سازه پنل خورشیدی
نوآوری در اتصالات و پیچ‌ومهره‌های ضدخوردگی در استراکچر پنل خورشیدی
آبان
در هر نیروگاه خورشیدی، استراکچر پنل خورشیدی پایه و اساس پایداری سیستم است.
اما چیزی که اغلب نادیده گرفته می‌شود، اتصالات کوچک اما کلیدی است — همان پیچ‌ها، مهره‌ها و گیره‌هایی که صدها عدد از آن‌ها در هر مگاوات نصب می‌شود.
در طول عمر ۲۵ تا ۳۰ ساله نیروگاه، این قطعات در معرض تابش مداوم خورشید، رطوبت، تغییرات دمایی و تنش مکانیکی قرار دارند.
یک پیچ زنگ‌زده یا شُل‌شده می‌تواند کل ردیف پنل را از تعادل خارج کند و بازده نیروگاه را کاهش دهد.
بنابراین، شناخت و به‌کارگیری اتصالات نوین و ضدخوردگی در استراکچر پنل خورشیدی به یکی از ارکان طراحی مهندسی تبدیل شده است.
۱. اهمیت اتصالات در عملکرد استراکچر پنل خورشیدی
اتصالات، پل ارتباطی بین اجزای مختلف سازه هستند:
پروفیل‌ها، براکت‌ها، ریل‌ها و فریم پنل‌ها همگی از طریق آن‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند.
اگر اتصال ضعیف باشد:
-
استراکچر در برابر باد تغییر شکل می‌دهد،
-
زاویه نصب پنل‌ها به‌مرور تغییر می‌کند،
-
و مقاومت الکتریکی افزایش یافته، راندمان کاهش می‌یابد.
هر اتصال در استراکچر پنل خورشیدی باید همزمان سه ویژگی داشته باشد:
استحکام مکانیکی، مقاومت خوردگی و پایداری حرارتی.
۲. چالش‌های سنتی در اتصالات استراکچرهای خورشیدی
پیش از ورود فناوری‌های نو، سه چالش اصلی در طراحی اتصالات وجود داشت:
-
خوردگی گالوانیکی بین فلزات ناهمجنس (مثلاً فولاد و آلومینیوم)
-
شل‌شدن پیچ‌ها در اثر تغییر دما و ارتعاش باد
-
زنگ‌زدگی موضعی در نواحی تماس یا جوش‌خورده
این مشکلات در مناطقی با رطوبت بالا یا محیط‌های صنعتی شدیدتر بروز می‌کردند و در نهایت باعث کاهش عمر مفید کل استراکچر می‌شدند.
۳. متریال‌های نوین در اتصالات استراکچر پنل خورشیدی
۳.۱. فولاد ضدزنگ (Stainless Steel 304 / 316)
-
مقاوم در برابر خوردگی و اکسیداسیون تا دمای ۴۰۰°C
-
دارای سطح صیقلی و غیرمتخلخل برای جلوگیری از تجمع رطوبت
-
در نسخه ۳۱۶، حاوی مولیبدن برای مقاومت بالا در مناطق ساحلی
در استراکچر پنل خورشیدی مناطق مرطوب یا ساحلی، استفاده از فولاد ۳۱۶ توصیه می‌شود.
۳.۲. پوشش زینک-نیکل (Zn-Ni Coating)
پوششی پیشرفته با ۱۲–۱۵٪ نیکل که ۵ برابر مقاوم‌تر از گالوانیزه معمولی است.
ویژگی‌ها:
-
مقاومت تا ۱۰۰۰ ساعت در تست اسپری نمک (ASTM B117)
-
چسبندگی بالا به سطح فولاد
-
رنگ نقره‌ای مات و ظاهر زیبا برای نصب‌های نمایان
۳.۳. آلومینیوم آنودایز شده برای گیره‌ها
در برخی طراحی‌ها، به‌ویژه استراکچرهای سقفی، گیره‌های آلومینیومی آنودایز شده به‌کار می‌روند.
این قطعات سبک، مقاوم و عایق گالوانیکی هستند و از تماس مستقیم بین آلومینیوم پنل و فولاد سازه جلوگیری می‌کنند.
۴. نوآوری در طراحی پیچ و مهره‌ها
۴.۱. پیچ‌های قفل‌دار (Locking Bolts)
پیچ‌های دارای رزوه‌ی خودقفل‌شونده یا واشر فنری، مانع از باز شدن اتصالات در اثر ارتعاش باد یا انبساط حرارتی می‌شوند.
این نوع در مناطق بادخیز و نیروگاه‌های بزرگ مقیاس به‌ویژه کاربرد دارد.
۴.۲. پیچ‌های با سر تخت کم‌برجستگی
در طراحی‌های مدرن، برای جلوگیری از سایه و بازتاب ناخواسته نور، از پیچ‌های با سر کم‌برجستگی استفاده می‌شود.
این مورد در استراکچر پنل خورشیدی دوطرفه (Bifacial) اهمیت بالایی دارد تا نور از پشت پنل مسدود نشود.
۴.۳. مهره‌های خودقفل‌شونده با واشر نایلونی (Nyloc Nuts)
این نوع مهره با وجود واشر نایلونی درون رزوه، حتی در ارتعاشات شدید هم باز نمی‌شود و بدون نیاز به چسب یا قفل مکانیکی ثبات دارد.
۵. نقش آب‌بندی و ایزولاسیون در اتصالات
یکی از نقاط ضعف استراکچرهای خورشیدی، نفوذ آب به درون محل تماس پیچ و مهره‌هاست.
برای جلوگیری از آن، از واشرهای لاستیکی EPDM، نایلون یا سیلیکون استفاده می‌شود.
این واشرها باعث می‌شوند:
-
آب و گردوغبار به محل رزوه نفوذ نکند،
-
انبساط حرارتی بین فلزات جبران شود،
-
و مقاومت خوردگی چند برابر گردد.
۶. ترکیب متریال‌های ناهمجنس و خوردگی گالوانیکی
در استراکچر پنل خورشیدی معمولاً از ترکیب فولاد گالوانیزه، آلومینیوم و استیل استفاده می‌شود.
اگر این فلزات به‌طور مستقیم به هم متصل شوند، ممکن است پدیده‌ی خوردگی گالوانیکی (Galvanic Corrosion) رخ دهد.
راهکارها:
-
استفاده از واشر پلاستیکی یا تفلونی بین دو فلز
-
یا انتخاب فلزات با پتانسیل الکتروشیمیایی نزدیک به هم (مثلاً آلومینیوم با استیل)
۷. تست‌های کنترل کیفیت اتصالات در کارخانه
پیش از ارسال به محل پروژه، قطعات اتصال باید تست‌های زیر را پشت سر بگذارند:
| تست | استاندارد | هدف |
|---|---|---|
| اسپری نمک (Salt Spray Test) | ASTM B117 | ارزیابی مقاومت خوردگی |
| تست گشتاور (Torque Test) | ISO 898 | بررسی استحکام رزوه و پیچ |
| تست کشش (Tensile Strength) | ISO 3506 | تعیین حد مقاومت نهایی |
| تست سختی سطح | ASTM E18 | بررسی کیفیت عملیات حرارتی |
۸. تجربه‌های واقعی از پروژه‌های خورشیدی
نمونه ۱ – نیروگاه ۵ مگاواتی بوشهر
-
مشکل: خوردگی سریع پیچ‌ها در ۲ سال نخست
-
راهکار: جایگزینی با پیچ‌های زینک-نیکل و واشر EPDM
-
نتیجه: افزایش دوام اتصالات تا بیش از ۷ سال بدون زنگ‌زدگی
نمونه ۲ – نیروگاه ۲ مگاواتی همدان
-
مشکل: شُل شدن پیچ‌ها در زمستان به‌علت انقباض حرارتی
-
راهکار: استفاده از مهره‌های خودقفل‌شونده نایلونی
-
نتیجه: کاهش تعمیرات دوره‌ای تا ۶۰٪
۹. روندهای آینده در اتصالات استراکچر پنل خورشیدی
-
پیچ‌های هوشمند (Smart Bolts) با حسگر گشتاور و هشدار شُل شدن
-
پوشش‌های نانوسرامیکی با خاصیت خودترمیمی در برابر خراش
-
اتصالات بدون پیچ (Snap-Fit Structures) برای نصب سریع در پروژه‌های ماژولار
-
مواد کامپوزیتی مقاوم به UV و رطوبت برای مناطق دریایی
۱۰. نقش اورهان صنعت در به‌کارگیری اتصالات نوین
شرکت اورهان صنعت در طراحی و تولید استراکچر پنل خورشیدی از جدیدترین فناوری‌های اتصال استفاده می‌کند:
-
پیچ و مهره‌های فولاد ضدزنگ با پوشش زینک-نیکل،
-
گیره‌های آلومینیومی آنودایز با ایزولاسیون تفلونی،
-
و اتصالات ماژولار با مونتاژ سریع و بدون جوش.
این رویکرد باعث افزایش عمر مفید سازه تا ۳۰ سال و کاهش هزینه نگهداری سالانه تا ۴۰٪ شده است.
نتیجه‌گیری
اتصالات کوچک اما حیاتی هستند؛ دوام کل استراکچر پنل خورشیدی به سلامت همین اجزای ظریف بستگی دارد.
نوآوری در متریال، طراحی و آب‌بندی پیچ‌ها و مهره‌ها، راه را برای ساخت سازه‌هایی با عمر طولانی‌تر و هزینه نگهداری کمتر هموار کرده است.
در واقع، «استراکچر خوب» فقط به پروفیل محکم محدود نمی‌شود —
اتصالات هوشمند، ضدخوردگی و دقیق، قلب تپنده‌ی هر سازه خورشیدی مدرن هستند.
