ما هو تركيب الطاقة الشمسية الذي يلبي احتياجات تركيب مشاريع BIPV؟

أساسيات تثبيت BIPV: المنطق الهيكلي وأنواع الأنظمة

النظام العصوي مقابل النظام الوحدوي: مسار التحميل، وسرعة التركيب، وعمق دمج BIPV

عندما تُجمَع أنظمة البناء التقليدية قطعة قطعة في موقع العمل، فإنها تُنشئ مسارات تحميل مباشرة تمتد من تلك الألواح الشمسية حتى هيكل الدعم في المبنى. ورغم أن هذا الأسلوب يمنح المُثبِّتين مرونة لإجراء تعديلات تناسب الأسطح غير المنتظمة الشكل، فإنه يستغرق وقتًا أطول بشكل عام – عادةً ما يتراوح بين 30 إلى 40 بالمئة أكثر من استخدام الوحدات الجاهزة. على الجانب الآخر، تأتي الأنظمة الجاهة مُجمَّعة مسبقًا على شكل ألواح كاملة مع جميع مكونات التثبيت مُدمجة. وهذا يقلل من تكاليف العمالة بنسبة تقارب الربع، ويجعل دمج الخلايا الكهروضوئية في المباني أكثر سلاسة، حيث تكون جميع المكونات محكمة الإغلاق ضد العوامل الجوية كوحدة واحدة. أما العيب؟ فالألواح المصنوعة في المصنع توزع الوزن بالتساوي عبر كامل هيكل جسم المبنى، ما يعني أن المصنعين يجب أن يكونوا دقيقين تمامًا في قياساتهم أثناء عملية الإنتاج. وبغض النظر عن النظام المختار، يجب أن يكون كلا النوعين قادرًا على تحمل قوى الرياح الشديدة – أكثر من 144 ميلًا في الساعة في المناطق التي تتأثر بالعواصف الاستوائية بانتظام – بالإضافة إلى مراعاة التمدد والانكماش الطفيف في إطارات الألومنيوم، والذي يبلغ تقريبًا زائد أو ناقص 3 مليمترات لكل متر طولي.

أنظمة الواجهات المدعومة بنقاط ومهواة: تحقيق التوازن بين الجماليات والأداء الحراري وتدفق الهواء في تغليف BIPV

تستند واجهات الدعم النقطي إلى دعامات صغيرة تُمسك بألواح الزجاج الكهروضوئية، مما يُنتج المظهر النظيف الذي يفضله المهندسون المعماريون مع الحفاظ في الوقت نفسه على الشفافية الإنشائية. يترك النظام فجوة تتراوح بين 20 إلى 50 مليمترًا خلف التغطية، وهي فجوة تُحدث فرقًا كبيرًا في الأداء. حيث تنخفض درجات الحرارة السطحية بنحو 14 درجة مئوية بهذه الطريقة، ويحتاج المبنى بشكل عام إلى تبريد أقل بنسبة تقارب 18 بالمئة. كما يستمر تدفق الهواء عبر قنوات مستمرة خلف الألواح، ما يمنع تشكل التكثيف ويُزيل الحرارة الزائدة من الخلايا الشمسية. ويمكن أن يؤدي هذا التهوية الإضافية البسيطة إلى زيادة إنتاج الطاقة بنسبة تتراوح بين 5 و8 بالمئة في المناطق الأكثر حرارة. وتواجه فرق التصميم تحديات كبيرة في تحقيق التوازن بين مدى تمدد المواد نتيجة التغيرات في درجات الحرارة (حوالي زائد أو ناقص 6 مم) وبين جعل العناصر الإنشائية رفيعة قدر الإمكان. وفيما يتعلق بالأطوال التي تزيد عن 1.5 متر، فإن الخيار المعتاد هو استخدام زجاج معزز. ولا ينبغي إغفال إدارة المياه أيضًا. إذ تساعد مسارات التصريف ذات الميل المناسب، مقترنة بالفواصل الشعرية عند المفاصل، في الحفاظ على عزل الجاف دون الإضرار بالمظهر السلس الذي يُعد أمرًا بالغ الأهمية للأنظمة الكهروضوئية المدمجة في المباني المعمارية.

حلول تركيب BIPV المحددة للسقف وتناسب التطبيق

دمج السقف ذو الحواف الواقفة وأنظمة التركيب سهلة الالتصاق للأسقف المنخفضة لأنظمة التسقيف BIPV السلسة

عند تركيب أنظمة الألواح الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV)، يتم تثبيت الوحدات الشمسية مباشرة على طيات السطح المعدني للسقف باستخدام تقنية التثبيت على الطية الواقفة. يُلغي هذا الأسلوب الحاجة إلى الثغرات التي تؤدي إلى تسرب المياه، مما يساعد في الحفاظ على العزل المائي ويزيد من مقاومة النظام للرياح القوية. تعمل هذه التقنية بشكل ممتاز على الأسطح شديدة الانحدار، حيث توفر مظهراً أنيقاً يتماشى مع تصميم المبنى. أما بالنسبة للأسطح المسطحة أو ذات الميل الخفيف، فتوجد خيار آخر يُعرف بتقنية 'النزع والالتصاق' (peel and stick)، والتي تستخدم لاصقات خاصة لتثبيت الألواح الشمسية دون الحاجة إلى الحفر أو التثبيت الميكانيكي التقليدي. ويُشير المقاولون إلى تقليل وقت التركيب بنحو ربع المدة عند استخدام هذه الحلول اللاصقة. علاوةً على ذلك، فإن معظم هذه الأنظمة تأتي مزودة بخصائص تصريف مدمجة تمنع تجمع المياه وتسبب المشكلات. بينما تُعد تقنية الطية الواقفة الأفضل أداءً على الأسطح المعدنية، فإن تقنية النزع والالتصاق تعمل بكفاءة عالية على الأسطح المصنوعة من البيتومين المعدل والمواد المشابهة. وتُحقق كلا الطريقتين أداءً قوياً على المدى الطويل وتساعد المباني على توليد المزيد من الكهرباء بغض النظر عن نوع السقف الموجود.

اختيار المواد وسلامة الغلاف المعماري للأنظمة المثبتة للخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV)

تتطلب أنظمة تركيب الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV) اختيار مواد بشكل استراتيجي للحفاظ على الاستقرار الهيكلي وحماية المبنى من عوامل الطقس، مما يؤثر بشكل مباشر على الكفاءة الطاقوية وطول عمر المبنى.

الألومنيوم مقابل الفولاذ المجلفن: مقاومة التآكل، والتمدد الحراري، والموثوقية طويلة الأمد للأنظمة المدمجة للخلايا الكهروضوئية (BIPV)

يتميز الألومنيوم بقدرته على مقاومة التآكل بفضل الطبقة الواقية من الأكسيد التي تتكوّن بشكل طبيعي. ويجعل هذا من الألومنيوم خيارًا ممتازًا للمناطق القريبة من السواحل أو المناطق ذات الرطوبة العالية حيث تتواجد الهواء المالح والملوثات الأخرى. لكن هناك نقطة مهمة يجب الإشارة إليها، وهي أن المعدن يتمدد بشكل كبير عند تغير درجات الحرارة، حوالي 23 ميكرومتر لكل متر لكل درجة مئوية بالفعل. لذلك، يجب على المُركّبين التأكد من توفير بعض المرونة في أنظمة التركيب الخاصة بهم، وإلا فقد تتعرض الألواح الشمسية لإجهاد خلال أيام الصيف الحارة تليها ليالٍ باردة. أما الفولاذ المجلفن فهو خيار آخر. إذ يكون عادةً أقوى من الناحية الهيكلية ويقل سعره الأولي. ومع ذلك، تصبح صيانة طبقة الزنك أمرًا ضروريًا إذا أردنا منع الصدأ في المناخات القاسية حقًا. وبالحديث عن معدلات التمدد، فإن الفولاذ المجلفن يتمدد فقط حوالي 12 ميكرومتر لكل متر لكل درجة مئوية، وهو ما يُعد كافيًا لأنظمة التركيب في الأماكن التي لا تكون فيها التقلبات الحرارية شديدة. ومن حيث الأداء على المدى الطويل لأكثر من 25 عامًا، تشير العديد من التقارير الميدانية إلى أن تركيبات الألومنيوم تتطلب صيانة أقل بنسبة 30 بالمئة تقريبًا مقارنة بالبدائل في المناطق المعرضة لمشاكل التآكل.

استراتيجيات العزل المائي والصرف والتسليك في واجهات الأنظمة الكهروضوئية المعمارية التبادلية مقابل الواجهات الصلبة

تُدير أنظمة البناء الكهروضوئية التبادلية الرطوبة من خلال فجوات هوائية خلف التغليف:

• تُعيد الفتحات التصريفية والممرات الدقيقة توجيه المياه
• تحventing الأغشية النافذة للبخار تراكم التكاثف
• الرفع الحراري يجفف التجاويف بشكل طبيعي، مما يقلل من خطر ظهور العفن

تعتمد التصاميم الصلبة على ختم مستمر:

• يُنشئ العزل المائي المطبق سائلاً حواجز دون تشوهات
• توفر الحشوات الضاغطة عند الوصلات مرونة لاستيعاب الحركة
• الأحواض المدمجة مع الميل توجه مياه الجريان بعيداً عن المناطق الحرجة

يجب أن تتعامل كلا الطريقتين مع اختراق الأمطار المحمولة بالرياح عند اللحامات — وهي السبب الرئيسي لفشل الغلاف الخارجي أثناء الأحداث الجوية الشديدة.

تطبيقات تركيب BIPV المبتكرة خارج الأسطح القياسية

الواجهات المنحنية، وإعادة تأهيل المباني التاريخية، والأقواس الشمسية: أساليب تركيب مخصصة للتكامل المعقد لأنظمة BIPV

الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني (BIPV) تتجاوز بكثير مجرد تركيب الألواح على الأسطح المسطحة. فأنظمة التثبيت المتخصصة تتيح تركيب التقنيات الشمسية حتى في المباني ذات الأشكال والتصاميم المعقدة. وعند التعامل مع الواجهات المنحنية، يستخدم المُركِّبون سككاً ودعامات مرنة تنحني حول الطراز المعماري مع الحفاظ في الوقت نفسه على المتانة الإنشائية وعلى إنتاج كهربائي جيد. أما بالنسبة للمباني القديمة التي تمر بعملية تجديد، فقد ظهرت اليوم أنظمة مشابك ومُعامد صغيرة تُثبت على الهياكل الموجودة دون إحداث ضرر بالعناصر التاريخية. خذ على سبيل المثال مظلات السيارات الشمسية، فهي لم تعد مجرد هياكل تظليل عادية، بل مولدات طاقة حقيقية تقع فوق مواقف السيارات. وتأتي هذه المظلات مزوَّدة بقنوات تصريف مناسبة لمنع تجمع مياه الأمطار، بالإضافة إلى أطر مقوَّاة تتحمل الرياح العاتية. وكل هذه الحلول المخصصة تعني أن الخلايا الكهروضوئية المدمجة في المباني يمكنها الآن العمل في أماكن لم نتخيلها من قبل. فمدن مثل نيويورك وطوكيو تشهد تحول مرائب السيارات إلى محطات طاقة صغيرة، وتُجرى تحديثات شمسية في المناطق التاريخية دون التأثير على طابعها المميز. كما أصبحت الجدوى الاقتصادية أفضل أيضًا عندما يُنتج أصحاب العقارات طاقتهم النظيفة بأنفسهم مع الاستمرار في خدمة مجتمعاتهم.