ما هي عملية تركيب أعمدة دعم الألواح الشمسية الكهروضوئية؟

الهيكل الداعم الأساسي لمزارع الطاقة الشمسية

تنقل أعمدة دعم الألواح الشمسية الكهروضوئية وزن الألواح الشمسية وقوى الرفع الناتجة عن الرياح والأحمال الناجمة عن تساقط الثلوج إلى التربة، مع الحفاظ على زوايا الميل الدقيقة لتحقيق أقصى إنتاج طاقة ممكن. ويحتاج مزرعة طاقة شمسية ذات نطاق شبكي وتضم ١٠٠٠٠٠ لوحة شمسية إلى ما يقارب ٢٥٠٠–٣٥٠٠ عمود دعم، وذلك حسب نوع التكوين المستخدم: إما نظام المتابِعات الشمسية أو نظام التثبيت ذي الميل الثابت. برج وتؤثر سرعة التركيب تأثيراً مباشراً في الجدوى الاقتصادية للمشروع؛ إذ أن أي تأخير يؤدي إلى تأجيل تحقيق الإيرادات الناتجة عن اتفاقيات شراء الطاقة، والتي تتراوح قيمتها عادةً بين ٣٠ و٨٠ دولاراً أمريكيّاً لكل ميغاواط ساعة.

قلّص مقاول إنشاءات الطاقة الشمسية (EPC) في منطقة الشرق الأوسط وقت التركيب لكل ميغاواط من ١٢ يومًا إلى ٧ أيام، وذلك بالتحول من أسس خرسانية مُصبوبة في الموقع إلى أوتاد فولاذية مُدفوعة مع أقسام أنابيب عزم مُجمَّعة مسبقًا. وقد شكَّل إلغاء وقت تصلُّب الخرسانة — الذي يبلغ ٧٢ ساعة لكل صبٍّ — الجزء الأكبر من التحسين في الجدول الزمني.

تركيب الأساس

المسح الجيوتقني والاختيار

يتم أخذ عيِّنات من ظروف التربة في المسح الجيوتقني على فترات شبكة تتراوح بين ٥٠ و١٠٠ متر، مع قياس قدرة التحمُّل، وعمق المياه الجوفية، ومقاومة التربة. وتُحدِّد هذه القياسات ما إذا كانت الأوتد المدفوعة، أو البراغي الحلزونية، أو الأوزان الخرسانية هي الأنسب لتثبيت الأساس.

تُهيمن أوتاد الفولاذ المدفوعة — وهي عبارة عن أقسام على شكل قناة (C-channel) أو شعاع حديدي على شكل حرف H — على عمليات التركيب في التربة الصالحة للبناء. ويقوم جهاز دفع الأوتاد الهيدروليكي بتثبيت ما بين ٢٠٠ و٤٠٠ وتد يوميًّا، بحيث يغمر كل وتد على عمق يتراوح بين ١,٥ و٢,٥ متر. وتُجرى اختبارات سحب العينة على ٢–٥٪ من الأوتاد للتحقق من أن المقاومة الفعلية تتطابق مع الافتراضات، وذلك بتطبيق قوة رفع تساوي ١,٥ ضعف القوة المصمَّمة.

تُناسب أساسات البراغي الأرضية التربة الرملية التي تفتقر فيها الأعمدة المدفوعة إلى الاستقرار الجانبي. وتزيد الصفائح الحلزونية من مساحة التحميل، وترتبط عزم التركيب ارتباطًا مباشرًا بسعة التحميل. وإذا لم يُحقَّق العزم المستهدف، فإن التصميم يتحول إلى براغٍ أطول أو إلى أقطار أكبر للصفائح الحلزونية في تلك الموقع.

التسوية والتصريف

تتطلب صفائف الألواح الشمسية انحدارًا أقل من ٥٪ في الاتجاه الشمالي-الجنوبي. أما الانحدار الشرقي-الغربي حتى ١٠٪ فيمكن التعامل معه باستخدام هياكل دعم قابلة للتعديل. وتهدف التسوية إلى الحفاظ على أنماط التصريف لمنع تجمّع المياه — إذ تفقد التربة المشبعة قدرتها التحميلية وتسرّع من عملية التآكل عند واجهات الأعمدة. ويجب تنفيذ إجراءات مكافحة التآكل قبل البدء في أعمال التسوية.

تجميع الهيكل ومحاذاة أجزائه

تركيب أنابيب العزم

تستخدم أنظمة التعقب أحادية المحور أنابيب عزم — وهي أنابيب فولاذية مستمرة تمتد في الاتجاه الشمالي-الجنوبي — لتدوير الألواح لمتابعة حركة الشمس. وتصل هذه الأقسام بطول يتراوح بين ٦ و١٢ مترًا، ومزودة بمفاصل تحمل ملحومة مسبقًا.

تتطلب تحديدات المحاذاة تسامحًا قدره ±3 مم على امتداد صفوف بطول ٨٠–١٠٠ متر. ويؤدي عدم محاذاة المحمل إلى عرقلة الدوران، ما يزيد من قوة محرك القيادة وقد يؤدي إلى توقف النظام عن العمل أثناء التشغيل الصباحي. وتُستخدم أدوات المحاذاة بالليزر للتحقق من موقع المحمل قبل تثبيت أقسام أنبوب العزم معًا باستخدام البراغي.

تركيب الوحدات

توفر القضبان الألومنيومية المثبتة بالبراغي على العوارض الداعمة السطح الذي تُركَّب عليه الألواح الشمسية، وهي متباعدة بحيث تتطابق مع أبعاد هيكل الوحدة. وتُثبِّت المشابك المتوسطة بين الوحدات المجاورة والمشابك الطرفية عند نهايات الصفوف الألواح باستخدام براغٍ ذات عزم تشديد محدود لمنع تشقق الزجاج.

يقوم فريق مكوَّن من ٣–٤ عمال بتثبيت ٢٠٠–٣٠٠ وحدة يوميًّا. وتُجرَى عملية ضبط الجودة على عيِّنة تمثيلية بنسبة ٥–١٠٪ من عزم تشديد المشابك، كما تتم فحوصات للبحث عن التشققات المجهرية التي قد تتسع مع دورات التغير الحراري لتسبب تشققات في الخلايا خلال السنة الأولى.

التكامل مع نظام التأريض

كل برج تتطلب الصفوف وجود موصلات أرضية موصولة بكل مكون معدني. ويمنع ذلك اختلافات الجهد أثناء أعطال التأريض ويوفر مسارات لتيار الصاعقة. وتقلل الموصلات المصنوعة من الفولاذ المغلف بالنحاس والوصلات الموجودة تحت مستوى الأرض من التعرض المرئي للنحاس، الذي يجذب السرقة في المواقع النائية.

التشغيل والتحقق

يتم تشغيل نظام تحكم التعقب حيث تقوم محركات الدوران الخاصة بكل صف بالدوران الكامل. ويتحقق نظام التحكم الإشرافي والجمع الآلي للبيانات (SCADA) من تطابق الموضع ضمن ±1 درجة. أما الصفوف التي لا تجتاز هذه الاختبارات فتتطلب إجراء فحص ميكانيكي — مثل انسداد المحامل أو عدم انتظام المحاور أو وجود حطام ناتج عن عملية التركيب.

يُعاد إجراء اختبار السحب على عينة عشوائية بعد تركيب جميع الصفوف، وبخاصة في المناطق التي تتفاوت فيها خصائص التربة عبر الموقع. ويؤدي فشل القاعدة بعد تركيب الوحدات الكهروضوئية إلى إجراءات تصحيحية مكلفة، ما يجعل جودة المسح الاستكشافي قبل التركيب ذات أهمية بالغة.

الأسئلة الشائعة

ما العمق المناسب لأعمدة دعم الألواح الكهروضوئية؟

تُغرس الأعمدة المُدوَّسة على عمق يتراوح بين ١,٥ و٢,٥ مترًا، حسب نوع التربة وعمق التجمد والأحمال الناتجة عن الرياح. وتتطلب ظاهرة انتفاخ التربة بسبب التجمد أن تكون أطراف الأعمدة أسفل أعماق التجمد القصوى — أي على عمق يتراوح بين ١,٠ و١,٥ مترًا في المناطق المعتدلة، وأكثر من ٢,٠ مترًا في المناخات القارية. أما البراغي الأرضية فتمتد على عمق يتراوح بين ١,٢ و٢,٠ مترًا، وبأقطار لولبية تتراوح بين ١٥٠ و٣٠٠ مم.

ما الفرق بين أبراج الدعم ذات الميل الثابت وأبراج الدعم المتبعة؟

تحتفظ هياكل الدعم ذات الميل الثابت بالألواح عند زاوية ثابتة مُحسَّنة لتحقيق أقصى إنتاج سنوي. أما أبراج الدعم المتبعة فتدور بالألواح من الشرق إلى الغرب، ما يزيد من كمية الطاقة المستخلصة بنسبة تتراوح بين ١٥٪ و٢٥٪. وتؤدي أنظمة التتبع إلى زيادة تكلفة هيكل الدعم لكل واط بنسبة تتراوح بين ٣٠٪ و٤٠٪، وذلك بسبب أنابيب العزم والمحامل وأنظمة الدفع.

كيف يؤثر نوع التربة في تركيب أبراج دعم الألواح الكهروضوئية؟

التربة المتماسكة مثل الطين توفر سعة جيدة للأعمدة من خلال الاحتكاك السطحي، لكنها قد تتطلب الحفر المسبق عند الكثافة العالية. أما التربة الحبيبية فتتيح الدفع المباشر للأعمدة، لكنها تحتاج إلى غمر أعمق أو مسامير أرضية لضمان مقاومة كافية للاختراق. وفي التربة الصخرية، قد يلزم استخدام أسس خرسانية ثقيلة عندما لا يمكن للأعمدة أو المسامير الأرضية الاختراق.

ما نوع حماية التآكل المطلوبة لأبراج دعم الألواح الشمسية؟

الغمر الساخن بالزنك وفقًا للمعيار ISO 1461 وبحد أدنى ٨٥ ميكرومتر يوفّر حماية تدوم ٢٥–٣٠ سنة. أما المنشآت الساحلية الواقعة على بعد ٥ كيلومترات أو أقل من المياه المالحة فتتطلب طبقة زنك بسمك ١٠٠–١٤٠ ميكرومتر. وتتمتع مكونات الألومنيوم بطبيعتها بمقاومة للتآكل عبر تكوّن طبقة أكسيد سلبية. وتقدّم شركات مثل Liaoning Sinotech Group أنظمة دعم مُصمَّمة هندسيًّا لتناسب الظروف البيئية المحددة.

كم تستغرق عملية تركيب أبراج دعم الألواح الشمسية بالكامل؟

تتطلب منشأة بقدرة ١٠٠ ميغاواط مع أوتاد مُدوَّسة فترة تتراوح بين ٨ و١٢ أسبوعًا لإكمال أعمال هيكل الدعم بالكامل. ويختلف الجدول الزمني باختلاف حجم الطاقم ومستوى الأتمتة والتضاريس. وتؤدي المكونات الجاهزة للتركيب والتصاميم المصممة للنشر السريع إلى خفض هذه الفترات الزمنية باستمرار.

ما الاختبارات والفحوصات التي تُجرى لضمان الجودة أثناء التركيب؟

اختبار سحب الأساسات على نسبة تتراوح بين ٢٪ و٥٪ من الأساسات، والتحقق من عزم الدوران على نسبة تتراوح بين ٥٪ و١٠٪ من المشابك، وإجراء مسح لمحاذاة التحميل على كل صف، وقياس مقاومة الأرض على فواصل تتراوح بين ٥٠ و١٠٠ متر، واختبار دوران نظام التعقُّب على ١٠٠٪ من الصفوف. وتدعم الوثائق المقدمة مطالبات الضمان في حال ظهور مشكلات هيكلية أثناء التشغيل. كما أن جودة المسح الجيوتقني الذي يُجرى قبل التركيب تحدد بشكل مباشر عدد الأساسات التي تتطلب إصلاحات مكلفة بعد التركيب.