انواع استراکچر پنل خورشیدی؛ مقایسه سازه‌های زمینی، سقفی و متحرک

امروزه استفاده از انرژی‌های تجدید‌پذیر از جمله انرژی خورشیدی به اولویت اصلی تبدیل شده است. برای دستیابی به بازدهی بیشتر در پنل‌های خورشیدی، انتخاب و طراحی صحیح استراکچر اهمیت زیادی دارد. استراکچر پنل خورشیدی تنها یک پایه نگهدارنده نبوده و در پروژه‌های خورشیدی وظیفه نگهداری و موقعیت دهی پنل‌ها را بر عهده داشته و انتقال بارهای وارد شده به فونداسیون یا ساختمان نیز از طریق استراکچر انجام می‌شود. از طرفی، انتخاب این سازه می‌تواند روی نحوه استقرار پنل‌ها، دسترسی برای نگهداری، نوع فونداسیون، پیچیدگی نصب، امکان استفاده از زمین یا سقف و هزینه‌های اجرا و نگهداری نیز تاثیرگذار باشد. در ادامه انواع استراکچر سازه خورشیدی از نظر نحوه عملکرد و محل نصب بررسی خواهند شد.

بدین ترتیب مشخص می‌شود هر کدام از راهکارهای ارائه شده برای چه شرایطی مناسب‌تر خواهند بود. همچنین با اطلاع از فرایند فنی ساخت استراکچرها و ویژگی‌های آنها می‌توان گزینه‌ای را انتخاب نمود که با نیازها و انتظارات مطابقت داشته باشد.

انواع استراکچر پنل خورشیدی در یک نگاه

استراکچرهای پنل خورشیدی را می‌توان بر اساس محل نصب، نحوه استقرار و مکانیزم عملکرد دسته‌بندی کرد. سازه‌ خورشیدی زمینی و سقفی از رایج‌ترین انواع استراکچر هستند. از نظر عملکرد نیز سازه‌ها به دو گروه ثابت و متحرک تقسیم می‌شوند. علاوه بر این، راهکارهای خاصی مانند کارپورت، سازه‌های کشاورزی و شناور برای شرایط و کاربردهای متفاوت طراحی می‌شوند. در ادامه به توضیحات فنی و جزئیات این سازه‌ها خواهیم پرداخت.

استراکچر زمینی ثابت؛ گزینه رایج برای پروژه‌های نیروگاهی

این نوع استراکچر با نام Fixed-Tilt Ground-Mounted Structure نوعی سازه برای نگهداری پنل‌ها است که وظیفه نگهداری پنل‌های خورشیدی در زاویه مناسب نسبت به خورشید را بر عهده دارد. پنل‌ها در زاویه مشخصی روی این سازه به صورت ثابت نصب خواهند شد. این سازه مستقل از ساختمان بوده و می‌توان طراحی آرایش پنل‌ها را متناسب با زمین انجام داد.

استراکچر ثابت پنل خورشیدی، ساده‌ترین و رایج‌ترین نوع سازه خورشیدی زمینی است که در آن پنل‌ها ثابت هستند. درحالی‌که در نوع متحرک یا ردیاب Tracker، پنل‌ها در طول روز در حال حرکت هستند تا بتوانند در بهترین زاویه نسبت به خورشید قرار بگیرند. در مقام مقایسه انواع استراکچر پنل خورشیدی می‌توان گفت که نوع ثابت، بدون قطعات متحرک بوده و نسبت به نوع Tracker ساده‌تر است و می‌توان از آن برای پروژه‌های نیروگاهی و مکان‌هایی که زمین‌های مناسب وجود دارد، استفاده کرد.

استراکچر زمینی کوبشی

در این نوع استراکچر از نوع Ground Mounted پایه‌ها به صورت مستقیم همراه با تجهیزات مخصوص در زمین مدنظر کوبیده می‌شوند. این نوع نصب می‌تواند به شکل چشمگیری باعث کاهش عملیات گسترده بتن‌ریزی شود. این مورد در پروژه‌های بزرگ ملموس‌تر است و سرعت اجرای فونداسیون از جمله ملاحظات مهم محسوب می‌شود. البته، برای استفاده از این نوع استراکچر باید نتایج مطالعات ژئو تکنیک و مشخصات خاک بررسی شده و محاسبات مهندسی نیز پیش از نصب استراکچر زمینی پنل خورشیدی انجام گیرد.

استراکچر زمینی با فونداسیون بتنی

استراکچر زمینی با فونداسیون بتنی یکی از روش‌های استقرار سازه‌های خورشیدی است که در آن بارهای واردشده از طریق فونداسیون به زمین منتقل می‌شوند. این روش می‌تواند در پروژه‌هایی که شرایط خاک یا محدودیت‌های اجرایی استفاده از پایه کوبشی را نامناسب می‌کند، مورد بررسی قرار گیرد. انتخاب نوع فونداسیون و تعیین ابعاد آن بر اساس مطالعات ژئوتکنیک، بارهای طراحی و محاسبات مهندسی انجام می‌شود.

استراکچر سقفی؛ استفاده از ظرفیت بام کارخانه‌ها و مجموعه‌های صنعتی

استراکچر سقفی پنل خورشیدی به نام Rooftop Solar Structure می‌تواند روی انواع بام‌های شیبدار، تخت یا صنعتی نصب شده و بدون آسیب به سازه ساختمان، به صورت ایمن مورد استفاده قرار بگیرد. کلیه شرکت‌ها و کارخانجات صنعتی می‌توانند این سازه را روی بام ساختمان، انبار سوله یا کارخانه اجرا کنند. بنابراین، بدون اختصاص زمین مستقل و تنها با استفاده از سطح بلااستفاده سقف می‌توان انواع استراکچر پنل خورشیدی را نصب نمود. البته قابل ذکر است اجرای ایمن این سازه‌ها به بررسی ظرفیت باربری ساختمان، نوع پوشش سقف، شرایط اتصالات و بارهای محیطی وابسته است.  در برخی پروژه‌ها ممکن است پیش از نصب، تقویت سازه یا اصلاح جزئیات اتصال و آب‌بندی ضروری باشد.

سازه خورشیدی روی سقف‌های شیبدار و سوله‌ای

در واحد‌های صنعتی و تولیدی، سقف شیبدار سوله‌ها یک فضای بدون استفاده است که می‌توان از آن برای نصب انواع سازه خورشیدی استفاده کرد. مزیت سقف سوله‌ها، ارتفاع مناسب این نوع سازه و قرارگیری آنها در محیط‌های صنعتی بدون وجود مانع است. بااین‌حال، میزان تابش دریافتی و احتمال سایه‌اندازی باید با توجه به موقعیت ساختمان، موانع اطراف، جهت و شیب سقف بررسی شود. همچنین انتخاب سیستم اتصال مناسب و ارزیابی ظرفیت باربری سازه اصلی، از الزامات مهم نصب پنل روی سقف‌های صنعتی است.

سازه خورشیدی روی بام‌های مسطح

برای نصب سازه خورشیدی روی این نوع بام‌ها از پایه‌های مخصوص برای تنظیم بهتر زاویه پنل‌ها استفاده می‌شود. یکی از نکات مهم در این نوع نصب، توجه به سیستم متصل به سازه است. اغلب از دو روش اصلی برای مهار سازه استفاده می‌شود.

روش اول، سیستم‌ نفوذی Penetrating System است که در آن استراکچر همانند سقف‌های شیب‌دار همراه با آب بندی دقیق به سازه اصلی سقف متصل می‌شود. روش دیگر، استفاده از سیستم بالاستی (Ballasted System)  است که در آن سازه با کمک وزنه‌های محاسبه‌شده و بدون نیاز به اتصالات نفوذی در پوشش بام مهار می‌شود. در طراحی این سیستم باید مقاومت در برابر بالاکشندگی باد، لغزش و واژگونی، نحوه توزیع بار و ظرفیت باربری سقف بررسی شود. انتخاب میان سیستم بالاستی و اتصال مکانیکی به شرایط سازه ساختمان و الزامات پروژه بستگی دارد.

استراکچر متحرک یا Tracker چگونه کار می‌کند؟

پایه ردیاب خورشیدی یا Solar Tracker، برخلاف سازه Fixed Tilt، قادر به دنبال کردن مسیر حرکت خورشید است. بنابراین، موقعیت پنل‌ها در طول روز تغییر کرده و جهت قرارگیری پنل‌ها نسبت به تابش خورشید برای استفاده از بیشترین زمان از روز امکان‌پذیر خواهد شد. استراکچر متحرک پنل خورشیدی در دو نوع متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ردیاب خورشیدی تک‌محوره

ردیاب خورشیدی تک‌محوره (Single-Axis Tracker)  با چرخاندن پنل‌ها حول یک محور مشخص، زاویه قرارگیری آنها را در طول روز متناسب با موقعیت خورشید تغییر می‌دهد. جهت‌گیری محور چرخش می‌تواند بر اساس طراحی سیستم و شرایط پروژه متفاوت باشد. این نوع ردیاب در برخی نیروگاه‌های خورشیدی بزرگ‌مقیاس استفاده می‌شود، اما نسبت به سازه ثابت به تجهیزات مکانیکی و کنترلی بیشتر و نگهداری تخصصی‌تری نیاز دارد.

ردیاب خورشیدی دومحوره

ردیاب دومحوره (Dual-Axis Tracker)  امکان تغییر جهت و زاویه پنل‌ها را حول دو محور فراهم می‌کند تا سطح پنل با دقت بیشتری نسبت به موقعیت خورشید تنظیم شود. این سیستم می‌تواند دریافت تابش را نسبت به برخی آرایش‌های ثابت افزایش دهد، اما به دلیل پیچیدگی مکانیکی و کنترلی، هزینه سرمایه‌گذاری و نیاز به نگهداری بیشتر، انتخاب آن مستلزم بررسی فنی و اقتصادی پروژه است.

استراکچر ثابت یا متحرک؛ تفاوت برای یک پروژه بزرگ‌مقیاس چیست؟

انتخاب انواع استراکچر پنل خورشیدی مناسب نباید صرفاً بر اساس میزان تولید انرژی انجام شود. برای انتخاب سازه ثابت و متحرک پنل خورشیدی باید به مواردی از جمله هزینه سازه، شرایط زمین، هزینه نگهداری، بار باد، دسترسی، تحلیل اقتصادی کل پروژه و مقیاس نیروگاه نیز توجه داشت.

سازه‌های خاص پنل خورشیدی چه انواعی دارند؟

پنل‌های خورشیدی دارای انواع مختلفی با سازه‌های خاص هستند که می‌توانند در شرایط مختلف مورد استفاده قرار بگیرند. در ادامه به مهم‌ترین سازه‌ها بر اساس ساختارهای خاص و سفارشی اشاره شده است.

سازه کارپورت خورشیدی

این نوع Solar Mounting Structure در واقع نوعی پارکینگ خورشیدی یا سایه بانی برای خودروها است که روی آن پنل‌های خورشیدی قرار می‌گیرد. این نوع پارکینگ می‌تواند در کارخانه‌ها، مراکز تجاری، سازمان‌ها و محوطه‌های بزرگ ایجاد شده و علاوه بر محافظت از خودرو در برابر تابش آفتاب، نور خورشید را جذب و به برق مستقیم تبدیل کند. در واقع این نوع سازه‌ها را می‌توان ترکیبی از تولید انرژی و ایجاد سایبان در نظر گرفت.

سازه‌های خورشیدی کشاورزی (Agrivoltaic)

کشاورزی خورشیدی روش نوین برای استفاده همزمان از زمین برای کشت و تولید برق خورشیدی است. در این روش، از سازه‌هایی با طراحی متناسب برای ادامه فعالیت کشاورزی استفاده می‌شود تا علاوه بر دریافت نور کافی در سطح زمین، امکان تولید برق نیز فراهم شود. بنابراین، همراه با ادامه فعالیت کشاورزی در فضای پروژه، می‌توان از برق خورشیدی کشاورزی نیز کسب درآمد نمود.

سازه خورشیدی شناور

سازه خورشیدی شناور برای نصب پنل‌های فتوولتائیک روی سطوح آبی مانند مخازن و دریاچه‌ها طراحی می‌شود. این سیستم در شرایط مناسب می‌تواند با کاهش دمای کاری پنل‌ها به بهبود عملکرد آنها کمک کند و با پوشش بخشی از سطح آب، میزان تبخیر را کاهش دهد. طراحی چنین سازه‌هایی نیازمند بررسی شرایط محیطی، تغییرات سطح آب، بارهای باد و موج و سیستم مهار و لنگراندازی است.

اجزای استراکچر پنل خورشیدی

اجزای سیستم نگهدارنده پنل در نگاه اول ترکیبی از پروفیل، ریل و پیچ و مهره به نظر می‌رسد، اما در واقع یکی از بخش‌های مهم نیروگاه خورشیدی بوده و کیفیت آنها روی طول عمر، عملکرد و ایمنی تاثیر بسیار زیادی دارد. از جمله اجزای اصلی انواع استراکچر خورشیدی می‌توان به فونداسیون یا همان پایه انتقال بار به زمین، ستون‌های عمودی، تیرهای اصلی و عرضی، ریل یا پروفیل نگهدارنده پنل و کلمپ میانی و نهایی اشاره کرد. در این بین به پیچ و مهره، واشر، مهاربندها، براکت‌ها و صفحات اتصال نیز برای پایداری استراکچر نیاز است.

کاربرد انواع استراکچر پنل خورشیدی

استراکچر یک پنل خورشیدی، نوعی ستون نگهدارنده برای ماژول‌های فتوولتائیک است که پنل‌های خورشیدی با زاویه مناسب روی آنها قرار گرفته و دریافت بیشترین تابش خورشید صورت می‌گیرد. از این استراکچرها می‌توان روی بام‌های مسطح یا شیبدار، زمین‌های بلا استفاده، روی سطح آب و یا در مکان‌های خاص مانند سقف پارکینگ‌ها و زمین‌های کشاورزی برای استفاده بهینه از فضا و نصب پنل‌ها استفاده کرد.

سخن پایانی

انتخاب استراکچر مناسب نقش حیاتی در بازدهی، پایداری و عمر مفید سیستم خورشیدی دارد. انتخاب انواع سازه پنل خورشیدی باید با توجه به محل نصب، زاویه تابش خورشید، نوع پروژه و شرایط اقلیمی صورت گیرد. انتخاب نوع مناسب تاثیر مستقیمی روی عملکرد، هزینه اجرا و نگهداری منظم سیستم خواهد داشت. انواع استراکچر برای پنل خورشیدی در دسته‌بندی‌های زمینی ثابت، سقفی، سازه‌های خاص و نوع ردیاب، طبقه‌بندی شده‌اند. اما انتخاب نهایی بین آنها، بدون در نظر گرفتن شرایط واقعی پروژه امکان‌پذیر نخواهد بود.

برای بررسی سازه مناسب و انواع استراکچر پنل خورشیدی برای پروژه می‌توانید اطلاعات فنی پروژه از جمله محل اجرا، مشخصات پنل، Site Plan و در صورت امکان مطالعات مربوط به خاک را برای تیم مهندسی سافا ارسال نمایید. ارسال مشخصات پروژه برای بررسی، گامی مهم و کلیدی برای موفقیت در نصب نیروگاه خورشیدی به شمار می‌رود.