تم تطبيق الميزتين المزدوجتين المتمثلتين في مقاومة الرياح وتقليل المواد، وتساهم الدعامات المركبة في تسريع استبدال الحلول الفولاذية.
مقدمة
في ظلّ التوجه نحو إنشاء محطات الطاقة الكهروضوئية واسعة النطاق وتوسيع نطاق مشاريع الطاقة الشمسية الموزعة في البحر حول العالم، بدأت عيوب دعامات التتبع الفولاذية التقليدية، كثقل وزنها وقابليتها للتآكل وارتفاع تكاليف تشغيلها وصيانتها، تبرز بشكل متزايد. وقد بدأت المواد المركبة من ألياف الكربون، بخصائصها الأساسية من خفة الوزن وقوة عالية ومقاومة لرذاذ الملح واستقرار هيكلي، بالانتشار على نطاق واسع في مجال دعامات التتبع الكهروضوئية. تتناول هذه المقالة بالتفصيل قيمة تطوير دعامات ألياف الكربون وصعوبات تطويرها، بدءًا من نقاط الضعف في التطبيق، مرورًا بمنطق ملاءمة المواد، ووصولًا إلى سيناريوهات الاستخدام، وانتهاءً بوضعها التجاري في الصناعة.
1- نقاط الضعف في التطبيق الأساسي للأقواس الفولاذية التقليدية
لقد تعرضت مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية المركزية البرية ومشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية البحرية لرياح قوية، واختلاف في درجات الحرارة بين النهار والليل، وبيئة رطبة ومالحة لفترة طويلة.
يُعدّ وزن الفولاذ كبيرًا نسبيًا، وتكلفة صبّ مجموعة واحدة من أساسات الدعم مرتفعة. كما أن صعوبة البناء كبيرة في التضاريس المعقدة كالجبال والتلال، وتشكّل تكلفة الإنشاءات المدنية الإجمالية نسبة كبيرة.
إن الخدمة الخارجية طويلة الأمد عرضة للصدأ والتشوه، وفي ظل ظروف الرياح والرمال والرياح القوية، يهتز الحامل بشكل كبير، مما يؤدي إلى انخفاض دقة التتبع ويؤثر بشكل مباشر على كفاءة توليد الطاقة للوحدات الكهروضوئية.
إن وتيرة إزالة الصدأ، والرش المضاد للتآكل، واستبدال الأجزاء وصيانتها في المرحلة اللاحقة مرتفعة، وتستمر التكلفة الشاملة لدورة الحياة بأكملها في الارتفاع.
2- دعامة مركبة من ألياف الكربون: تتميز بمزايا تقنية مزدوجة تتمثل في تقليل الوزن ومقاومة الرياح
نسيج متعدد المحاور من ألياف الكربون مع قولبة متكاملة من الراتنج المقاوم للتآكل، مع ملء موجه لعيوب مادة الصلب:
تقليل الوزن وزيادة الكفاءة:مع الحفاظ على نفس قوة الهيكل، يبلغ وزن دعامة ألياف الكربون ربع وزن دعامة الفولاذ تقريبًا، مما يقلل بشكل ملحوظ من ضغط أحمال الأساس. فلا حاجة لتقوية الأساس بمواد عالية المقاومة في المناطق الجبلية والمسطحات الطينية. وبالتالي، يتم تقصير مدة الإنشاء، وخفض الاستثمار الرأسمالي الأولي بشكل كبير.
ثبات مقاوم للرياح:يتميز هيكل ألياف الكربون عالي المعامل بمقاومة ممتازة للانحناء والإجهاد، مع سعة تشوه أصغر في المناطق المعرضة للحمل الحراري القوي والأعاصير، مما يضمن محاذاة دقيقة لـنظام تتبع الخلايا الكهروضوئيةوتحسين معدل استخدام الطاقة الضوئية.
مقاومة التآكل على المدى الطويل:المادة المركبة نفسها غير موصلة للكهرباء، ومقاومة للتآكل الناتج عن الأحماض والقلويات ورذاذ الملح، وهي مناسبة للبيئات القاسية في المناطق الساحلية والقلوية المالحة، مما يطيل بشكل كبير من عمر خدمة الدعامة ويقلل من وتيرة الصيانة الخارجية.
3- تقسيم سيناريوهات التكيف الرئيسية للهبوط
محطة توليد الطاقة الكهروضوئية الجبلية والتلالية:الأرض متموجة والنقل غير مريح. دعامات ألياف الكربون خفيفة الوزن سهلة التوزيع والرفع، ومناسبة لتطوير الأراضي المتفرقة، وتقلل من عتبةإنشاء محطة طاقة شمسية كهروضوئية جبلية.
مشروع تكميلي للمسطحات الطينية البحرية والصيد والإضاءة:في مواجهة بيئة الرطوبة العالية وتآكل ملح البحر، وبالاعتماد على مزايا مقاومة التآكل، يتم حل مشكلة الشيخوخة السريعة للفولاذ التقليدي.
قاعدة دعم مركزية كبيرة لطاقة الرياح والطاقة الشمسية الكهروضوئية:في ظل التصميم المتجاور واسع النطاق، يمكن لخصائص الوزن الخفيف أن تعمل على تحسين الحمل الإجمالي وتحسين الاستقرار الهيكلي العام لمحطة الطاقة.
4- المعوقات الحالية واتجاهات التطوير المستقبلية في الصناعة
في الوقت الحالي، لا يزال الترويج واسع النطاق لأقواس الخلايا الكهروضوئية المصنوعة من ألياف الكربون مقيدًا بعاملين رئيسيين: ارتفاع أسعار المواد الخام عالية الجودة من ألياف الكربون، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف تصنيع القطعة الواحدة مقارنة بالفولاذ العادي؛ وفي الوقت نفسه، لا يوجد حاليًا معيار موحد للاختبار الميكانيكي والتركيب والقبول للدعامات المركبة في الصناعة، ويتبنى المستثمرون في محطات الطاقة الصغيرة والمتوسطة الحجم موقف الترقب والانتظار.
على المدى البعيد، ومع إطلاق الطاقة الإنتاجية المحلية لألياف الكربون ذات الحزم الكبيرة وتحسين عمليات تشكيل المواد المركبة، ستستمر التكاليف في الانخفاض. وبالتزامن مع توجه السياسات نحو استخدام الخلايا الكهروضوئية خفيفة الوزن، من المتوقع أن تصبح دعامات تتبع ألياف الكربون هي الاتجاه السائد لتحديث مسارات السكك الحديدية المجزأة.
