حلول تركيب الألواح الشمسية لكوريا الجنوبية: هندسة مصممة لتحمل الأحمال العالية للثلوج والرياح القوية وظروف المشاريع المعقدة

يؤثر اتجاه الألواح الشمسية والزاوية المائلة في العائد السنوي للطاقة، وفي المسافة بين الصفوف، وفي الظلال، وفي كفاءة استخدام الأرض بشكل عام. ويجب تقييم هذه العوامل معًا بالنظر إلى القيود الإنشائية والموقعية الخاصة بالمشروع.

دراسة نُشرت عام ٢٠١٨ في الطاقة الجديدة والمتجددة وحاكَت أنظمة الطاقة الكهروضوئية في ٨٠ موقعًا في كوريا الجنوبية باستخدام نموذج مستشار الأنظمة (SAM). ووفقًا لافتراضات الدراسة، تراوحت الزوايا المثلى للاتجاه الأفقي (الأزيموث) بين ١٧٦° و١٨٤°، بينما تراوحت الزوايا المثلى للميل بين ٣٠° و٣٦°.

توفر هذه النتائج مرجعاً بحثياً مفيداً، وليست مواصفات تثبيت عامة. ويجب تحديد معالم التصميم الفعلية لكل مشروعٍ على حدة وفقاً للموقع وهندسة السطح أو التضاريس والظلال وأحمال الرياح والثلوج وأهداف إنتاج الطاقة والمتطلبات السارية.

يجب أن تنقل هيكلية تركيب الألواح الشمسية الأحمال القادمة من الوحدات عبر القضبان والأمشاط والدعائم والوصلات إلى هيكل السطح أو الأساس الأرضي.

قد تشمل اعتبارات التصميم في المشاريع المثبتة على الأرض ما يلي:

• تضاريس الموقع والاختلافات في الارتفاع
• ملاءمة الأساس وظروف التربة
• تراكم الثلوج وما ينتج عنه من أحمال إنشائية
• أحمال الرياح واستقرار التجميع الكامل للتركيب
• قوة العضو الفولاذي وتصميم الوصلات وتسامح التركيب

بالنسبة لأسطح المباني الصناعية، يجب أن يراعي التقييم الهندسي أيضًا السعة الإنشائية للمبنى القائم وملف سطحه وأسلوب التثبيت وتفاصيل العزل المائي ووصول الصيانة.

يجب أن يؤكد المهندس المسؤول على معايير كوريا الجنوبية الإنشائية المطبَّقة والافتراضات التصميمية الخاصة بالمشروع. وسرعة الرياح وعمق الثلوج والأحمال التصميمية الإنشائية هي معاملات مختلفة ولا ينبغي اعتبارها قابلة للتبديل.

يمكن أن تتفاوت الأسطح المعدنية الصناعية من حيث الشكل الهندسي، وهندسة الصفائح، وتباعد العوارض الأفقية (البُرلين)، وتفاصيل التثبيت، وحالة السطح. فقد لا يكون مكوّن التثبيت المناسب لنوعٍ معينٍ من أشكال الأسطح مناسباً لأنواع أخرى.

استخدم مشروع تشانغ وون مشابكَ مخصصةً مُصمَّمة خصيصاً لتتناسب مع شكل السطح القائم. وقد جمع الحلُّ المذكور بين أساليب التثبيت غير النافذة والنافذة وفقاً لمتطلبات التركيب.

يجب تقييم اختيار أسلوب التثبيت استناداً إلى تركيب السطح الفعلي، ومسار انتقال الأحمال، وقدرة الطبقة الأساسية والبُرلين، وتوافق المشابك، وجودة التركيب، وتفاصيل العزل المائي. فالتوصيل غير النافذ ليس مناسباً تلقائياً لكل أنواع الأسطح، كما أن التوصيل النافذ يتطلب إجراءات ختم وتصميم مناسبة.

قبل تركيب صفيف ضوئي كبير على مبنى صناعي قائم، يجب تقييم قدرة المبنى على تحمل الأحمال الإضافية. ويشمل ذلك وحدات الطاقة الشمسية ونظام التثبيت، فضلاً عن الأحمال البيئية ذات الصلة والجمعات التحميلية المطلوبة وفقاً لأساس تصميم المشروع.

تشير معلومات المشروع إلى سرعة رياح أساسية قدرها ٣٦ م/ث. ويجب فهم هذه القيمة باعتبارها معامل موقع المشروع المُبلَّغ عنه، وليس تلقائياً كسرعة الرياح النهائية أو الضغط المطبَّق في كل حساب إنشائي. ويجب على المهندس المسؤول التأكُّد من أحكام الرياح الواجب تطبيقها، وظروف التعرُّض، وهندسة المبنى، ومناطق السقف، ومعاملات الضغط، وجمعات التحميل، ومتطلبات التثبيت.

فيما يتعلَّق بنظام التثبيت، ينبغي أن يشمل استعراض التصميم ما يلي:

• سعة المشابك والقضبان
• بُعد الفتحة بين دعائم القضيب والمسافة بين نقاط الدعم
• الوصلات بين القضبان والدعائم وملحقات السقف
• نقل الأحمال إلى العناصر الإنشائية للمبنى
• التأثيرات المحلية للرياح بالقرب من حواف السقف وزواياه
• حالة صفائح السقف وسلامة تفاصيل العزل المائي

يجب التحقق من الترتيب النهائي كنظام متكامل بدلًا من اعتبار مكونات التركيب معزولة عن بعضها.

استخدم المشروع ٣٣٦٠ وحدةً ذات قدرة اسمية تبلغ ٥٩٥ واط-شمس، ما يُعطي القدرة المباشرة المحسوبة البالغة ١٩٩٩,٢ كيلوواط-شمس، أو نحو ٢ ميغاواط-شمس.

وبقسمة مساحة السقف المبلغ عنها والبالغة ١١٠٠٠ متر مربع على ٣٣٦٠ وحدة، نحصل على متوسط مساحة سقف تبلغ نحو ٣,٢٧ متر مربع لكل وحدة. وهذه نسبة مساحية عامة — وليست المساحة الفعلية التي تحتلها وحدة واحدة. وهي تشمل تأثيرات التخطيط والتباعد وسائر الاعتبارات المتعلقة بمساحة السقف.

ويجب أن تراعي وضعية الوحدات النهائية كذلك مواقع الدعم الإنشائي، وتصريف مياه السقف، والممرات المخصصة للوصول، ومتطلبات الصيانة، والظلال، والمسافات الآمنة المطبَّقة.

يُمكن أن يتسبّب تسرب السقف في إحداث مشاكل تشغيلية وصيانة لأصحاب المباني الصناعية. ولذلك، يجب أن تأخذ تصاميم التثبيت بعين الاعتبار التفاعل بين المشابك أو الوصلات، وصفائح السقف، والوصلات بين الألواح، ومسارات التصريف، والتفاصيل القائمة للعزل المائي.

في حالة التثبيت المُخترِق، يُعدّ استخدام الحشوات المناسبة والرقابة على طريقة التركيب أمراً جوهرياً. أما في حالة التثبيت غير المُخترِق، فيجب على المهندس أن يتأكد من أن الوصلات تحقّق الأداء الإنشائي المطلوب دون إلحاق أي ضرر بتجميع السقف.

يجب أخذ سهولة الوصول للفحص، ووضوح مسارات التصريف، وقدرة الصيانة على السقف ونظام الطاقة الشمسية بعين الاعتبار أثناء مرحلة تطوير التخطيط، وليس تركها حتى بعد اكتمال التركيب.

تشير تقارير معلومات المشروع إلى فترة تسليم تمتد من شهر مايو إلى شهر أكتوبر عام ٢٠٢٤، وإلى إنتاج سنوي متوقع للطاقة يبلغ نحو ٢٤١٠ ميغاواط-ساعة.

يُعَدُّ إجمالي التوليد السنوي المبلغ عنه مؤشِّر أداءٍ مفيد للمشروع، لكن لا ينبغي نسبته إلى هيكل التثبيت وحده. فكفاءة إنتاج الطاقة تعتمد على وحدات الخلايا الكهروضوئية والعواكس وتصميم النظام والموارد الشمسية والظلال وظروف التشغيل والتوافر وعوامل أخرى خاصة بكل مشروع.