لماذا تُفضل حوامل الألمنيوم المبثوقة على حوامل الفولاذ المجلفن لأنظمة الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المملكة العربية السعودية؟

استنادًا إلى خبرة تقارب عقدًا من الزمن في عدد لا يحصى من مشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية في المملكة العربية السعودية، نحن في SH-EXTRUSION، شركة رائدة مصنع هياكل تثبيت الطاقة الشمسية المصنوعة من الألومنيوم وموثوق مورد أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية في الشرق الأوسطأظهرت الدراسات أن سبائك الألومنيوم المبثوقة (مثل 6005-T5) تُفضّل باستمرار على الفولاذ المجلفن لعدة أسباب رئيسية. فمن حيث المبدأ، يتميز الألومنيوم بمقاومته الفطرية للتآكل الناتج عن رذاذ الملح الساحلي والتآكل الكاشط الناجم عن الرمال التي تحملها الرياح. علاوة على ذلك، تُسهّل موصليته الحرارية العالية تبديد الحرارة من وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية، حتى في درجات حرارة محيطة تتجاوز 50 درجة مئوية، مما يُساعد على الحفاظ على كفاءة توليد الطاقة. إضافة إلى ذلك، يُقلّل خفة وزن هياكل الألومنيوم وطبيعتها المعيارية بشكل كبير من تكاليف الأساسات ونفقات العمالة في الموقع، لا سيما عند تركيب الأنظمة على أراضٍ رملية ناعمة.

مع انطلاق مبادرة "رؤية 2030" السعودية التي تدفع النمو الهائل في كل من محطات الطاقة الشمسية العملاقة ومشاريع أسطح المباني التجارية، يواجه المقاولون قرارًا حاسمًا: أي نوع من هياكل تثبيت الألواح الكهروضوئية يختارون؟ في حين أن الفولاذ المجلفن كان تقليديًا خيارًا شائعًا لحوامل الألواح الشمسية، إلا أن الظروف البيئية القاسية للصحراء السعودية تجعل حوامل الألمنيوم خيارًا أكثر ملاءمة. اليوم، تتوفر ألواح عالية الجودة حوامل شمسية من الألومنيوم المبثوق بالجملة و حوامل شمسية من الألومنيوم 6005-T5 وقد برزت كأكثر الخيارات شيوعًا للمواد المستخدمة في أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية في جميع أنحاء المملكة العربية السعودية.

أولاً: كيف يؤثر المناخ المتطرف في المملكة العربية السعودية على هياكل الطاقة الشمسية الكهروضوئية؟

• رياح قوية، وعواصف رملية، و"تأثير القصف الرملي": غالباً ما تشهد المناطق الداخلية - مثل العاصمة الرياض - شامال عواصف رملية تتجاوز سرعة رياحها 100 كم/ساعة. تحمل هذه العواصف جزيئات رمل السيليكا عالية الصلابة، مما يُحدث تأثيرًا قويًا يُشبه "السفع الرملي"، مُؤديًا إلى تآكل سريع لطبقة الزنك الواقية على حوامل الفولاذ المجلفن. في المقابل، تبقى طبقة الأنودة على حوامل سبائك الألومنيوم سليمة تقريبًا دون أن تتأثر بالتأثير الكاشط لهذه الرمال التي تحملها الرياح. للمقاولين الذين يتساءلون كيفية حماية دعامات الألواح الشمسية من العواصف الرملية في المملكة العربية السعوديةإن هذه المادة ذاتية الإصلاح بطبيعتها هي الحل الأمثل.
• التآكل الساحلي الناتج عن رذاذ الملح العالي: في المراكز التجارية الرئيسية على طول ساحل البحر الأحمر، مثل جدة، تتميز البيئة برطوبة عالية مستمرة وتركيزات مرتفعة لأيونات الكلوريد. في ظل هذه الظروف، تكون حوامل الفولاذ المجلفن القياسية عرضة للتآكل السريع، والذي غالبًا ما يبدأ من الحواف المقطوعة أو خطوط اللحام، مما يهدد السلامة الهيكلية وعمر النظام. لذلك، تُعد حوامل الألمنيوم المؤكسد ضرورية لتحمل هذه البيئات الساحلية شديدة التآكل والغنية بالملح، لتكون الحل الأمثل. هياكل تثبيت الألواح الكهروضوئية المقاومة للصدأ للمناطق الساحلية (جدة/الدمام).
• دورات حرارية شديدة ودرجات حرارة عالية للغاية: قد تصل درجات حرارة سطح الأرض في الصحراء السعودية إلى أكثر من 60 درجة مئوية، مصحوبة بتقلبات كبيرة في درجات الحرارة بين الليل والنهار. ويؤدي التمدد والانكماش الحراري الشديد إلى إجهاد هائل على نقاط اتصال الهياكل الفولاذية الصلبة، مما يتسبب في كثير من الأحيان في ظهور تشققات دقيقة؛ وفي الوقت نفسه، تؤدي درجات الحرارة المرتفعة بشكل مباشر إلى انخفاض كبير في كفاءة توليد الطاقة من الألواح الكهروضوئية.
• تأثير التربة الرملية الرخوة على الأساسات: تتميز جيولوجيا المناطق الصحراوية بتربة مفككة، مما يستلزم مقاومة عالية للرفع والانقلاب لأساسات أنظمة التركيب. وغالبًا ما تتطلب أنظمة التركيب الأثقل أساسات خرسانية أعمق وأكبر، وهو أمر مكلف.
• الجفاف الشديد وتلوث الغبار: مع متوسط ​​رطوبة سنوية تقل عن 30%، تتسارع عملية تقادم وتصلب مكونات البوليمر الشائعة، كالبلاستيك والمطاط، بشكل ملحوظ. علاوة على ذلك، يتراكم الرمل والغبار بسرعة على الوحدات؛ وإذا لم يتم تنظيفها فورًا، فقد يؤدي ذلك إلى خسائر في توليد الطاقة خلال فترة وجيزة، مما يستلزم تصميم أنظمة التركيب لتسهيل دمج أنظمة التنظيف الآلية بسلاسة.
  

  توفر أنظمة تركيب الألواح الشمسية المصنوعة من الألومنيوم المبثوق خفيف الوزن والوحداتي أساسات متينة لمشاريع الطاقة الشمسية الكهروضوئية واسعة النطاق في المناخات الصحراوية القاسية في الشرق الأوسط.

ثانيًا: ما هي المزايا السبع الأساسية للألمنيوم المبثوق لـ أنظمة تركيب الطاقة الشمسية?

مقارنة بين حوامل الألواح الشمسية المصنوعة من الألومنيوم والفولاذ المجلفن: فيما يلي شرح مفصل لأسباب تفوق الألمنيوم المبثوق بشكل شامل على الهياكل الفولاذية التقليدية في البيئات الصحراوية.

1. مقاومة متأصلة للتآكل (خاصة ضد الرمال والرياح ورذاذ الملح)

تعتمد حماية الفولاذ المجلفن من التآكل كلياً على طبقة الزنك السطحية؛ فإذا تضررت هذه الطبقة أثناء التركيب (مثلاً، بسبب القطع) أو تآكلت بفعل الرمال التي تحملها الرياح، فإن الطبقة الفولاذية المكشوفة ستتكون عليها طبقة من الصدأ الأحمر بسرعة. وتتسبب عملية الأكسدة هذه في تمدد المادة، مما يؤثر سلباً على سلامة الهيكل ومتانته.

على النقيض من ذلك، يتصرف الألومنيوم بشكل مختلف تمامًا. فبمجرد تعرضه للهواء، يُشكّل على الفور طبقة أكسيد طبيعية كثيفة ومستقرة كيميائيًا على سطحه. تتميز هذه الطبقة بقدرة "الترميم الذاتي" المذهلة: فحتى لو تعرضت للخدش بفعل الرمال أو الحصى، يتفاعل الألومنيوم المكشوف حديثًا تحتها فورًا مع الأكسجين لتجديد الطبقة الواقية، مما يوقف عملية التآكل بشكل فعال. ولمواجهة الظروف البيئية القاسية في المملكة العربية السعودية، توفر قضبان الألومنيوم المعالجة بعملية أنودة عالية السماكة من الدرجة AA25 صلابة سطحية فائقة ومقاومة عالية للتآكل، ولا تتطلب أي صيانة تقريبًا لسنوات عديدة، حتى في المناطق الساحلية والمناطق المعرضة للعواصف الرملية الشديدة، مثل جدة.

2. تصميم خفيف الوزن وقوة عالية

يتميز الألومنيوم بكثافة تبلغ حوالي ثلث كثافة الفولاذ؛ ومع ذلك، من خلال تصميم ذكي للقطاع العرضي ومعالجة حرارية مُقوّية (باستخدام سبائك مثل 6005-T5)، يمكن أن تُضاهي قوة خضوعه -بل وتتجاوز- قوة خضوع الفولاذ الإنشائي القياسي. وهذا يضمن قدرة أنظمة تركيب الألومنيوم على تحمّل أقسى العواصف الرملية السائدة في بيئة الصحراء السعودية بسهولة تامة. وتُعدّ هذه الخاصية، وهي خفة الوزن، بالغة الأهمية عند تصميم... حوامل الطاقة الشمسية التجارية للأسقف المصنوعة من الصفيحلأنه يقلل بشكل كبير من ضغط الأحمال الميتة على هياكل المباني القائمة.

تكاليف الأساس: يساهم خفة وزن الألومنيوم بشكل كبير في تقليل الحمل الإنشائي الواقع على التربة الرملية الرخوة، مما يسمح باستخدام أساسات ركائز أقل عمقًا وأصغر حجمًا. وينعكس ذلك مباشرةً على توفير كبير في التكاليف المتعلقة باستهلاك الخرسانة وعمليات دق الركائز. النقل والتركيب: تستطيع مركبة واحدة استيعاب كمية أكبر من المواد، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في استهلاك الوقود وتكاليف الشحن للنقل لمسافات طويلة عبر التضاريس الصحراوية. كما يتم تسريع عمليات المناولة والتجميع اليدوية في الموقع باستخدام... أنظمة تركيب الطاقة الشمسية المجمعة مسبقًا لتركيب سريعمما لا يتطلب آلات ثقيلة وبالتالي يقلل بشكل فعال من تكاليف العمالة الإجمالية.

3. تبديد حرارة ممتاز

عند البحث عن أفضل هياكل تركيب الألواح الكهروضوئية لتحمل درجات الحرارة العاليةتُعدّ الموصلية الحرارية معيارًا أساسيًا. في ظلّ الحرارة الشديدة وارتفاع درجات الحرارة الصيفية في المملكة العربية السعودية، تميل كفاءة توليد الطاقة من الألواح الكهروضوئية إلى الانخفاض إلى حدٍّ ما مع ارتفاع درجة حرارة تشغيلها. يميل الفولاذ، ذو الموصلية الحرارية المنخفضة نسبيًا، إلى حبس الحرارة على الجزء الخلفي من الألواح. في المقابل، يتميّز سبيكة الألومنيوم بمعامل موصلية حرارية أعلى بثلاث إلى أربع مرات تقريبًا من الفولاذ؛ حيث يعمل نظام التثبيت بأكمله كمشتت حراري ضخم، ينقل الحرارة بسرعة ويبددها في الهواء المحيط. عند دمجه مع تصميم هيكلي مُحسّن يُعزّز حركة الهواء خلف الألواح، تُخفّض حوامل الألومنيوم درجات حرارة تشغيل الألواح بشكل فعّال، وهي ميزة تُترجم إلى مكاسب ملموسة في إنتاج الطاقة خلال موسم الحرّ الطويل في المملكة العربية السعودية.

4. خصائص التمدد الحراري المواتية

يتميز الألومنيوم بمعامل تمدد حراري أعلى من الفولاذ، وهي خاصية كانت تُعتبر في السابق تحديًا في التصميم، ولكنها تحولت الآن إلى ميزة بفضل تصميمات الوصلات المرنة. فمن خلال دمج عناصر هيكلية مثل الفتحات المنزلقة والوصلات التلسكوبية، يستطيع النظام امتصاص إجهادات التشوه الناتجة عن دورات التغير الحراري اليومية بكفاءة عالية، متجنبًا بذلك التشققات الدقيقة الناتجة عن الإجهاد والتي غالبًا ما تُلاحظ في الهياكل الفولاذية الملحومة الصلبة. علاوة على ذلك، وعلى عكس بعض أنواع الفولاذ، لا تخضع سبائك الألومنيوم لتحولات طورية هشة عند درجات الحرارة العالية، مما يحافظ على متانتها واستقرارها الهيكلي في جميع الأوقات.

5. أشكال قابلة للتخصيص عبر عملية البثق

يُعدّ هذا أحد أهمّ مزايا معالجة الألومنيوم. فبينما يقتصر تشكيل الفولاذ عادةً على الدرفلة إلى أشكال مقطعية قياسية، يمكن بثق سبائك الألومنيوم - باستخدام قوالب مُخصصة - إلى مقاطع معقدة للغاية ومتكاملة وظيفيًا. تمتدّ هذه الإمكانيات لتشمل تصنيع مكونات متخصصة مثل مشتتات الحرارة، وإطارات النوافذ والأبواب، والزخارف المعدنية. تُمثّل قنوات إدارة الكابلات المُدمجة في أنظمة تركيب الألواح الكهروضوئية أحد هذه التطبيقات الهيكلية المعقدة: فمن خلال إخفاء الكابلات بالكامل تقريبًا داخل قضبان التركيب، يحميها النظام من التعرّض المباشر لأشعة الشمس الصحراوية الحارقة، ويحميها من التآكل والتلف الناتج عن الرياح والرمال. يُطيل هذا بشكلٍ كبير عمر نظام تركيب الألواح الكهروضوئية؛ فعلى سبيل المثال، ظلّ نظام تركيب الألواح الكهروضوئية الذي قمنا بتركيبه في الرياض، المملكة العربية السعودية، عام 2013، يعمل باستمرار لأكثر من 10 سنوات دون الحاجة إلى استبدال أي كابلات.

6. قابلية عالية لإعادة التدوير واستدامة بيئية

لا تتجاوز الطاقة اللازمة لإعادة تدوير وصهر الألومنيوم 5% من الطاقة اللازمة لإنتاج الألومنيوم الخام، ولا تُؤدي عملية إعادة التدوير إلى أي تدهور في جودة المواد. عند إيقاف تشغيل محطة توليد الطاقة، تبقى القيمة المتبقية لهياكلها المصنوعة من الألومنيوم مرتفعة للغاية؛ وهذا يتوافق تمامًا مع المتطلبات الصارمة للتنمية المستدامة والاقتصاد الدائري التي حددتها رؤية السعودية 2030 والمشاريع الحضرية المستقبلية مثل نيوم.

7. غياب التداخل المغناطيسي: حماية الشبكات الذكية وأنظمة الإرسال المدعومة بالذكاء الاصطناعي

مع تزايد دمج الذكاء الاصطناعي في أنظمة إدارة شبكات الطاقة، وعمليات التشغيل والصيانة الذكية، وأنظمة المراقبة، أصبحت التوافقية الكهرومغناطيسية بالغة الأهمية. تتميز هياكل التثبيت المصنوعة من سبائك الألومنيوم بأنها غير مغناطيسية تمامًا، فلا تُولّد أي تداخل كهرومغناطيسي قد يُعطّل أجهزة الاتصال والتحكم الحساسة. وبالتالي، فهي توفر بيئة تشغيل مثالية للشبكات الذكية الحديثة المدعومة بالذكاء الاصطناعي، مما يضمن دقة وموثوقية عمليات جمع البيانات والتشغيل عن بُعد.