هياكل تثبيت الطاقة الشمسية الأرضية الخرسانية
هياكل الطاقة الشمسية الأرضية الخرسانيةحلٌّ أساسيٌّ لمشاريع الطاقة الشمسية التجارية ومشاريع المرافق العامة، حيث لا يكون التركيب على الأسطح خيارًا متاحًا، ولا يُفضّل اختراقها للأرض. ما هي أنظمة التثبيت الأرضي على صابورة خرسانية؟
نظام تثبيت الصابورة الخرسانية هو أساس غير نافذ، مُثبَّت للأسفل، لألواح الطاقة الشمسية. فبدلاً من تثبيته في الأرض بأكوام أو ركائز خرسانية، يُثبَّت الهيكل بأكمله في مكانه بفضل الوزن الهائل للكتل الخرسانية.
تُستخدم هذه الأنظمة بشكل أساسي في سيناريوهين:
على الأسطح المسطحة أو منخفضة الانحدار: خاصةً في المباني التجارية الكبيرة ذات الأسقف الغشائية (EPDM، منظمة التجارة العالمية، بولي فينيل كلوريد) غير القابلة للاختراق. (سنركز على التطبيقات الأرضية، ولكن المبدأ متطابق).
على الأرض: حيثما تجعل ظروف الموقع الحفر أو القيادة التقليدية صعبًا أو مكلفًا أو محظورًا. المكونات الأساسية لنظام التثبيت الأرضي المُثبَّت بالحصى: 1. كتل الحصى الخرسانية: هذه هي أساسات مؤسسة ".دي دي اتش. يمكن أن تكون: • كتل مسبقة الصب: كتل خرسانية قياسية (مثل كتل الأسمنت الكبيرة) تُشترى من المورد. • أحواض مصبوبة حسب الطلب: أحواض خرسانية طويلة على شكل حرف U تُثبَّت فيها قضبان الرفوف. هذه شائعة وتُوزّع الوزن بالتساوي. • كتل مصبوبة في الموقع: خرسانة تُصب في قوالب في الموقع، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة للمشاريع الكبيرة جدًا.
٢. هيكل الرفوف: مصنوع أساسًا من الألومنيوم (لمقاومة التآكل وتوفير الوزن)، وأحيانًا من الفولاذ المجلفن. ويشمل ذلك القضبان، والأعمدة، والأرجل.
٣. صواني/مهدات/أقدام الصابورة: هذه هي مكونات الواجهة الأساسية. وهي عادةً إطارات أو سلال معدنية (فولاذ أو ألومنيوم) تتميز بما يلي: • تحمل كتل الصابورة. • تُثبّت مباشرةً على أرجل أو قضبان الرفوف. • مصممة لتوزيع وزن الصابورة بفعالية.
٤. نسيج الجيوتكستايل (اختياري، لكن يُنصح به): يُوضع مباشرةً على الأرض قبل وضع كتل الصابورة. يمنع نمو النباتات على طول المصفوفة، ويساعد على تثبيت التربة.
كيف تعمل أنظمة الصابورة: المبدأ الهندسي: يقاوم النظام رفع الرياح أو تحريكه بواسطة قوى أخرى من خلال وزن الصابورة بدلاً من عمق الأساس. • رفع الرياح: القوة الرئيسية التي يجب التغلب عليها. عندما تتدفق الرياح أسفل وفوق الألواح المائلة، فإنها تُولّد قوة رفع. يجب أن يكون الوزن الإجمالي لصابورة الخرسانة أكبر بكثير من قوة الرفع المحسوبة للموقع. • عزم الانقلاب: تحاول الرياح أيضًا دفع المصفوفة. يُشكّل وزن الصابورة، بالإضافة إلى القاعدة العريضة لصواني الصابورة، عزم استقرار يقاوم قوة الانقلاب هذه. • عامل الأمان: يُصمّم المهندسون هذه الأنظمة بعامل أمان كبير (مثل 1.5 أو أعلى).
هذا يعني أن وزن الصابورة محسوب ليكون أكثر من ٥٠٪ من أقصى قوة رفع متوقعة. المزايا الرئيسية للركائز الأرضية المثبّتة بالصابورة
١. عدم اختراق الأرض (الميزة الرئيسية): • مثالي للأراضي الملوثة أو المُعالجة: يمكن بناؤه في المواقع الصناعية القديمة ذات الأغطية التي لا يمكن اختراقها. • يتجنب المرافق تحت الأرض: لا خطر من الاصطدام بخطوط الكهرباء أو الغاز أو المياه. • يحمي مكبات النفايات: مثالي لتركيبات الطاقة الشمسية على أغطية مكبات النفايات المغلقة. • يُبسط عملية الحصول على التصاريح: غالبًا ما تكون عملية الحصول على التصاريح أبسط من أنظمة الاختراق، حيث لا يُعتبر هيكلًا دائمًا في بعض الولايات القضائية.
٢. السرعة وسهولة التركيب: • استخدام معدات ثقيلة قليلة: لا يتطلب دقاق ركائز أو حفارات لولبية أو شاحنات خرسانة للأرصفة. يمكن غالبًا التركيب باستخدام رافعة شوكية أو رافعة تلسكوبية صغيرة لوضع الكتل. • بناء أسرع: تعتمد العملية بشكل أساسي على التجميع والوضع، وليس الحفر والحفر، وهو ما يمكن أن يكون أسرع في الظروف المناسبة.
٣. قابلية الانعكاس وتأثير ضئيل على الموقع: • النظام ليس دائمًا. في نهاية عمر المصفوفة، يمكن إزالة الكتل وإعادة تدويرها غالبًا، وتعود الأرض إلى حالتها الأصلية بأقل قدر من الاضطراب.
4. الفعالية من حيث التكلفة في المواقع المناسبة: • في المواقع ذات التربة التي تعاني من مشاكل (صخرية، أو منسوب مياه جوفية مرتفع) أو القيود المذكورة أعلاه، يمكن أن تكون أنظمة الصابورة أرخص بكثير من التعامل مع الحفر المعقد أو الحفر المتخصص.
العيوب الرئيسية وتحديات التصميم
١. قدرة تحمل التربة أمر بالغ الأهمية: يُعد هذا أهم قيد هندسي. يجب أن تكون التربة قادرة على تحمل الوزن الهائل للخرسانة دون أن تستقر بشكل غير متساوٍ. يجب على مهندس الجيوتقنية اختبار التربة لتحديد قدرتها المسموح بها على التحمل (مثل ٢٥٠٠ رطل لكل قدم مربع). قد تجعل التربة الفقيرة (مثل الحشوات السائبة والطين) أنظمة الصابورة مستحيلة أو باهظة التكلفة.
٢. ارتفاع تكاليف المواد والنقل: • الخرسانة ثقيلة الوزن للغاية. نقل آلاف الكتل الخرسانية إلى موقع واحد مكلف ويشكل تحديًا لوجستيًا. • يستخدم النظام كمية أكبر بكثير من الألومنيوم/الفولاذ للرفوف لإنشاء قاعدة ثابتة وعريضة.
٣. غير مناسبة للأراضي المنحدرة: صُممت أنظمة الحصى للأراضي شديدة الانحدار (عادةً ما تكون منحدراتها أقل من ٣-٥ درجات). وهي غير عملية على سفوح التلال.
٤. جرف الرياح: في المناطق ذات الرياح الشديدة، يجب تصميم التصميم بعناية لمنع الرياح من الوصول إلى أسفل المصفوفة وجرفها. غالبًا ما يتطلب هذا زاوية إمالة منخفضة جدًا أو عاكسات رياح.
٥. إمكانية نمو النباتات: بدون تحضير مناسب للموقع (مثل الجيوتكستايل والحصى)، يمكن أن تنمو النباتات وترفع صواني الصابورة، مما يُضعف استقرارها. عملية التصميم والتركيب: ١. المسح الجيوتقني: خطوة أولى أساسية لتحديد قدرة تحمل التربة. ٢. تحليل أحمال الرياح والثلوج: يحسب المهندس أحمال رفع الرياح والثلوج المحددة لموقع المشروع باستخدام المعايير المحلية (مثل الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين 7).
٣. حساب الصابورة: يحسب مُصنِّع أو مهندس الرفوف الكمية الدقيقة لوزن الصابورة المطلوبة لكل وحدة أو طاولة لمقاومة الأحمال، مع مراعاة عامل الأمان. وهذا يُحدد حجم وعدد الكتل.
٤. تحضير الموقع: تُسوّى الأرض تمامًا. يُفرش قماش الجيوتكسيل، وغالبًا ما يُغطى بطبقة من الحصى لتصريف المياه ومكافحة الأعشاب الضارة.
5. التخطيط والتجميع: يتم تجميع أرجل الرفوف والأعمدة العرضية على الأرض.
6. وضع الصابورة: يتم وضع الكتل الخرسانية بعناية في صواني الصابورة أو المهد وفقًا للخطة الهندسية.
٧. تركيب الوحدة: تُثبّت الألواح الشمسية على الهيكل المُوزّع. العلامات التجارية وأنواع الأنظمة الرائدة: • تيراسمارت: شركة رائدة في السوق الأمريكية، تُعرف بحلولها المُثبّتة بالصابورة للتركيب على الأرض والسقف، وغالبًا ما تستخدم نظام "split-ريلدددههه لتسهيل التركيب. • تغيير اللعبة الطاقة الشمسية: تُقدّم نظام "genius بالاستدددد، الذي يستخدم كتل صابورة مُسبقة الصب وهيكل رفوف قابل للتخصيص بدرجة عالية. • شليتر: شركة ألمانية ذات حضور عالمي، تُقدّم أنظمة مُثبّتة بالصابورة متينة لمختلف أنواع التضاريس. • يونيراك: تُقدّم حلولاً مُثبّتة بالصابورة للأسطح التجارية المُسطّحة، والتي تُشبه مبادئها...حوامل أرضية.
الخلاصة: متى تختار نظامًا أرضيًا مُثبَّتًا؟ اختر نظامًا مُثبَّتًا عندما: • تكون قدرة تحمل التربة في الموقع عالية. • يُحظر اختراق التربة (مثل مكبات النفايات، الأراضي البنية، المواقع المُغطاة). • تكون الأرض مُستوية للغاية. • تكون ظروف باطن الأرض صعبة (مثل الصخور، وارتفاع منسوب المياه الجوفية)، مما يزيد من تكلفة الحفر. تجنب نظامًا مُثبَّتًا عندما: • تكون التربة ضعيفة أو ذات قدرة تحمل منخفضة. • يكون الموقع مائلًا. • يكون الموقع بعيدًا، وتكون تكلفة نقل كميات كبيرة من الخرسانة باهظة.
في ملخص،حوامل أرضية من الخرسانة الصابورةتمثل حلولاً هندسية متخصصة للغاية ولا تقدر بثمن تمكن من تطوير الطاقة الشمسية على نطاق واسع في المواقع التي تفشل فيها الطرق التقليدية، وتحويل الأراضي غير القابلة للاستخدام إلى مصدر للطاقة النظيفة.