مقدمةof أربعة أنظمة تركيب شائعة للألواح الكهروضوئية
ما هي أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية الشائعة الاستخدام؟
تركيب الطاقة الشمسية على الأعمدة
هذا النظام عبارة عن هيكل تقوية أرضية مصمم بشكل أساسي لتلبية متطلبات تركيب الألواح الشمسية كبيرة الحجم ويستخدم بشكل عام في المناطق ذات سرعات الرياح العالية.
نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية الأرضي
يُستخدم هذا النوع من البناء عادةً في المشاريع الكبيرة، ويعتمد في الغالب على شرائح خرسانية كأساس. ومن خصائصه:
(1) هيكل بسيط وتركيب سريع.
(2) مرونة الشكل القابلة للتعديل لتلبية متطلبات مواقع البناء المعقدة.
نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية على سطح مسطح
توجد أشكال مختلفة لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسطح المسطحة، مثل الأسطح المسطحة الخرسانية، والأسطح المسطحة المصنوعة من صفائح الفولاذ الملونة، والأسطح المسطحة ذات الهياكل الفولاذية، والأسطح ذات العقد الكروية، والتي تتميز بالخصائص التالية:
(1) يمكن ترتيبها بشكل أنيق على نطاق واسع.
(2) لديهم طرق متعددة ومستقرة وموثوقة لربط الأساسات.
نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية للأسقف المائلة
على الرغم من تسميتها بنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية ذي السقف المائل، إلا أن هناك اختلافات في بعض الهياكل. إليك بعض الخصائص الشائعة:
(1) استخدم مكونات قابلة لتعديل الارتفاع لتلبية متطلبات سماكات مختلفة من أسطح القرميد.
(2) تستخدم العديد من الملحقات تصميمات متعددة الفتحات للسماح بتعديل مرن لموضع التركيب.
(3) لا تتلف نظام العزل المائي للسقف.
مقدمة موجزة عن أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية
تركيب الألواح الكهروضوئية - الأنواع والوظائف
يُعدّ نظام تثبيت الألواح الكهروضوئية جهازًا خاصًا مصممًا لدعم وتثبيت وتدوير مكونات الألواح الكهروضوئية في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية. وهو بمثابة "العمود الفقري" لمحطة الطاقة بأكملها، حيث يوفر الدعم والاستقرار، ويضمن التشغيل الموثوق لمحطة الطاقة الكهروضوئية في ظل ظروف طبيعية معقدة ومختلفة لأكثر من 25 عامًا.
وفقًا للمواد المختلفة المستخدمة في المكونات الرئيسية الحاملة للقوة في تركيب الألواح الكهروضوئية، يمكن تقسيمها إلى تركيب من سبائك الألومنيوم، وتركيب من الفولاذ، وتركيب غير معدني، مع العلم أن التركيب غير المعدني أقل شيوعًا، في حين أن تركيب سبائك الألومنيوم والتركيب الفولاذي لكل منهما خصائصه الخاصة.
بحسب طريقة التركيب، يُمكن تصنيف تركيب الألواح الكهروضوئية إلى نوعين رئيسيين: التركيب الثابت والتركيب المُتتبّع. يعتمد التركيب المُتتبّع على تتبع الشمس بشكل فعّال لزيادة إنتاج الطاقة. أما التركيب الثابت، فيستخدم عادةً زاوية الميل التي تستقبل أكبر قدر من الإشعاع الشمسي على مدار العام كزاوية تركيب للمكونات، وهي زاوية غير قابلة للتعديل في الغالب أو تتطلب تعديلاً يدوياً موسمياً (مع إمكانية التعديل عن بُعد أو تلقائياً في بعض المنتجات الحديثة). في المقابل، يُعدّل التركيب المُتتبّع اتجاه المكونات في الوقت الفعلي لزيادة الاستفادة من الإشعاع الشمسي، وبالتالي زيادة إنتاج الطاقة وتحقيق عائدات أعلى.
يتميز هيكل التثبيت الثابت ببساطته النسبية، ويتألف أساسًا من الأعمدة والجسور الرئيسية والمدادات والأساسات ومكونات أخرى. أما نظام التثبيت المتحرك، فيحتوي على مجموعة كاملة من أنظمة التحكم الكهروميكانيكية، ويُشار إليه غالبًا بنظام التتبع، ويتكون أساسًا من ثلاثة أجزاء: النظام الهيكلي (التثبيت الدوار)، ونظام الدفع، ونظام التحكم، مع وجود أنظمة دفع وتحكم إضافية مقارنةً بنظام التثبيت الثابت.
مقارنة أداء تركيب الألواح الكهروضوئية
تُصنّف حوامل الألواح الشمسية الكهروضوئية الشائعة الاستخدام في الصين حاليًا، بحسب المادة المصنوعة منها، إلى حوامل خرسانية، وحوامل فولاذية، وحوامل من سبائك الألومنيوم. تُستخدم الحوامل الخرسانية بشكل رئيسي في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق نظرًا لوزنها الكبير، ولا يُمكن تركيبها إلا في الأراضي المفتوحة ذات الأساسات المتينة، إلا أنها تتميز بثباتها العالي وقدرتها على دعم الألواح الشمسية كبيرة الحجم.
تُستخدم حوامل سبائك الألومنيوم عادةً في تطبيقات الطاقة الشمسية على أسطح المباني السكنية. تتميز سبائك الألومنيوم بمقاومتها للتآكل وخفة وزنها ومتانتها، إلا أنها ذات قدرة تحمل منخفضة ولا يمكن استخدامها في مشاريع محطات الطاقة الشمسية. إضافةً إلى ذلك، فإن تكلفة سبائك الألومنيوم أعلى قليلاً من تكلفة الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن.
تتميز حوامل الصلب بأداء مستقر، وعمليات تصنيع متطورة، وقدرة تحمل عالية، وسهولة التركيب، وتُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات السكنية والصناعية ومحطات الطاقة الشمسية. ومن بينها، تُنتج أنواع الصلب في المصانع، بمواصفات قياسية، وأداء مستقر، ومقاومة ممتازة للتآكل، ومظهر جمالي.
تركيب الألواح الكهروضوئية - عوائق الصناعة وأنماط المنافسة
تتطلب صناعة تركيب الألواح الكهروضوئية استثمارات رأسمالية ضخمة، ومتطلبات عالية من حيث القوة المالية وإدارة التدفقات النقدية، مما يؤدي إلى عوائق مالية. إضافةً إلى ذلك، ثمة حاجة ماسة إلى كوادر عالية الكفاءة في مجالات البحث والتطوير والمبيعات والإدارة لمواكبة التغيرات في سوق التكنولوجيا، ولا سيما النقص في الكفاءات الدولية، الأمر الذي يشكل عائقاً أمام اكتساب المواهب.
تعتمد هذه الصناعة بشكل كبير على التكنولوجيا، وتبرز العوائق التكنولوجية في تصميم النظام ككل، وتصميم الهيكل الميكانيكي، وعمليات الإنتاج، وتقنية التحكم في التتبع. يصعب تغيير علاقات التعاون المستقرة، ويواجه الداخلون الجدد إلى السوق عوائق في بناء العلامة التجارية وارتفاع تكاليف الدخول. عندما ينضج السوق المحلي، ستصبح المؤهلات المالية عائقًا أمام نمو الأعمال، بينما في السوق الخارجية، يتطلب الأمر وضع معايير عالية من خلال تقييمات جهات خارجية.
تصميم وتطبيق تركيبات الألواح الكهروضوئية المصنوعة من المواد المركبة
باعتبارها منتجًا داعمًا لسلسلة صناعة الطاقة الشمسية الكهروضوئية، أصبحت سلامة حوامل هذه الأنظمة، وملاءمتها، ومتانتها عوامل أساسية لضمان التشغيل الآمن طويل الأمد لنظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خلال فترة توليد الطاقة الفعالة. وفي الصين حاليًا، تُصنّف حوامل الطاقة الشمسية الكهروضوئية حسب المادة المصنعة منها إلى حوامل خرسانية، وحوامل فولاذية، وحوامل من سبائك الألومنيوم.
تُستخدم حوامل الخرسانة بشكل رئيسي في محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق، نظرًا لأن وزنها الكبير لا يسمح بوضعها إلا في الحقول المفتوحة ذات الظروف الأساسية الجيدة. ومع ذلك، فإن الخرسانة ضعيفة المقاومة للعوامل الجوية وعرضة للتشقق وحتى التفتت، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف الصيانة.
تُستخدم حوامل سبائك الألومنيوم عمومًا في تطبيقات الطاقة الشمسية على أسطح المباني السكنية. تتميز سبائك الألومنيوم بمقاومتها للتآكل وخفة وزنها ومتانتها، ولكنها ذات قدرة تحمل ذاتية منخفضة ولا يمكن استخدامها في مشاريع محطات الطاقة الشمسية.
● تتميز التركيبات الفولاذية بالاستقرار، وعمليات الإنتاج الناضجة، وقدرة التحمل العالية، وسهولة التركيب، وتستخدم على نطاق واسع في التطبيقات السكنية والصناعية للطاقة الشمسية الكهروضوئية ومحطات الطاقة الشمسية. مع ذلك، تتميز هذه الأنظمة بوزنها الذاتي الكبير، مما يجعل تركيبها غير عملي، ويزيد من تكاليف النقل، ويؤثر سلبًا على مقاومتها للتآكل. أما فيما يتعلق بتطبيقاتها، فقد أصبحت المسطحات المدية والمناطق الساحلية، نظرًا لطبيعتها المسطحة وأشعة الشمس القوية، مناطق جديدة هامة لتطوير الطاقة المتجددة، لما تتمتع به من إمكانات تنموية هائلة، وفوائد شاملة، وبيئات صديقة للبيئة. إلا أنه نظرًا لتملح التربة الشديد وارتفاع نسبة الكلوريد والكبريتات فيها، فإن أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية المعدنية تُسبب تآكلًا شديدًا للهياكل العلوية والسفلية، مما يجعل من الصعب على أنظمة التركيب التقليدية تلبية متطلبات العمر التشغيلي والسلامة لمحطات الطاقة الكهروضوئية في البيئات شديدة التآكل. على المدى البعيد، ومع تطور السياسات الوطنية وصناعة الطاقة الكهروضوئية، ستصبح الطاقة الكهروضوئية البحرية مجالًا هامًا لتصميمها مستقبلًا. إضافةً إلى ذلك، ومع تطور صناعة الطاقة الكهروضوئية، يُسبب الحمل الكبير في تجميع المكونات المتعددة صعوبة كبيرة في التركيب. لذا، تُعدّ المتانة وخفة الوزن من أبرز اتجاهات تطوير حوامل الألواح الكهروضوئية. ولتطوير حامل ألواح كهروضوئية يتميز بالاستقرار الهيكلي والمتانة وخفة الوزن، تم تطوير حامل ألواح كهروضوئية مصنوع من مادة مركبة راتنجية، استنادًا إلى مشاريع بناء فعلية. وبدءًا من أحمال الرياح والثلوج والوزن الذاتي والزلازل التي يتحملها حامل الألواح الكهروضوئية، تم التحقق من قوة المكونات والوصلات الرئيسية للحامل من خلال حسابات دقيقة. وفي الوقت نفسه، ومن خلال اختبارات الأداء الديناميكي الهوائي لنظام الحامل في نفق هوائي، ودراسة خصائص التقادم متعددة العوامل للمواد المركبة المستخدمة في نظام الحامل على مدى 3000 ساعة، تم التحقق من جدوى التطبيق العملي لحوامل الألواح الكهروضوئية المصنوعة من المواد المركبة.
تاريخ النشر: 5 يناير 2024