تأثیر باد بر سازه های خورشیدی

مقدمه

با گسترش استفاده از نیروگاه‌های خورشیدی در نقاط مختلف ایران، توجه به شرایط اقلیمی در طراحی سازه‌های نگهدارنده پنل‌ها به یک الزام مهندسی تبدیل شده است. در این میان، باد به‌عنوان یکی از مهم‌ترین بارهای جانبی وارد بر سازه‌های خورشیدی به ‌ویژه در مناطق بادخیز کشور، نقش بسیار پررنگی دارد. طراحی اصولی در چنین مناطقی، نه تنها از بروز خسارات فنی و اقتصادی جلوگیری می‌کند، بلکه بهره‌وری و عمر مفید پروژه را نیز افزایش می‌دهد.

شرایط باد در مناطق مختلف ایران

بررسی‌های هواشناسی و داده‌های اقلیمی نشان می‌دهد مناطقی مانند زاهدان، کرمان، بیرجند، طبس، بوشهر، اردکان، خواف، تربت‌جام، یزد و چابهار دارای میانگین سرعت باد سالیانه بین ۵ تا ۶.۳ متر بر ثانیه هستند. این سرعت‌ها در ساعات اوج و فصل‌های خاص می‌توانند به پیک‌های بالاتری نیز برسند. این شرایط مستقیماً بر طراحی سازه‌های خورشیدی اثر می‌گذارند و لازم است در محاسبات بار باد، زاویه نصب، ارتفاع پنل‌ها و نوع اتصالات سازه لحاظ شوند.

عوامل موثر بر بار باد در سازه های خورشیدی:

• زاویه نصب (Tilt)
  پنل‌هایی با زاویه نصب 30 درجه نسبت به افق، بار باد بیشتری تجربه می‌کنند، زیرا سطح بزرگ‌تری در جهت باد مثبت قرار دارند. شکل‌ضریب باد (Cp) برای زاویه‌های °30 و °150 بیشینه ثبت شده است.
• ارتفاع نصب
  هر متر افزایش ارتفاع پنل از سطح زمین باعث آزادشدن جریان باد با سرعت بیشتر می‌شود؛ بنابراین فشار باد و بار استاتیک افزایش می‌یابد.
• فاصله بین پنل‌ها (Spacing ratio)
  افزایش فاصله افقی باعث نفوذ بیشتر جریان باد در بین پنل‌ها می‌شود. طبق مقالات، در β=30° و S/L=0.256 بار تا 26.7٪ افزایش می‌یابد.
• زاویه باد (Wind direction)
  برای α ≈ 30° یا °150 نسبت به ردیف پنل‌ها، جریان از کناره‌ها وارد شده و بارهای مکشی و پساینده شدت می‌یابند.
• طراحی سازه (Body-type)
  سازه‌های انعطاف‌پذیر (Flexible) نسبت به سازه‌های ثابت بارهای دینامیکی بیشتری تجربه می‌کنند که ممکن است منجر به ارتعاش و خستگی شوند.
• چیدمان ردیف‌ها (Array layout)
  ردیف پنل‌های جلویی بدون سایه‌گذاری قبلی، بار بیشتری تحمل می‌کنند. سایه‌گذاری توسط ردیف‌های جلو می‌تواند بار ردیف‌های بعدی را کاهش دهد.

اثرات مهندسی باد بر سازه خورشیدی

باد می‌تواند با اعمال نیروی جانبی، باعث بروز پدیده‌هایی نظیر موارد زیر شود:

• واژگونی سازه (Overturning)
• بلندشدگی (Uplift) پایه‌ها یا پنل‌ها
• تمرکز تنش در نقاط اتصال
• ارتعاش یا خستگی مصالح سازه‌ای

در طراحی مهندسی، پارامترهایی مانند ضریب فشار باد (Cp)، سطح مقطع در معرض باد، ارتفاع مرکز فشار، و نوع چیدمان پنل‌ها  (Inline Staggered)یا تأثیر قابل توجهی بر شدت این اثرات دارند.

نمودار سرعت باد در مناطق بادخیز ایران

در شکل زیر، میانگین سرعت باد سالیانه در ۱۰ شهر بادخیز کشور نمایش داده شده است که می‌تواند به‌عنوان مبنای اولیه طراحی سازه‌ها در این مناطق مورد استفاده قرار گیرد.

نتیجه‌گیری

در طراحی سازه‌های خورشیدی برای مناطق بادخیز ایران، صرف‌نظر از توان تابشی خورشید، در نظر گرفتن فشار باد به‌عنوان یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر ایمنی و پایداری سازه ضروری است. استفاده از اصول مهندسی پیشگیرانه، انتخاب مواد باکیفیت، و پایش مستمر عملکرد سازه می‌تواند نقش مهمی در جلوگیری از آسیب‌های ساختاری و کاهش هزینه‌های نگهداری ایفا کند. شرکت‌هایی که در این زمینه فعالیت دارند، با رعایت این اصول می‌توانند پروژه‌هایی با دوام بالا، عملکرد پایدار و ایمنی تضمین‌شده ارائه دهند.