هل يمكن تخصيص أنظمة تركيب الألواح الشمسية للمشاريع التجارية؟

لماذا تتطلب المشاريع التجارية أنظمة تركيب شمسية مخصصة

القيود الهيكلية للأسقف والمتطلبات الخاصة بالأحمال حسب الموقع

إن تركيب الألواح الشمسية على أسطح المباني التجارية يُسبب بعض المشكلات الهندسية الفريدة التي لا يمكن حلها باستخدام حلول جاهزة. فهناك فرق كبير بين الأنظمة التجارية والسكنية من حيث الاعتبارات الهيكلية. فعلى سبيل المثال، قد تكون هياكل المستودعات القديمة غير قادرة تقريبًا على تحمل أكثر من 25 رطلاً لكل قدم مربع من الأحمال المؤقتة، في حين أن المباني الحديثة تستطيع عادة تحمل حوالي 50 رطلاً أو أكثر. ولهذا السبب نرى اليوم عددًا كبيرًا من أنظمة التثبيت المخصصة، والتي تعتمد على حسابات دقيقة للأحمال لتوزيع الوزن بشكل مناسب على السطح دون إجهاد الهيكل عن حدود طاقته. والأمان بالطبع يُعد من الشواغل الرئيسية هنا، ولكن التأكد من تنفيذ التركيب بشكل صحيح يعني أيضًا تجنب الإصلاحات المكلفة لاحقًا الناتجة عن التركيب غير السليم.

تستفيد الأسطح المسطحة من الأنظمة الموزونة لأنها لا تتطلب حفر ثقوب عبر السطح، لكن هذه الأنظمة تحتاج إلى توزيع وزن مناسب عادةً ما بين 3 إلى 5 أرطال لكل قدم مربع حتى لا تثقل هيكل المبنى. ومع ذلك، عند التعامل مع الأسطح المائلة، تصبح الرياح مصدر قلق كبير. إذ يجب أن تكون الدعامات المستخدمة هناك قادرة على تحمل قوى شديدة، أحيانًا تزيد عن 120 ميل في الساعة في المناطق التي تكثر فيها الأعاصير. وتصبح الأمور أكثر تعقيدًا عندما توجد عوائق بالفعل على السطح مثل وحدات تكييف الهواء أو الفتحات الزجاجية. وفي هذه الحالة، يتعين على العاملين في التركيب إيجاد طرق إبداعية لتثبيت المعدات بحيث تحصل على التعرض الشمسي الجيد مع التأكد من بقاء كل شيء مثبتًا بإحكام وعدم إلحاق ضرر بالسطح الموجود أسفله.

الامتثال التنظيمي، والأنظمة المحلية، ومعايير الربط بالشبكة الكهربائية

عند تثبيت وحدات الطاقة الشمسية المخصصة، لا يمكن تجنب القواعد المحلية وإرشادات المرافق التي تُطبَّق. فعلى سبيل المثال في كاليفورنيا، يحدد العنوان 24 مسافات صارمة للسلامة من الحرائق بين الألواح وأطراف السقف تتراوح ما بين ثلاث إلى ست أقدام. وفي فلوريدا تصبح الأمور أكثر تعقيدًا بسبب مناطق الإعصار. إذ يجب أن تكون أنظمة التثبيت هناك قادرة فعليًا على تحمل اختبارات رياح شديدة جدًا وفقًا للمعايير ASTM E330. ولا ينبغي لنا أن ننسى المناطق الساحلية أيضًا. فالهواء المالح يتسبب في تآكل المعدات مع مرور الوقت، لذا يجب على الشركات المصنعة استخدام مواد خاصة مقاومة للتآكل يمكنها تحمل اختبار الرش الملحّي وفقًا للمعيار ASTM G154 إذا أرادوا أن تدوم تركيباتهم لعدة مواسم دون أن تفشل.

تجعل القواعد المتعلقة بالاتصال بشبكات المرافق الأمور أكثر تعقيدًا بالنسبة للمطورين. عندما تتجاوز المشاريع ميجاواطًا واحدًا، فإنها عادةً ما تحتاج إلى الامتثال لمعايير IEEE 1547-2018 فيما يتعلق باستقرار الشبكة. هذه المتطلبات تؤثر فعليًا في كيفية تصميم الأنظمة والمكونات التي يتم اختيارها في النهاية. وبالحديث عن خيارات التصميم، فإن آليات الميل القابلة للتعديل والتي تتراوح بين 15 و30 درجة ليست مجرد إضافة مرغوبة. بل إنها تُعدّ مهمة فعلاً عند حساب ائتمانات السعة الإقليمية، خاصةً في المناطق التي تخدمها أسواق PJM. ولنكن صريحين، لا أحد يريد أن يعلق مشروعه في حالة عدم اليقين. أظهرت دراسة حديثة أجرتها NREL في عام 2023 مدى خطورة مشكلة الامتثال، حيث واجه حوالي ربع جميع تركيبات الألواح الشمسية التجارية تأخيرات كبيرة في الحصول على التصاريح العام الماضي، وانتظر البعض أكثر من ستة أشهر فقط بسبب عدم توافق تصاميم التثبيت الخاصة بهم مع المعايير المطلوبة.

الأبعاد الهندسية الأساسية للأنظمة المخصصة لتثبيت الألواح الشمسية

تحسين الميل والاتجاه والارتفاع لتحقيق أقصى عائد طاقي وسهولة الوصول للصيانة

يعتمد تحقيق أقصى إنتاجية طاقية على دقة الميل والاتجاه والتباعد. فالمصفوفات المواجهة للجنوب والمثبتة بزوايا ميل مُحسّنة وفقًا لخط العرض تُنتج طاقة أكثر بنسبة 15–25% مقارنةً بالنظم المثبتة بشكل مسطح. ويمكن أن تزيد آليات الميل القابلة للتعديل من الإنتاج الموسمي дополнительно بنسبة 5–10%.

يساعد الحصول على المسافة الصحيحة بين الصفوف في تجنب ظل كل لوحة على الأخرى، مع السماح في الوقت نفسه بمرور الهواء حولها للتبريد الطبيعي. ويحتاج الفنيون أيضًا إلى مساحة كافية للعمل بأمان. يهدف معظم المُثبّتين إلى ترك مسافة لا تقل عن 18 بوصة من الأرض لترك مجال لتنظيف المنطقة الموجودة أسفل الألواح وإجراء أعمال الصيانة الدورية. وتتيح برامج متقدمة الآن للمهندسين تحديد الأماكن التي سيقع عليها الظل بدقة طوال اليوم استنادًا إلى التضاريس المحلية وأنماط حركة الشمس. وعند أخذ الظروف الفعلية للرياح في الموقع المحدد بعين الاعتبار، فإن الهياكل المرتفعة عن سطح الأرض يمكنها تحمل رياح قوية جدًا، تصل أحيانًا إلى 130 ميلًا في الساعة، مع الحفاظ على كفاءتها دون تغيير. ويجعل هذا النوع من التخطيط الدقيق فرقًا كبيرًا في موثوقية النظام على المدى الطويل.

اختيار المواد: الألومنيوم مقابل الفولاذ، ومقاومة التآكل، والعمر الافتراضي في البيئات التجارية

يؤثر اختيار المادة بشكل مباشر على المتانة والتكلفة والملاءمة. يوفر الألومنيوم مقاومة ممتازة للتآكل ويكون أخف بنسبة 40٪ من الفولاذ، مما يجعله مثاليًا لإعادة تجهيز الأسطح القديمة ذات السعة التحميلية المحدودة. وعلى الرغم من كونه أكثر تكلفة في البداية، إلا أن الألومنيوم لا يتطلب طلاءات واقية وغالبًا ما يستمر لأكثر من 30 عامًا.

يوفر الفولاذ المجلفن قوة فائقة بتكلفة أولية أقل، مما يجعله مناسبًا جدًا للأنظمة المثبتة على الأرض في المناطق شديدة الرياح أو ذات تساقط الثلوج الكثيف. ومع ذلك، فإن عمره الطويل — الذي يصل عادةً إلى أكثر من 25 عامًا — يعتمد على عملية الجلفنة بالغمس الساخن المناسبة وطبقات الطلاء من الفئة C5 في البيئات العدوانية. وتُحقق كلا المادتين معايير السلامة UL 2703 عند تصميمها بشكل صحيح.

التكامل التصميمي حسب الموقع لضمان أداء موثوق لأنظمة تركيب الألواح الشمسية

نوع السطح، وعمره، واستراتيجية التثبيت (بالوزن، أو الاختراق، أو هجين)

يجب أن يتماشى نهج التثبيت مع نوع السقف وعمره وحالته الهيكلية. توفر أقواس التثبيت المخترقة استقرارًا قويًا، ولكن قد تتطلب تعزيزًا في حالة الأسقف القديمة أو تقييمات للتوافق مع الأغشية ذات الطبقة الواحدة. أما الأنظمة الموزونة فتتجنب الاختراقات تمامًا، وتعتمد على توزيع محسوب للوزن، وهي مناسبة بشكل مثالي للأسقف المسطحة الجديدة والمتينة هيكليًا.

تجمع الأنظمة الهجينة بين اختراقات محدودة والتوزين لتحقيق توازن في توزيع الحمولة عند التحديثات المعقدة، مثل المستودعات القديمة. تضمن هذه الاستراتيجيات المصممة خصيصًا السلامة الهيكلية مع الاستفادة القصوى من المساحة القابلة للاستخدام على السطح.

التكيف مع العوائق والظل والتضاريس وقدرة تحمل التربة

تتطلب الأنظمة المثبتة على الأرض تحليلًا مفصّلًا للموقع للتغلب على المتغيرات البيئية. وتوجه عمليات محاكاة الظل وضع الألواح حول الفتحات أو المعدات أو الهياكل القريبة للحفاظ على إنتاج طاقة ثابت. وفي التضاريس غير المنتظمة، يتم تعديل زاوية الميل والمسافات بين الصفوف لمتابعة شكل التضاريس مع تقليل تكاليف التعديلات الأرضية.

في الأساسات المعتمدة على التربة، تحدد اختبارات قدرة التحمل الحاجة إلى كيخوت مسحوبة أو مرساة لولبية—خاصة في التربة الرخوة أو المتغيرة. وتُدمج طرق الوصول للصيانة في التصميم العام لضمان إمكانية الخدمة طويلة الأمد دون تعطيل العمليات.