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.
كيف تعمل أنظمة الصابورة:المبدأ الهندسي: يقاوم النظام رفع الرياح أو تحريكه بقوى 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 للصابورة الخرسانية 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 (مثلاً، ١.٥ أو أعلى).
وهذا يعني أن وزن الصابورة يحسب ليكون أكثر من 50% + من الحد الأقصى لقوة الرفع المتوقعة.
المزايا الرئيسية للحوامل الأرضية المثبتة بالصابورة
لا يخترق الأرض (الميزة الأهم): • 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.
القدرة على الانعكاس والحد الأدنى من التأثير على الموقع:• النظام ليس دائمًا. في نهاية عمر المصفوفة، يُمكن إزالة الكتل وإعادة تدويرها غالبًا، وتُعاد الأرض إلى حالتها الأصلية بأقل قدر من الاضطراب.
فعالية 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
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 2500 رطل لكل قدم مربع). قد تجعل التربة الفقيرة (مثل الحشوات السائبة والطين) أنظمة الصابورة مستحيلة أو باهظة التكلفة.
ارتفاع تكاليف المواد والنقل:الخرسانة ثقيلة للغاية. نقل آلاف الكتل الخرسانية إلى موقع واحد مكلف ويتطلب لوجستيًا. يستخدم النظام كمية أكبر بكثير من الألومنيوم/الفولاذ للرفوف لإنشاء قاعدة عريضة ومستقرة.
غير مناسب للأراضي المنحدرة: صُممت أنظمة الحصى للأراضي المسطحة جدًا (عادةً ذات منحدرات أقل من ٣-٥ درجات). وهي غير عملية على سفوح التلال.
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.
الإمكانات لنمو النباتات:بدون تحضير مناسب للموقع (نسيج الجيوتكسيل والحصى)، قد تنمو النباتات وترفع صواني الصابورة، مما يُضعف استقرارها. عملية التصميم والتركيب
المسح الجيوتقني: خطوة أولى ضرورية لتحديد قدرة التربة على التحمل.
تحليل أحمال الرياح والثلوج: يقوم المهندس بحساب أحمال رفع الرياح والثلوج المحددة لموقع المشروع باستخدام الرموز المحلية (على سبيل المثال، الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين 7).
حساب الصابورةيقوم مُصنِّع أو مهندس الرفوف بحساب وزن الصابورة المطلوب لكل وحدة أو طاولة لمقاومة الأحمال بدقة، مع مراعاة عامل الأمان. وهذا يُحدِّد حجم وعدد الكتل.
إعداد الموقع:الأرض مُسَوَّاة تمامًا. يُوضَع قماش الجيوتكسيل، وغالبًا ما يُغطَّى بطبقة من الحصى لتصريف المياه ومكافحة الأعشاب الضارة.
التخطيط والتجميع:يتم تجميع أرجل الرفوف والأعمدة العرضية على الأرض.
وضع الصابورة: يتم وضع الكتل الخرسانية بعناية في صواني الصابورة أو المهد وفقًا للخطة الهندسية.
تثبيت الوحدة:الألواح الشمسية مُثبَّتة على الهيكل المُوزَّع. العلامات التجارية وأنواع الأنظمة الرائدة • تيراسمارت: شركة رائدة في السوق الأمريكية، تُعرف بحلولها المُثبَّتة للأرضيات والأسقف، وغالبًا ما تستخدم نظام "split-ريلدددد لتسهيل التركيب. • تغيير اللعبة الطاقة الشمسية: تُقدّم نظام "genius بالاستدددد، الذي يستخدم كتل صابورة مُصَبَّبة مسبقًا وهيكل رفوف قابل للتخصيص بدرجة عالية. • شليتر: شركة ألمانية ذات حضور عالمي، تُقدّم أنظمة مُثبَّتة متينة لمختلف أنواع التضاريس. • يونيراك: تُقدّم حلولًا مُثبَّتة للأسطح التجارية المُسطَّحة، والتي تُشبه مبادئهاحوامل أرضية.
خاتمةمتى تختار نظامًا أرضيًا مُثبّتًا بالحصى؟ اختر نظامًا مُثبّتًا بالحصى عندما: • تكون قدرة تحمل التربة في الموقع عالية. • يُمنع اختراق التربة (مثل مكبات النفايات، الأراضي المهجورة، المواقع المُغطاة). • تكون الأرض مُستوية للغاية. • تكون ظروف باطن الأرض صعبة (مثل الصخور، وارتفاع منسوب المياه الجوفية)، مما يزيد من تكلفة الحفر. تجنب نظامًا مُثبّتًا بالحصى 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.