مقایسه جامع استراکچرهای پنل خورشیدی: سقفی، زمینی یا ردیاب – کدام ساختار برای شما مناسب‌تر است؟

سیستم‌های خورشیدی تنها از پنل و تجهیزات الکتریکی تشکیل نشده‌اند؛ یکی از بخش‌های حیاتی هر نیروگاه خورشیدی یا حتی سامانه کوچک خانگی، استراکچر پنل خورشیدی (سازه نگهدارنده پنل) است. این ساختار وظیفه دارد پنل‌های خورشیدی را در موقعیت و زاویه مطلوب نسبت به خورشید ثابت نگه دارد و معمولا از جنس فولاد گالوانیزه یا آلومینیوم ساخته می‌شود. انتخاب نوع استراکچر و پایه پنل خورشیدی مناسب تأثیر مستقیمی بر بازدهی انرژی تولیدی، ایمنی، طول عمر سیستم و حتی زیبایی بصری پروژه دارد. اما سؤال مهم اینجاست: برای نصب پنل‌ها، سازه خورشیدی سقفی بهتر است یا زمینی ثابت؟ و آیا سرمایه‌گذاری روی سیستم‌های ردیاب خورشیدی (متعاقب‌کننده خورشید) توجیه‌پذیر است؟ در این مقاله به طور جامع سه گزینه اصلی نصب پنل را مقایسه می‌کنیم – نصب روی سقف، نصب روی زمین و بهره‌گیری از ردیاب خورشیدی – تا مشخص شود هر کدام برای چه شرایطی مناسب‌تر هستند. همچنین در ادامه به مهم‌ترین تجهیزات و قطعات مرتبط با سازه‌های خورشیدی (از جمله پروفیل‌های معروف سی‌چنل، کلمپ‌ها، پایه‌ها و اتصالات) خواهیم پرداخت و نکات فنی هر یک را بیان می‌کنیم.

مروری سریع بر تفاوت‌ها (جدول مقایسه)

برای شروع، در جدول زیر نگاهی سریع به تفاوت‌های کلیدی میان استراکچر سقفی، زمینی و ردیاب خورشیدی انداخته‌ایم:

استراکچر خورشیدی سقفی – بهره‌گیری از فضای بلااستفاده سقف‌ها

در نصب سقفی، پنل‌های خورشیدی بر روی بام ساختمان‌ها و سازه‌ها نصب می‌شوند. این روش با استفاده از فضای بلااستفاده بالای سقف، بهره‌وری فضایی بالایی ایجاد می‌کند و نیازی به اشغال زمین ندارد. سازه خورشیدی سقفی می‌تواند به صورت موازی با شیب سقف (نصب فلاش) یا با استفاده از پایه‌های شیبدار مخصوص روی سقف تخت اجرا شود. در هر حالت، ضروری است که استحکام سازه سقف و ظرفیت تحمل بار آن (شامل وزن پنل‌ها و نیروی باد) بررسی شود. استفاده از استراکچر پنل خورشیدی سقفی به طور معمول در سیستم‌های خانگی و تجاری کوچک تا متوسط دیده می‌شود، جایی که سقف ساختمان محل مناسبی برای تولید برق خورشیدی فراهم می‌آورد.

مزایا: نصب پنل به صورت سقفی مزایای متعددی دارد:

• عدم نیاز به زمین اضافه: از آنجا که پنل‌ها روی بام نصب می‌شوند، نیازی به فضای زمینی مجزا نیست و برای محیط‌های شهری یا مکان‌هایی با کمبود زمین ایده‌آل است.
• کاهش هزینه ساختاری: سازه‌ی سقف خود به عنوان بستر نصب عمل می‌کند و هزینه کمتری نسبت به ساخت فریم‌های مستقل زمینی دارد. همچنین بهره‌گیری از سازه موجود باعث می‌شود برخی هزینه‌های فونداسیون حذف شوند.
• صرفه‌جویی در هزینه برق: تولید برق خورشیدی در محل مصرف، وابستگی به شبکه برق را کاهش می‌دهد و قبوض برق را به طور محسوسی کم می‌کند. در نتیجه، سرمایه‌گذاری روی استراکچر سقفی می‌تواند طی چند سال از محل صرفه‌جویی هزینه برق مستهلک شود.
• افزایش ارزش ملک: نصب سیستم خورشیدی سقفی می‌تواند ارزش ملک را بالا ببرد، زیرا وجود انرژی پاک و کاهش هزینه‌های جاری برای ملک یک مزیت به شمار می‌آید.

معایب: در کنار مزایا، استراکچرهای سقفی با چالش‌هایی نیز همراهند:

• وابستگی به شرایط ساختمان: استحکام و طراحی سقف تعیین‌کننده امکان نصب پنل است. سقف‌های ضعیف یا قدیمی شاید نتوانند وزن سازه و پنل‌ها را تحمل کنند و نیاز به تقویت سازه‌ای داشته باشند. همچنین برای نصب روی سقف‌های شیروانی یا سفالی باید دقت شود که سقف آسیب نبیند.
• زاویه و جهت محدود: جهت جغرافیایی و شیب ثابت سقف ممکن است همیشه ایده‌آل‌ترین حالت برای جذب نور خورشید نباشد. اگر سقف جنوبی (در نیم‌کره شمالی) نباشد یا شیب نامناسبی داشته باشد، راندمان پنل‌ها کمتر از حد مطلوب خواهد بود. هرچند می‌توان با پایه‌های قابل‌تنظیم تا حدی زاویه را اصلاح کرد، اما کلیت شرایط سقف حاکم خواهد بود.
• هزینه‌های نصب و عایق‌بندی: نصب پنل روی سقف مستلزم کار در ارتفاع و رعایت نکات ایمنی است که هزینه نصب را افزایش می‌دهد. علاوه بر آن، برای جلوگیری از نفوذ آب از محل اتصالات پایه‌ها، باید عایق‌بندی مناسبی انجام شود تا سقف چکه نکند.
• دسترسی دشوار برای نگهداری: همان‌طور که اشاره شد، تمیزکاری دوره‌ای پنل‌ها یا تعمیرات احتمالی روی پشت‌بام سخت‌تر است و به تجهیزات ایمنی و تجربه کار در ارتفاع نیاز دارد. این موضوع می‌تواند نگهداری را پرهزینه‌تر یا کمتر مورد توجه قرار دهد.

استراکچر خورشیدی زمینی – ساختارهای مستقل روی زمین

در نصب زمینی، پنل‌های خورشیدی بر روی یک سازه‌ی مستقل در فضای باز (روی زمین) نصب می‌شوند. این نوع پایه پنل خورشیدی معمولاً در مزارع خورشیدی، نیروگاه‌های مقیاس بزرگ، زمین‌های بلااستفاده کنار واحدهای صنعتی یا حتی حیاط منازل بزرگ به کار می‌رود. سازه زمینی شامل پایه‌ها، ستون‌ها و ریل‌هایی است که روی یک فونداسیون (معمولاً پایه بتنی یا میله‌های کوبشی در خاک) محکم شده و پنل‌ها روی آن سوار می‌شوند. با این روش، می‌توان تعداد زیادی پنل را در آرایه‌های بزرگ‌تر و با چینش بهینه مستقر کرد. طراحی مهندسی و تحلیل مقاومت خاک برای استراکچرهای زمینی بسیار حائز اهمیت است تا در برابر باد و شرایط جوی مقاوم باشند.

مزایا: سازه‌های خورشیدی زمینی چند مزیت کلیدی دارند:

• قابلیت نصب گسترده و توسعه آسان: در زمین‌های باز می‌توان آرایه‌های وسیع‌تری ایجاد کرد و هر زمان نیاز بود پنل‌های بیشتری افزود. این ویژگی برای نیروگاه‌های در مقیاس صنعتی مهم است که می‌توانند صدها کیلووات یا چند مگاوات پنل را در چند ردیف و ستون نصب کنند.
• تنظیم شیب و جهت بهینه: بر خلاف نصب سقفی که تابع زاویه سقف است، در سازه زمینی می‌توان زاویه شیب پنل‌ها را دقیقاً متناسب با عرض جغرافیایی و فصل تنظیم کرد تا بیشترین تابش جذب شود. همچنین جهت آرایه‌ها را می‌توان دقیقاً رو به جنوب (در نیمکره شمالی) قرار داد که به حداکثرسازی تولید برق کمک می‌کند.
• خنک‌شوندگی و راندمان بهتر: پنل‌های نصب‌شده روی زمین از پشت فضای بازتری دارند و جریان هوا بهتر گردش می‌کند؛ این باعث کاهش دمای پنل‌ها و افزایش بازده عملکردشان می‌شود. تحقیقات نشان داده پنل‌هایی که در دمای پایین‌تر کار می‌کنند راندمان بیشتری نسبت به پنل‌های داغ روی بام دارند.
• سهولت نصب و نگهداری: عملیات نصب بر روی زمین ایمن‌تر و ساده‌تر است (نیاز به کار در ارتفاع نیست) و معمولاً سازه‌های زمینی طراحی ساده‌ای برای مونتاژ سریع دارند. همچنین در زمان بهره‌برداری، تمیزکردن پنل‌ها، بازبینی اتصالات یا تعویض احتمالی تجهیزات به‌راحتی و با دسترسی مستقیم انجام می‌شود.

معایب: در مقابل، برخی معایب و محدودیت‌های سازه‌های زمینی عبارت‌اند از:

• نیاز به فضای کافی: همان‌طور که از نامش پیداست، نصب زمینی احتیاج به عرصه وسیعی دارد و در مکان‌هایی که زمین آزاد محدود است (مثلاً در مناطق شهری متراکم) ممکن است قابل اجرا نباشد. حتی برای یک سیستم کوچک خانگی نیز به چند ده متر مربع فضای آفتاب‌گیر نیاز است که همیشه در دسترس همه نیست.
• هزینه اولیه بالاتر: ساخت یک استراکچر مستقل به مصالح و کار بیشتری نیاز دارد. هزینه پایه‌های فولادی یا آلومینیومی، بتن‌ریزی فونداسیون یا کوبیدن شمع، و نصب سازه در مجموع از نصب سقفی بیشتر تمام می‌شود. از این رو، هزینه اولیه هر کیلووات نیروگاه زمینی معمولاً از نیروگاه‌های سقفی بالاتر است.
• اشغال زمین و اثرات محیطی: بهره‌برداری از قطعه‌ای زمین صرفاً برای تولید برق ممکن است از منظر توسعه زمین توجیه اقتصادی یا اجتماعی نداشته باشد، به‌ویژه در مناطق گران‌قیمت. همچنین در برخی مواقع، آرایه‌های بزرگ خورشیدی ممکن است از نظر زیبایی منظر طبیعی را تحت تأثیر قرار دهند یا مورد انتقاد جوامع محلی قرار گیرند. البته با طراحی مناسب (مثلاً ایجاد فضای سبز در اطراف نیروگاه) می‌توان این اثر را کاهش داد.
• نیاز به مجوز و حفاظت فیزیکی: نصب زمین‌بنیان ممکن است نیازمند اخذ مجوزهای محلی برای تغییر کاربری زمین باشد. علاوه بر این، برای جلوگیری از ورود حیوانات یا افراد متفرقه و حفاظت تجهیزات، اغلب اطراف آرایه‌های زمینی فنس‌کشی می‌شود که خود مستلزم هزینه و ملاحظات اضافه است.

استراکچر خورشیدی ردیاب – حداکثرسازی جذب خورشید با سازه‌های متحرک

سازه‌های ردیاب خورشیدی (Solar Trackers) به سازه‌هایی گفته می‌شود که قادرند زاویه قرارگیری پنل‌های خورشیدی را در طول روز و فصول تغییر دهند تا همواره تقریباً رو به خورشید باشند. این سیستم‌ها معمولاً شامل مکانیزم‌های موتور-گیربکس و کنترل‌کننده‌های هوشمند هستند که بر اساس موقعیت خورشید (و یا سنسورهای نوری) حرکت می‌کنند. ردیاب‌ها می‌توانند یک‌محوره (تنها تغییر زاویه پنل در یک جهت، معمولاً شرق-غرب) یا دومحوره (تغییر در هر دو جهت افقی و عمودی) باشند. ایده اصلی این است که صبح زود پنل‌ها رو به شرق و در غروب رو به غرب متمایل شوند و در میانه روز نیز زاویه tilt را متناسب با ارتفاع خورشید تنظیم کنند؛ بدین ترتیب تابش خورشید همیشه تقریباً عمود بر سطح پنل خواهد بود.

مزایا: مزیت اصلی یک استراکچر خورشیدی ردیاب افزایش چشمگیر انرژی تولیدی است. چون پنل‌ها در تمام روز و طول سال در بهترین زاویه نسبت به خورشید قرار می‌گیرند، نیروگاه خورشیدی مجهز به ردیاب می‌تواند حدود ۱۰٪ تا ۳۰٪ برق بیشتری نسبت به آرایه ثابت تولید کند. این میزان بسته به نوع ردیاب متغیر است؛ سیستم‌های یک‌محوره معمولاً ۱۵–۲۰٪ افزایش بازده دارند و ردیاب‌های دومحوره حتی تا ۳۰٪ یا بیشتر هم راندمان را بالا می‌برند. به عنوان مثال، در یک نیروگاه خورشیدی ۱ مگاواتی ثابت، افزودن مکانیزم تعقیب‌کننده خورشید می‌تواند تولید سالانه انرژی را معادل نیروگاهی با ظرفیت ~۱.۳ مگاوات ثابت کند که اختلاف قابل توجهی است. دیگر مزایای ردیاب‌ها عبارت‌اند از:

• بهره‌وری حداکثری فضای زمین: در پروژه‌هایی که زمین ارزشمند است و می‌خواهیم از حداقل مساحت بیشترین انرژی را بگیریم، تراکرها گزینه مطلوبی هستند. چون هر کیلووات پنل روی تراکر خروجی بیشتری نسبت به همان کیلووات روی سازه ثابت دارد، می‌توان برای رسیدن به تولید مشخص، پنل‌های کمتری نصب کرد.
• انعطاف در طراحی و کاربردهای خاص: برخی طرح‌های خاص مانند اسمارت‌فلاور (SmartFlower) که یک ردیاب خورشیدی دومحوره به شکل گل است، برای کاربردهای خانگی لوکس طراحی شده‌اند و علاوه بر تولید برق، از نظر زیبایی‌شناسی نیز جالب توجه‌اند. هرچند هزینه چنین سیستم‌هایی بالاست، نشان‌دهنده انعطاف فناوری ردیاب برای کاربردهای گوناگون (مثلاً مجسمه‌های خورشیدی هنری در میادین شهر) است.
• کاهش اثرات سایه و یکنواختی تولید: سیستم‌های ردیاب پیشرفته مجهز به الگوریتم‌های پارک پنل هستند؛ مثلاً در سرعت باد بسیار زیاد پنل‌ها را به حالت افقی (کمترین مقاومت در برابر باد) می‌خوابانند یا در صورت تشخیص سایه موقت، اندکی زاویه را تغییر می‌دهند تا تولید افت نکند. همچنین تعقیب خورشید باعث می‌شود تولید انرژی در ساعات آغازین صبح و نزدیک غروب (زمان‌هایی که پنل ثابت راندمان اندکی دارد) افزایش یابد و منحنی تولید روزانه نیروگاه یکنواخت‌تر و طولانی‌تر شود.

معایب: با وجود مزایای جذاب، استفاده از تراکرهای خورشیدی معایبی نیز دارد:

• هزینه سرمایه‌گذاری اولیه بالا: اولین مانع بزرگ، قیمت بالاتر این سیستم‌هاست. یک سازه ردیاب به ازای هر کیلووات پنل به‌مراتب گران‌تر از سازه ثابت است، زیرا علاوه بر اجزای اصلی سازه، شامل موتورها، سنسورها، کنترلرها و قطعات متحرک می‌شود. برآوردها نشان می‌دهد افزودن ردیاب ممکن است ۲۰–۳۰٪ هزینه سرمایه‌گذاری اولیه را افزایش دهد و این موضوع زمان بازگشت سرمایه را طولانی‌تر می‌کند. از این رو، معمولاً تراکرها زمانی توصیه می‌شوند که کاهش هزینه پنل (در اثر نیاز به تعداد کمتر پنل برای تولید مشخص) یا افزایش تولید انرژی، هزینه خود ردیاب را توجیه اقتصادی کند.
• پیچیدگی و نیاز به نگهداری مداوم: سازه‌های متحرک طبیعتاً نسبت به سازه‌های ثابت قطعات بیشتر و پیچیده‌تری دارند که مستعد خرابی یا نیازمند سرویس دوره‌ای هستند. موتورها باید به‌طور منظم بازبینی و روغن‌کاری شوند، سنسورهای نوری ممکن است کالیبره‌کردن دوره‌ای نیاز داشته باشند و سیستم کنترل باید در برابر اختلالات الکتریکی محافظت شود. این موارد همگی هزینه‌های عملیاتی و نگهداری را افزایش می‌دهد. در صورت خرابی سامانه ردیاب، ممکن است کل آرایه پنل‌ها در زاویه نامناسب قفل شود و تا زمان تعمیر، تولید نیروگاه کاهش یابد.
• ریسک‌های مکانیکی و عوامل محیطی: ورود اجزای متحرک به سازه ریسک‌های جدیدی ایجاد می‌کند. برای مثال در مناطق بادخیز، احتمال آسیب‌دیدن موتورها یا مکانیزم حرکت در تندبادها وجود دارد و نیاز است تراکر دارای سیستم توقف در برابر باد شدید باشد. در دماهای بسیار پایین، گریس مکانیکی ممکن است دچار مشکل شود یا در مناطق بسیار گردوخاکی، ذرات باعث گیر کردن قطعات متحرک شوند. به طور کلی استراکچر ردیاب خورشیدی برای همه اقلیم‌ها مناسب نیست و در شرایط جوی ملایم بهترین عملکرد را دارد.
• مصرف توان خودسامانه: هرچند مقدار مصرف برق موتورها و کنترلر در برابر تولید کل نیروگاه اندک است، اما به هر حال بخشی از انرژی تولیدی صرف چرخاندن پنل‌ها می‌شود. این اتلاف باید در تحلیل‌های اقتصادی لحاظ شود (اصطلاحاً مصرف انگلی سامانه).

مناسب‌ترین کاربرد: با توجه به نکات بالا، ردیاب‌های خورشیدی بیشتر در پروژه‌های بزرگ و تجاری معنا پیدا می‌کنند که حداکثرگیری از انرژی خورشید هدف اصلی است و بتوان هزینه‌ها را در مقیاس وسیع توجیه کرد. برای سیستم‌های کوچک خانگی، پیچیدگی و هزینه اضافی تراکر معمولاً صرفه اقتصادی ندارد و همان افزایش تعداد چند پنل ثابت می‌تواند انرژی مشابهی تولید کند. به طور خلاصه، هر گاه زمین کافی ولی محدودیت بودجه وجود دارد، سازه‌های زمینی ثابت گزینه مناسب‌تری هستند؛ اما اگر زمین بسیار محدود ولی بودجه کافی و اهداف بهره‌وری بالا مدنظر باشد، تراکرها می‌توانند انتخاب شوند.

کدام ساختار برای شما مناسب‌تر است؟

همان‌طور که دیدیم، انتخاب بین استراکچر سقفی، زمینی یا ردیاب بستگی مستقیمی به شرایط پروژه و اولویت‌های شما دارد. به طور کلی: برای منازل مسکونی و کسب‌وکارهای کوچک که سقف مناسب و بدون مانع دارند، سازه سقفی ارزان‌تر و بی‌دردسرتر است. برای پروژه‌های بزرگ‌تر یا مکان‌هایی با زمین فراوان (مانند مزارع خورشیدی)، سازه زمینی امکان نصب پنل‌های بیشتر و تنظیمات دقیق‌تر را فراهم می‌کند و گزینه ارجح است. سیستم‌های ردیاب خورشیدی نیز زمانی مطرح می‌شوند که هدف، بیشینه‌سازی تولید در فضای محدود یا پروژه‌های نیروگاهی بزرگ باشد که افزایش ۲۰–۳۰ درصدی تولید، سودآوری چشمگیری ایجاد می‌کند. در نهایت توصیه می‌شود پیش از تصمیم‌گیری نهایی، با یک متخصص طراحی سازه خورشیدی مشورت کنید تا بر اساس شرایط سایت شما (مساحت و استحکام سقف یا زمین، زاویه تابش، سرعت باد منطقه و بودجه) مناسب‌ترین گزینه را پیشنهاد دهد.

تجهیزات ضروری برای نصب استراکچرهای پنل خورشیدی

پس از انتخاب نوع ساختار، گام بعدی تهیه تجهیزات و اجزای باکیفیت برای اجرای آن است. استراکچرهای خورشیدی مجموعه‌ای از پروفیل‌ها، اتصالات و یراق‌آلات مخصوص دارند که به طور استاندارد برای نصب پنل‌ها طراحی شده‌اند. استفاده از قطعات مناسب و استاندارد بسیار مهم است، زیرا هرگونه ضعف در این اجزا می‌تواند استحکام کل سازه را به خطر اندازد. در ادامه، به معرفی مهم‌ترین اجزای تشکیل‌دهنده سازه‌های خورشیدی – که فروشگاه پروسازه نیز مجموعه متنوعی از آنها را عرضه می‌کند – می‌پردازیم:

پروفیل‌های سی‌چنل ۴۱۴۱ و ۴۱۲۱ – اسکلت اصلی سازه خورشیدی

تصویر: نمونه پروفیل‌های فولادی سی‌چنل گالوانیزه مورد استفاده در سازه‌های خورشیدی – چپ: مقطع ۴۱×۴۱ سنگین، راست: مقطع ۴۱×۲۱ سبک‌تر

پروفیل سی‌چنل (Strut Channel) رایج‌ترین پروفیل فلزی به عنوان پایه و تیرک در استراکچرهای خورشیدی است. این مقاطع فلزی دارای سطح مقطع به شکل “U” یا “C” هستند که دو لبه آن برای افزایش استحکام خم شده و معمولاً در بدنه خود نیز سوراخ‌های متعددی برای اتصال پیچ و مهره دارند. پروفیل‌های سی‌چنل از فولاد مقاوم (معمولاً فولاد ساختمانی ST37) ساخته می‌شوند و جهت جلوگیری از زنگ‌زدگی، با روش گالوانیزه گرم پوشش‌دهی می‌گردند. دو سایز پرکاربرد سی‌چنل در صنعت برق و خورشیدی، سایز ۴۱×۴۱ میلی‌متر و ۴۱×۲۱ میلی‌متر است که هر دو در طول‌های متنوع تولید و عرضه می‌شوند.

پروفیل ۴۱×۴۱ (تیپ سنگین): این پروفیل که عرض و ارتفاع آن هر دو ۴۱ میلی‌متر است، به دلیل ابعاد بزرگ‌تر و دیواره‌های تقویت‌شده توان تحمل بار بسیار بالایی دارد. در سازه‌های خورشیدی، پروفیل ۴۱×۴۱ معمولاً به عنوان عضو اصلی قاب استفاده می‌شود – به عنوان مثال، ستون‌های عمودی سازه یا ریل‌های افقی طولی که چندین پنل را نگه می‌دارند از این نوع انتخاب می‌شوند. استحکام خمشی و پیچشی بالای آن موجب می‌شود در پروژه‌های بزرگ (مثل نیروگاه‌های چندصد کیلووات به بالا) بتوان اطمینان داشت که سازه تحت بار باد و وزن پنل‌ها دچار خمش یا شکست نمی‌شود. به عنوان نمونه، در یک سایه‌بان پارکینگ خورشیدی یا استراکچر نیروگاه متصل به شبکه، پروفیل ۴۱×۴۱ به عنوان تیرک اصلی مقاومت کافی را تضمین می‌کند. وزن و قیمت این تیپ پروفیل بیشتر از انواع سبک‌تر است، اما در برابر نیروهای مکانیکی شدید دوام فوق‌العاده‌ای دارد.

پروفیل ۴۱×۲۱ (تیپ نیمه‌سنگین): این مقطع ارتفاعی نصف نوع قبلی دارد (ارتفاع ۲۱ میلی‌متر و عرض ۴۱ میلی‌متر) و با نام تیپ G نیز شناخته می‌شود. پروفیل ۴۱×۲۱ سبک‌تر و کم‌حجم‌تر بوده و برای بسیاری از کاربردهای خورشیدی و صنعتی کافی است. هرچند ظرفیت تحمل بار کمتری نسبت به ۴۱×۴۱ دارد، اما در پروژه‌های کوچک‌تر یا بخش‌های فرعی سازه می‌توان با اطمینان از آن بهره برد. برای مثال در یک سامانه ۵ کیلووات خانگی، ریل‌های زیر هر ردیف پنل را می‌توان از پروفیل ۴۱×۲۱ انتخاب کرد تا هم وزن کمتری به سقف وارد شود و هم هزینه تمام‌شده کاهش یابد. نصب و حمل این پروفیل آسان‌تر بوده و به دلیل قیمت مقرون‌به‌صرفه، در بازار بسیار پرطرفدار است. انتخاب بین پروفیل سنگین یا نیمه‌سنگین وابسته به طراحی مهندسی سازه و شرایط بارگذاری پروژه است؛ در بسیاری موارد ترکیبی از هر دو به‌کار می‌رود (مثلاً ستون‌ها ۴۱×۴۱ و تیرهای فرعی ۴۱×۲۱).

کلمپ‌ها – گیره‌های نگهدارنده پنل خورشیدی

از مهم‌ترین قطعات نصب پنل‌های خورشیدی روی سازه، انواع کلمپ (Clamp) هستند. کلمپ‌ها قطعات فلزی کوچکی (اغلب از آلومینیوم آنودایزشده یا فولاد گالوانیزه) هستند که پنل خورشیدی را به پروفیل پشتیبان محکم می‌کنند. طراحی کلمپ‌ها به گونه‌ای است که لبه پنل خورشیدی را گرفته و با پیچ و مهره به ریل یا پروفیل سی‌چنل متصل می‌شوند. بدین ترتیب بدون نیاز به سوراخ‌کاری قاب پنل، ماژول خورشیدی مهار شده و در برابر باد و تکان‌های احتمالی تثبیت می‌گردد.

تصویر: چند نمونه از انواع کلمپ‌ها و اتصالات آلومینیومی برای پنل خورشیدی (محصولات برند سی‌چنل ارائه‌شده در فروشگاه پروسازه)

کلمپ‌ها به طور کلی در دو نوع اصلی به کار می‌روند:

• کلمپ میانی: همان‌طور که از نامش پیداست بین دو پنل مجاور قرار می‌گیرد و به طور همزمان لبه پایانی دو پنل کنارهم را روی ریل نگه می‌دارد. هر کلمپ میانی معمولا یک قطعه آلومینیومی U شکل است که توسط یک پیچ و مهره به شکاف پروفیل متصل می‌شود. ارتفاع کلمپ میانی متناسب با ضخامت پنل‌ها انتخاب می‌شود (مثلاً برای پنل‌هایی با فریم ۳۵ میلی‌متری، کلمپ میانی باید همین سایز را مهار کند). این قطعه کمک می‌کند یک ردیف پنل به صورت پیوسته و محکم روی سازه نصب شود.
• کلمپ انتهایی: در انتهای ردیف پنل‌ها استفاده می‌شود و لبه آزاد آخرین پنل را به ریل محکم می‌کند. شکل آن شبیه کلمپ میانی است ولی از یک سمت تخت است تا لبه بیرونی پنل را نگه دارد. کلمپ‌های انتهایی نیز بر اساس ضخامت فریم پنل انتخاب می‌شوند (مثلاً کلمپ انتهایی ۳۵ میلی‌متری).

علاوه بر این‌ها، بسته به طراحی سازه ممکن است انواع دیگری از بست‌ها و گیره‌ها هم استفاده شود. برای مثال کلمپ سرستون پنل خورشیدی قطعه‌ای است که در محل اتصال ریل افقی به ستون عمودی کاربرد دارد؛ این کلمپ به بالای ستون پیچ شده و ریل را دربر می‌گیرد و محکم می‌کند. یا در سازه‌های خاص، گیره‌های کنج برای نگه داشتن گوشه‌های پنل در چینش‌های غیرمتعارف به کار می‌روند. نکته مهم درباره همه کلمپ‌ها کیفیت ساخت و جنس آنهاست – کلمپ‌های آلومینیومی آنودایز شده به دلیل مقاومت در برابر خوردگی و وزن سبک، انتخاب بهتری نسبت به فولاد خام هستند. استفاده از کلمپ با طراحی استاندارد تضمین می‌کند که فشار وارد بر شیشه پنل یکنواخت بوده و به قاب پنل آسیبی نمی‌رسد. همچنین باز و بسته کردن کلمپ‌های مرغوب به سادگی ممکن است و این در مواقع تعمیر یا تعویض پنل بسیار مفید خواهد بود.

پایه‌ها و اتصالات صفحه‌ای – بیس‌پلیت، پلیت میانی و صفحات اتصال

هر سازه خورشیدی بر روی نقاط پایه‌ای به زمین، بام یا سازه اصلی متصل می‌شود. این وظیفه بر عهده بیس‌پلیت‌ها و سایر پلیت‌های اتصال است. بیس‌پلیت (Base Plate) صفحه فلزی نسبتاً ضخیمی (اغلب فولادی با پوشش گالوانیزه گرم) است که به عنوان صفحه اتصال سازه پنل خورشیدی به فونداسیون یا سقف عمل می‌کند. بیس‌پلیت‌ها بسته به طراحی سازه، شکل‌ها و ابعاد متنوعی دارند اما معمولاً دارای چند سوراخ برای پیچ شدن به زمین/سقف و چند سوراخ برای پیچ کردن پروفیل عمودی هستند. مثلا بیس‌پلیت یک سازه زمینی می‌تواند مربعی با چهار سوراخ گوشه برای رول‌بولت شدن به بتن و دو سوراخ وسط برای اتصال پروفیل ۴۱×۴۱ باشد. این صفحات نقش بسیار مهمی در پخش نیرو دارند: وزن کل پنل‌ها و نیروهای باد از طریق بیس‌پلیت به سطح بزرگ‌تری از زمین یا سقف توزیع می‌شود تا از تمرکز تنش در یک نقطه و کنده‌شدن پایه جلوگیری گردد.

علاوه بر بیس‌پلیت‌ها، پلیت میانی پنل خورشیدی و صفحات رابط دیگری نیز در ساختار استفاده می‌شود. پلیت میانی معمولاً به صفحه‌های اتصال‌دهنده دو پروفیل به یکدیگر گفته می‌شود؛ به عنوان مثال وقتی طول ریل‌های حامل پنل از یک شاخه پروفیل بیشتر شود، برای اتصال دو پروفیل به صورت سر به سر از یک صفحه‌ی تخت مستطیلی با چند سوراخ (اسپلیس) استفاده می‌کنند که هر دو پروفیل را به هم پیچ کرده و محکم کند. این قطعه را می‌توان اسپلیس‌پلیت یا پلیت میان‌ریل نامید. همچنین در سازه‌های مثلثی (برای تنظیم زاویه در سازه زمینی) ممکن است از گوشه‌پلیت‌ها یا نبشی‌های تخت استفاده شود تا دو پروفیل را با زاویه ۳۰ یا ۴۵ درجه به هم متصل کنند. به طور کلی هر جا دو المان سازه‌ای نیاز به اتصال داشته باشند و مستقیماً به هم پیچ نشوند، یک صفحه یا براکت اتصال فلزی به کار می‌رود.

تصویر: نمای نزدیک از چند نوع صفحه و نبشی اتصال‌دهنده در سازه‌های خورشیدی – شامل بیس‌پلیت (پایه ستون)، نبشی L و صفحه اسپلیس ریل

در انتخاب انواع پلیت‌ها و اتصالات صفحه‌ای، کیفیت متریال و روکش اهمیت فوق‌العاده دارد. این قطعات باید توان تحمل تنش‌های بلندمدت را داشته باشند. ضخامت کافی، ابعاد دقیق سوراخ‌ها و پوشش گالوانیزه‌ی سالم از نکاتی است که هنگام خرید باید مدنظر قرار گیرد. وجود خم‌شدگی، ترک یا زنگ‌زدگی در این صفحات می‌تواند کل ساختار را ضعیف کند. خوشبختانه اکثر تولیدکنندگان معتبر (از جمله برند سی‌چنل) پلیت‌ها و براکت‌های خورشیدی را با دقت ابعادی بالا و پوشش‌های ضدزنگ باکیفیت عرضه می‌کنند.

مهره‌های ایزی‌لاک پروانه‌ای – اتصال سریع و محکم پروفیل‌ها

یکی دیگر از اجزای هوشمندانه در سیستم‌های مدرن استراکچر خورشیدی، مهره ایزی‌لاک یا چَنِل‌نان (Channel Nut) است که به نصابان اجازه می‌دهد اتصالات را بسیار سریع‌تر و مطمئن‌تر برقرار کنند. ایزی‌لاک‌ها مهره‌های خاصی هستند که برای پروفیل‌های شیاردار (مانند سی‌چنل ۴۱×۴۱ یا ۴۱×۲۱) طراحی شده‌اند. شکل این مهره به گونه‌ای است که داخل شیار پروفیل رفته و با یک چرخش ۹۰ درجه، در پشت لبه‌های پروفیل قفل می‌شود. سپس پیچ مربوطه از بیرون به آن بسته شده و اتصال کامل می‌گردد. بدین ترتیب، نیازی به سوراخکاری جدید روی پروفیل یا نگه داشتن مهره از پشت آن نیست و یک نفر به‌تنهایی به‌سادگی می‌تواند قطعات را در هر نقطه دلخواه روی طول پروفیل مونتاژ کند.

تصویر: دو نمونه مهره ایزی‌لاک مخصوص پروفیل شیاردار – چپ: نوع مجهز به نگهدارنده پلاستیکی (اصطلاحاً پروانه‌ای)، راست: نوع فنردار

ایزی‌لاک‌ها در انواع مختلفی تولید می‌شوند. دو نوع رایج آنها یکی مدل فنردار است که یک فنر فلزی متصل به مهره، آن را درون شکاف پروفیل در جای خود نگه می‌دارد؛ دیگری مدل پلاستیکی (پروانه‌ای) است که یک قطعه پلاستیکی شبیه باله یا پروانه به مهره متصل شده و همان کار نگه داشتن و قفل کردن را انجام می‌دهد. به هر حال عملکرد همه آنها یکسان است. برای نصب کافیست مهره را داخل شیار قرار داده و بچرخانیم تا لبه‌های داخلی پروفیل را بگیرد، سپس پیچ را از سوراخ قطعه‌ی مدنظر (مثلاً پایه کلمپ یا براکت) عبور داده و به مهره محکم کنیم. استفاده از این روش سرعت نصب را به‌شدت افزایش می‌دهد و امکان تنظیم موقعیت را هم فراهم می‌کند؛ یعنی اگر لازم باشد محل اتصال را چند سانتی‌متر جابجا کنیم، به راحتی پیچ را شل کرده، مهره را سر می‌دهیم و در محل جدید سفت می‌کنیم. مهره‌های ایزی‌لاک در سایز رزوه‌های استاندارد (اغلب M8 و M10) و برای انواع پروفیل (تیپ ۴۱، ۲۱ و …) موجودند تا متناسب با نیاز پروژه انتخاب شوند. این قطعات کوچک با کارایی بزرگی که دارند عملاً جایگزین روش‌های قدیمی اتصال (مثل پیچ و مهره معمولی با گرفتن پشت پروفیل توسط آچارگیر) شده‌اند و نقش مهمی در مدولار بودن سازه‌های خورشیدی ایفا می‌کنند.

هماهنگی اجزا و اهمیت کیفیت آنها

تا اینجا با اجزای اصلی سازه‌های خورشیدی شامل پروفیل‌ها، کلمپ‌ها، پلیت‌ها و مهره‌های ایزی‌لاک آشنا شدیم. تاکید می‌شود که تمام این قطعات باید به صورت یکپارچه و هماهنگ در کنار هم استفاده شوند تا یک استراکچر خورشیدی مستحکم و پایدار حاصل گردد. ضعف در هر بخش می‌تواند کارایی سایر بخش‌ها را نیز تحت‌الشعاع قرار دهد. برای مثال اگر بهترین پروفیل را به کار گیرید اما کلمپ بی‌کیفیت باشد، ممکن است در باد شدید پنل از ریل جدا شود؛ یا اگر پلیت اتصال ضعیف باشد، ممکن است تحت زنگ‌زدگی یا تنش ترک بردارد و کل آرایه را دچار مشکل کند. بنابراین توصیه می‌شود در تأمین تجهیزات سازه خورشیدی، حتماً از تولیدکنندگان و فروشندگان معتبر خرید کنید تا خیال‌تان بابت استاندارد بودن آلیاژ و ساخت این قطعات راحت باشد.

شرکت سی‌چنل و فروش انحصاری محصولات آن در پروسازه

یکی از برندهای پیشرو در زمینه تولید قطعات سازه‌ای سیستم‌های خورشیدی در ایران، شرکت سی‌چنل است. این شرکت به طور تخصصی انواع پروفیل‌های ساپورت مدولار، اتصالات پایه پنل خورشیدی و قطعات جانبی مرتبط را با کیفیت بالا تولید می‌کند. پروفیل‌های گالوانیزه سایز ۴۱×۴۱ و ۴۱×۲۱ سی‌چنل به همراه کلمپ‌های آلومینیومی، بیس‌پلیت‌ها، نبشی‌ها و مهره‌های قفل‌شونده‌ی طراحی‌شده برای آنها، یک پکیج کامل جهت اجرای سازه‌های خورشیدی فراهم ساخته است. دقت ابعادی در ساخت، استفاده از فولاد مرغوب با پوشش روی یکنواخت و کنترل کیفی دقیق از ویژگی‌های بارز محصولات سی‌چنل به شمار می‌رود. به دلیل همین کیفیت و تطابق با استانداردهای صنعت خورشیدی، قطعات این برند در بسیاری از نیروگاه‌های خورشیدی کشور به کار گرفته شده و عملکرد قابل اعتمادی از خود نشان داده‌اند.

فروشگاه اینترنتی پروسازه به عنوان نماینده و عرضه‌کننده انحصاری محصولات سی‌چنل اقدام به فروش استراکچر پنل خورشیدی سی چنل مینماید ، همچنین مجموعه‌ی کاملی از این تجهیزات را با قیمت رقابتی در اختیار مجریان و مشتریان قرار داده است. در بخش استراکچر و پایه پنل خورشیدی وب‌سایت پروسازه، می‌توانید انواع خرید سازه‌های خورشیدی زمینی و سقفی متناسب پروژه‌های خانگی تا نیروگاهی را بیابید. با خرید از تامین‌کننده معتبری چون پروسازه، اطمینان خواهید داشت که تمامی اجزا – از پروفیل گرفته تا کوچک‌ترین پیچ و مهره – دارای استاندارد لازم بوده و سازه نهایی شما سال‌ها بدون مشکل به بهره‌برداری ادامه خواهد داد. برای دریافت مشاوره فنی رایگان و خرید پایه پنل خورشیدی و قطعات موردنیاز آن، می‌توانید با کارشناسان پروسازه تماس بگیرید تا بهترین گزینه را بر اساس نیاز خود تهیه کنید.

در پایان، انرژی خورشیدی زمانی بهینه و پربازده به دست می‌آید که همه اجزای سیستم در کنار هم درست عمل کنند. استراکچرهای خورشیدی به عنوان ستون فقرات یک نیروگاه خانگی یا مزرعه خورشیدی، نقشی تعیین‌کننده در دوام و کارایی آن دارند. با انتخاب هوشمندانه بین سازه سقفی، زمینی یا ردیاب – و به‌کارگیری تجهیزات باکیفیت از تأمین‌کننده‌ای معتبر – می‌توانید از سرمایه‌گذاری خود در انرژی پاک خورشیدی حداکثر بهره را ببرید و سال‌ها از برق رایگان خورشید لذت ببرید.