيح والمتانة والمقاومة للأحمال البيئية.

الوظائف الرئيسية لهذه الأنظمة هي:

• دعم هيكلي: يُثبّت الألواح الكهروضوئية بإحكام فوق الأرض. يوفر زاوية إمالة مثالية لأقصى قدر من التعرض لأشعة الشمس.
• مقاومة الأحمال: مصممة لتحمل الرياح والثلوج والأحمال الزلزالية وفقًا للمعايير الدولية (على سبيل المثال Eurocode، ASCE 7، IEC 61215).
• الحماية من التآكل: بما أن الأنظمة تعمل في الهواء الطلق لأكثر من 25 عامًا، فيجب أن تكون المعادن مقاومة للتآكل (على سبيل المثال الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن، وسبائك الألومنيوم، والفولاذ المقاوم للصدأ).
• السلامة الكهربائية: ضمان تأريض وحدات الطاقة الشمسية.

المواد المستخدمة عادة في إنتاج هذه الأنظمة هي:

• الفولاذ المجلفن (المغطى بالزنك الساخن): قوي، فعال من حيث التكلفة، ويستخدم على نطاق واسع.
• سبائك الألومنيوم: خفيفة الوزن، ومقاومة للتآكل، وسهلة التركيب.
• الفولاذ المقاوم للصدأ (المثبتات/الأجزاء الحرجة): للحصول على المتانة في المناطق عالية التآكل.

تشمل أنواع تصميم أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية ما يلي:

• أنظمة ذات منحدر ثابت: تُركَّب الألواح بزاوية ثابتة، وهي منخفضة التكلفة وتتطلب صيانة منخفضة.
• أجهزة التتبع أحادية المحور: تدور الألواح من الشرق إلى الغرب لتتبع الشمس. هذا يزيد من كفاءة الطاقة بنسبة 15-25% تقريبًا.
• أجهزة التتبع ثنائية المحور: تتبّع الشمس في كلا الاتجاهين (شرق-غرب، شمال-جنوب). أعلى كفاءة، لكنها أكثر تكلفةً وتعقيدًا.

يجب أن تتوافق الهياكل المعدنية المستخدمة في تركيب الطاقة الشمسية مع معايير مختلفة بالإضافة إلى معيار TS 13891:

• المعيار "IEC 61215 وحدات الطاقة الكهروضوئية الأرضية - تأهيل التصميم واعتماد النوع". يُعدّ هذا المعيار مهمًا لتأهيل وحدات الطاقة الكهروضوئية (اختبار الحمل الميكانيكي).
• ISO 12944 الدهانات والورنيشات - حماية الهياكل الفولاذية من التآكل باستخدام أنظمة الطلاء الواقي. تُعد هذه المواصفة مهمة لحماية الهياكل الفولاذية من التآكل.
• UL 2703 أنظمة التركيب، وأجهزة التركيب، وأجهزة التثبيت/التثبيت، ومشابك التأريض للاستخدام مع وحدات وألواح الطاقة الكهروضوئية المسطحة. يُعد هذا المعيار مهمًا لمتطلبات أنظمة التركيب والتأريض والترابط.
• "ASCE 7 الحد الأدنى لأحمال التصميم والمعايير ذات الصلة للمباني والمنشآت الأخرى". يُعد هذا المعيار مهمًا لتحديد الحد الأدنى لأحمال التصميم.
• معيار "EN 1991 Eurocode 1: الإجراءات على المنشآت". يُعدّ هذا المعيار مهمًا لتحديد تأثيرات الرياح والثلوج على المنشآت.

تُعد الهياكل المعدنية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأرض أساسيةً للاستقرار والمتانة والكفاءة. تُصنع هذه الهياكل عادةً من مواد مثل الفولاذ المجلفن أو الألومنيوم، وهي تُثبّت الألواح الشمسية على الأرض وتُحسّن اتجاهها لضمان أقصى تعرض لأشعة الشمس. وهي ضرورية لضمان استقرار الهيكل، ومتانته على المدى الطويل، وإنتاج الطاقة الأمثل مع الالتزام بمعايير السلامة ومقاومة التآكل.

تستخدم التركيبات الأرضية القياسية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية إطارات معدنية (عادةً من الفولاذ أو الألومنيوم) مثبتة على الأرض بأعمدة خرسانية أو أكوام حلزونية أو أعمدة متحركة. تُركّب الألواح بزاوية إمالة ثابتة مُحسّنة لخطوط العرض وتعرض الموقع لأشعة الشمس. وهي مناسبة للمشاريع السكنية والتجارية ومشاريع المرافق ذات الأراضي الشاسعة، مثل مزارع الطاقة الشمسية أو العقارات الريفية. تتميز هذه الأنظمة بفعاليتها من حيث التكلفة وسهولة تركيبها ومتانتها. كما أنها توفر توجيهًا دقيقًا لزيادة إنتاج الطاقة إلى أقصى حد. ومع ذلك، فإنها تتطلب مساحة أرض كافية وقد تكون عرضة للتخريب أو تراكم الحطام في بعض البيئات.

اعتبارات التصميم لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأرض:

• تحليل الأحمال: يجب أن تتحمل الهياكل الأحمال الميتة (وزن الألواح والإطار) والأحمال الحية (الرياح والثلوج والقوى الزلزالية).
• تحسين زاوية الميل: تُحسب زاوية الميل بناءً على الموقع الجغرافي، والتغيرات الموسمية، ومتطلبات الطاقة، وذلك لتحقيق أقصى استفادة من أشعة الشمس. على سبيل المثال، في المناطق الاستوائية، قد يكون الميل شبه الأفقي كافيًا، بينما تتطلب خطوط العرض الأعلى زوايا أكثر انحدارًا.
• نوع الأساس: يعتمد الاختيار على حالة التربة وحجم المشروع:
  • الأساسات الخرسانية: تتمتع بقدرة عالية على تحمل الأحمال، ومناسبة لمجموعة متنوعة من التربة، ولكنها تتطلب الحفر.
  • الأكوام الحلزونية: مثالية للتربة الضعيفة أو الحبيبية، حيث توفر قدرة قوية على تحمل الأحمال مع اضطراب أقل للأرض.
  • الأرصفة المدفوعة: فعالة من حيث التكلفة للمشاريع واسعة النطاق، ولكنها تتطلب معدات متخصصة مثل سائق الأكوام.
  • الأنظمة المتوازنة: لا تتطلب اختراقًا، مثالية للمساحات الضيقة، ولكنها تتطلب أرضًا مستقرة ومستوية.
• العوامل البيئية: يجب أن تكون الهياكل قادرة على تحمل الرياح (حتى ٢٤٠ كم/ساعة في بعض التصاميم)، والثلوج، والبرد، والزلازل. وتضمن قوانين ومعايير البناء المحلية الامتثال.
• التصاريح ولوائح تقسيم المناطق: تواجه الأنظمة المثبتة على الأرض عمومًا متطلبات تقسيم المناطق والتصاريح أكثر صرامة من الأنظمة المثبتة على السطح لأنها تعتبر هياكل قائمة بذاتها.

المواد المستخدمة في أنظمة الطاقة الشمسية المركبة على الأرض هي:

• الفولاذ المجلفن: يُستخدم على نطاق واسع بفضل قوته ومتانته ومقاومته للتآكل (بفضل طلاء الزنك). وهو مناسب لظروف الطقس القاسية، ويتمتع بعمر افتراضي طويل (25-30 عامًا).
• الألومنيوم: خفيف الوزن، ومقاوم للتآكل، ومثالي للمنشآت الصغيرة أو السكنية، على الرغم من أنه أكثر تكلفة من الفولاذ.
• الفولاذ المقاوم للصدأ: يستخدم في مكونات مثل الأقواس والمشابك والبراغي لضمان مقاومة التآكل والتثبيت الآمن للألواح.
• الطلاء: تعمل تقنية الجلفنة بالغمس الساخن أو الطلاء الخارجي المتين على زيادة مقاومة الأشعة فوق البنفسجية والرطوبة ودرجات الحرارة القصوى.

نتيجةً لذلك، تتميز الهياكل المعدنية لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية المثبتة على الأرض، والمصنوعة غالبًا من الفولاذ المجلفن أو الألومنيوم، بالمتانة والمرونة والكفاءة في إنتاج الطاقة الشمسية. ورغم أنها توفر إنتاجًا أعلى للطاقة وسهولة في الصيانة مقارنةً بأنظمة الأسطح، إلا أن ارتفاع تكاليفها ومتطلبات المساحة تُعدّ من الاعتبارات المهمة.

مؤسستنا، التي تعمل منذ سنوات عديدة وتتابع بدقة التطورات العالمية في العلوم والتكنولوجيا، توظف فريقًا ماهرًا وبنية تحتية شاملة لإجراء الاختبارات والقياسات والتحليلات في مجموعة واسعة من المجالات للشركات في جميع القطاعات. وفي هذا السياق، نقدم أيضًا خدمات الاختبار وفقًا للمعيار TS 13891 للإنشاءات المعدنية - للاستخدام في أنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضية.