البراغي الكهروضوئية: الأنواع والمواد ودليل الاختيار

البراغي الضوئية هي أدوات التثبيت التي تثبت الألواح الشمسية، وقضبان التثبيت، وإطارات الأرفف، والمثبتات الأرضية في نظام كهروضوئي كامل وسليم من الناحية الهيكلية. فهي ليست براغي عامة لمتجر الأجهزة. البيئة الخارجية التي تعمل فيها تركيبات الطاقة الشمسية - الأشعة فوق البنفسجية، أو التدوير الحراري من -40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية، أو رذاذ الملح الساحلي، أو التلوث الصناعي - تضع متطلبات على أدوات التثبيت التي لا يستطيع الفولاذ الكربوني العادي تلبيتها على مدى عمر النظام الذي يتراوح بين 25 و30 عامًا.

يمكن أن يؤدي اختيار درجة أو مادة الترباس الخاطئة إلى التآكل الجلفاني، أو الارتخاء تحت حمل الرياح، أو الفشل الهيكلي الذي يؤدي إلى إبطال ضمانات المعدات ويخلق مخاطر على السلامة. يغطي هذا الدليل الأنواع والمواد والمعايير ومتطلبات عزم الدوران ومعايير الاختيار الأكثر أهمية في التركيبات الكهروضوئية الحقيقية.

حيث يتم استخدام البراغي الكهروضوئية في النظام الشمسي

يستخدم النظام الكهروضوئي النموذجي الموجود على السطح أو الأرض مثبتات في وصلات هيكلية متعددة، لكل منها متطلبات حمل مختلفة وظروف تعرض مختلفة:

• مسامير لوحة المشبك: قم بتأمين المشابك الوسطى والمشابك الطرفية التي تثبت إطار اللوحة بسكة التثبيت. تشهد هذه الدورات الحرارية الأكثر شيوعًا حيث تتقلب درجات حرارة اللوحة يوميًا.
• لصق السكك الحديدية ومسامير السكك الحديدية إلى قوس: قم بتوصيل أقسام السكك الحديدية وربط القضبان بأقواس تثبيت السقف أو الأعمدة الأرضية. ضروري لنقل أحمال الرياح والثلوج عبر الهيكل.
• مسامير تأخر اختراق السقف: مرساة وامضة يتصاعد أو أقدام الصابورة إلى العوارض الخشبية السقف. تتطلب الفولاذ المقاوم للصدأ لمنع تلطيخ الصدأ والتآكل داخل هيكل السقف.
• مسامير التثبيت الأرضية: قم بتثبيت الأكوام المدفوعة أو المثبتات الحلزونية أو القواعد الخرسانية بإطار الأرفف. غالبًا ما تكون أكبر أدوات التثبيت في النظام — من M16 إلى M24 في التركيبات كبيرة الحجم.
• مسامير تثبيت صندوق العاكس والجامع: قم بتوصيل العبوات الكهربائية بالجدران أو الإطارات. تتطلب العزل الكهربائي في بعض التكوينات لتجنب التيارات الشاردة.
• أجهزة الربط التأريض: مسامير شفة مسننة أو مشابك تأريض تخترق السطح المؤكسد لقضبان الألومنيوم لتحقيق الاستمرارية الكهربائية.

أنواع البراغي شائعة الاستخدام في أنظمة الأرفف الكهروضوئية

يصمم مصنعو الأرفف الكهروضوئية أنظمتهم حول أشكال هندسية محددة تسمح بالتركيب السريع والتثبيت الموثوق دون الإفراط في عزم الدوران لمقاطع الألمنيوم الرقيقة. الأنواع الأكثر شيوعًا هي:

اختيار المواد: لماذا يهيمن الفولاذ المقاوم للصدأ على السحابات الكهروضوئية

إن القرار المادي الأكثر أهمية بالنسبة للبراغي الكهروضوئية هو مقاومة التآكل. تم تصميم أنظمة الطاقة الشمسية ل العمر التشغيلي 25-30 سنة ، ويجب أن تظل أدوات التثبيت طوال تلك الفترة دون ارتخاء أو تشنج أو تدهور هيكلي ناجم عن الصدأ.

الفولاذ المقاوم للصدأ A2 (304) مقابل A4 (316)

تحدد معظم أنظمة الأرفف الكهروضوئية مسامير من الفولاذ المقاوم للصدأ مقاس A2 أو A4. الفرق العملي هو محتوى الموليبدينوم: يحتوي الفولاذ المقاوم للصدأ A4 (316) على 2-3% من الموليبدينوم ، مما يحسن بشكل كبير مقاومة التآكل الناجم عن الكلوريد - وهو وضع الفشل المحدد في البيئات الساحلية والبحرية. A2 (304) مناسب للمنشآت الداخلية؛ ينبغي استخدام A4 (316) في الداخل 1-5 كم من الساحل أو في المناطق الصناعية التي بها كلوريدات محمولة بالهواء.

الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن (HDG) للتركيب الأرضي

غالبًا ما تستخدم المنشآت الأرضية الكبيرة - وخاصة مزارع الطاقة الشمسية على نطاق المرافق - مسامير هيكلية مجلفنة بالغمس الساخن (HDG) لمسامير التثبيت ووصلات الإطار الأساسي. سمك طلاء HDG 85 ميكرومتر أو أكبر (حسب ASTM A153 أو ISO 1461) يوفر 30-50 عامًا من الحماية من التآكل في معظم بيئات التربة بتكلفة أقل بكثير من جميع الأجهزة المقاومة للصدأ على نطاق واسع. لا يُنصح باستخدام HDG في حالة حدوث اتصال مباشر بأرفف الألومنيوم، وذلك بسبب خطر التآكل الجلفاني.

التآكل الجلفاني: الخطر الخفي في واجهات الألومنيوم والصلب

تقريبًا جميع قضبان الأرفف الكهروضوئية مصنوعة من الألومنيوم المبثوق (6005-T5 أو 6061-T6). عندما تلامس مسامير الفولاذ المقاوم للصدأ الألومنيوم في بيئة رطبة، تتشكل خلية كلفانية. الفولاذ المقاوم للصدأ والألمنيوم يفصل بينهما 0.25-0.50 فولت في السلسلة الجلفانية - قريبة بدرجة كافية بحيث تعتبر مسامير A2/A4 مقبولة بشكل عام في هذا الاقتران. ومع ذلك، فإن اتصال الفولاذ الكربوني أو مسامير HDG بشكل مباشر مع الألومنيوم يمثل مشكلة - حيث يؤدي فرق الجهد إلى تسريع تآكل الألومنيوم عند المفصل. استخدم دائمًا الأجهزة المتوافقة مع الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم في واجهات التثبيت المصنوعة من الألومنيوم.

متطلبات درجة الترباس والقوة للتطبيقات الكهروضوئية

يجب أن تتحمل البراغي الكهروضوئية أحمال رفع الرياح المستمرة وأحمال الثلوج والقوى الزلزالية على مدى عقود. يتم تحديد قوة الترباس حسب فئة الخاصية (متري) أو الدرجة (بوصة):

بالنسبة لمعظم أنظمة الأسطح السكنية والتجارية، A2-70 غير القابل للصدأ هي المواصفات القياسية . يُنصح بالترقية إلى A4-80 للمواقع الساحلية أو المناطق شديدة الرياح (سرعة الرياح ASCE 7 ≥ 130 ميل في الساعة)، أو أي تركيب حيث تتطلب الحسابات الهيكلية لمهندس الأرفف تحميلًا مسبقًا أعلى للمسمار.

مواصفات عزم الدوران للمسامير الكهروضوئية: لماذا يعتبر الإفراط في الشد خطيرًا مثل عدم الشد

مواصفات عزم الدوران للمسامير الكهروضوئية أكثر إحكامًا مما يتوقعه معظم القائمين على التركيب. إن سحب الألمنيوم المستخدم في الأرفف الشمسية ناعم نسبيًا - يتمتع الألومنيوم 6005-T5 بقوة إنتاجية تبلغ 240 ميجا باسكال فقط مقارنة بـ 700 ميجا باسكال للبراغي غير القابلة للصدأ التي يتم ربطها بها. يؤدي الإفراط في عزم الدوران إلى إزالة الخيوط في صامولة الألومنيوم أو قناة السكة، مما يتطلب استبدال قسم السكة بالكامل.

يؤدي عزم الدوران المنخفض إلى عدم تحميل المفصل مسبقًا بشكل كافٍ، مما يسمح بالحركة تحت اهتزاز الرياح الذي يسبب التعب المزعج والارتخاء التدريجي. قيم عزم الدوران النموذجية المحددة من قبل الشركة المصنعة لأحجام البراغي الكهروضوئية الشائعة:

استخدم دائمًا مفتاح عزم الدوران المُعاير للربط النهائي. لا تعتبر محركات التصادم التي تم ضبطها على الحد الأقصى لعزم الدوران مقبولة بالنسبة لمسامير تثبيت الألواح الكهروضوئية - فهي تتجاوز بشكل روتيني حدود الشركة المصنعة. تحدد العديد من الشركات المصنعة للأرفف قيم عزم الدوران جافًا (بدون مواد تشحيم)؛ في حالة استخدام مادة مانعة للإمساك أو تشحيم للخيط، قم بتقليل عزم الدوران بنسبة 20-25% تقريبًا لتحقيق نفس قوة المشبك.

ميزات مقاومة الارتخاء: منع ارتخاء الترباس على مدار 25 عامًا

تواجه المنشآت الشمسية اهتزازات مستمرة منخفضة السعة من الرياح والتمدد الحراري اليومي وانكماش قضبان الألومنيوم (يتمدد الألومنيوم عند 23.6 ميكرومتر/م · درجة مئوية - ينمو قسم السكك الحديدية الذي يبلغ طوله 6 أمتار وينكمش بحوالي 12 ملم بين ليلة شتاء -10 درجة مئوية ودرجة حرارة سطح اللوحة الصيفية 60 درجة مئوية). يمكن لهذه الحركة أن تتراجع تدريجيًا عن البراغي التي تفتقر إلى وسائل منع الارتخاء.

تشمل الحلول الشائعة المضادة للارتخاء المستخدمة في الأنظمة الكهروضوئية ما يلي:

• صواميل قفل مصنوعة من النايلون (Nyloc): الحل الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الألواح الكهروضوئية على الأسطح. طوق النايلون يمسك بخيط الترباس ويقاوم الدوران. فعال حتى 100 درجة مئوية تقريبًا — تحقق من الملاءمة إذا كانت حاويات صندوق التوصيل تنتج حرارة موضعية.
• صواميل ومسامير شفة مسننة: تعض المسننات على سطح التزاوج وتقاوم الدوران ميكانيكيا. يستخدم لتأريض الروابط والمفاصل الهيكلية حيث تسمح صلابة السطح للمسننات بالتفاعل بشكل صحيح.
• غسالات قفل الربيع: تعتبر بشكل عام أقل موثوقية من صواميل nyloc تحت التحميل الديناميكي وفقًا لاختبار الاهتزاز DIN 65151 - استخدم فقط عندما تحددها الشركة المصنعة للأرفف.
• لاصق قفل الخيط (Loctite 243 أو ما يعادله): فعال للمسامير ذات القطر الصغير في المواقع منخفضة الاهتزاز. ليس عمليًا بالنسبة للاتصالات الميدانية التي قد تتطلب إعادة عزم الدوران أو تغيير موضع اللوحة في المستقبل.
• تكوين ثنائي الجوز (مربى الجوز): يُستخدم على أرجل الضبط المثبتة على الأرض حيث تكون مقاومة الاهتزاز وإمكانية ضبط المجال مطلوبة.

المعايير والشهادات ذات الصلة بالمسامير الكهروضوئية

تتطلب شهادات النظام الكهروضوئي والتصاريح الهيكلية بشكل متزايد أن تلبي أدوات التثبيت معايير المواد والأبعاد الموثقة. المعايير الأكثر مرجعية هي:

• ايزو 3506: المعيار الدولي الأساسي الذي يحكم الخواص الميكانيكية للمثبتات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. يحدد فئات الخصائص A2-70، وA2-80، وA4-70، وA4-80. شهادات المطابقة المرجعية ISO 3506 مطلوبة من قبل العديد من مقاولي EPC على نطاق المرافق.
• أستم F593 / F594: المعادل الأمريكي للمسامير والصواميل المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. مطلوب للمشاريع بموجب قوانين البناء الأمريكية حيث لم يتم تحديد أجهزة ISO مترية.
• أستم A307 / A325 / A490: تحكم في البراغي الهيكلية المصنوعة من الكربون وسبائك الصلب المستخدمة في الهياكل الفولاذية المثبتة على الأرض HDG.
• إسو 1461 / أستم A153: حدد الحد الأدنى لسمك الطلاء للمثبتات المجلفنة بالغمس الساخن - وهو أمر ضروري للتحقق من عمر التآكل لمسامير التثبيت HDG.
• إيك 61215 / إيك 61730: على الرغم من أن هذه هي معايير الوحدة النمطية، إلا أنها تتحكم بشكل غير مباشر في أجهزة التثبيت من خلال تحديد ظروف الحمل الميكانيكية (الرياح والثلج والبرد) التي يجب تصميم الأرفف والمثبتات لتحملها.

بالنسبة للتركيبات التي تتطلب تصريحًا، اطلب تقارير اختبار المواد (MTRs) أو شهادات المطابقة من موردي البراغي الذين يشيرون إلى هذه المعايير. تعتبر أدوات التثبيت المزيفة أو دون المستوى المطلوب والتي تحمل علامات فئة ملكية زائفة مشكلة موثقة في سلاسل التوريد منخفضة التكلفة - يُنصح بالتحقق من التركيب الكيميائي والصلابة بواسطة طرف ثالث للمشروعات الكبيرة التي تعتمد على مصادر الأجهزة خارج قنوات التوزيع القائمة.

قائمة مرجعية عملية لاختيار البراغي الكهروضوئية

استخدم قائمة المراجعة التالية عند تحديد أو شراء أدوات التثبيت لمشروع كهروضوئي:

1. تأكد من نوع الترباس الذي يتطلبه دليل التثبيت الخاص بالشركة المصنعة للأرفف - رأس T، أو رأس سداسي، أو مسمار النقل، أو مسمار متخلف - ولا تستبدل أنماط رأس مختلفة دون موافقة هندسية.
2. اختر A4-316 غير القابل للصدأ للبيئات الساحلية أو البحرية أو ذات الرطوبة العالية؛ الفولاذ المقاوم للصدأ A2-304 مقبول للمناخات الجافة الداخلية.
3. تحديد الحد الأدنى لفئة الملكية A2-70 أو A4-70 لأنظمة الأسطح القياسية؛ قم بالترقية إلى A4-80 لمواقع حمل الرياح العاتية أو الثلوج العالية وفقًا للحسابات الهيكلية.
4. تأكد من أن جميع الصواميل والغسالات هي نفس درجة الفولاذ المقاوم للصدأ مثل البرغي - حيث يؤدي خلط مسامير A2 مع صواميل الفولاذ الكربوني إلى إنشاء زوج كلفاني يعمل على تسريع تآكل الصمولة.
5. التحقق من شروط منع الارتخاء: صواميل nyloc لمشابك الألواح ومعظم توصيلات السكك الحديدية؛ أجهزة ذات شفة مسننة حيث يلزم استمرارية التأريض.
6. الحصول على شهادات المطابقة (ISO 3506 أو ما يعادلها ASTM) وتقديمها مع وثائق المشروع لأغراض التصريح والضمان.
7. استخدم مفتاح عزم الدوران - وليس محرك التصادم - للربط النهائي، وسجل قيم عزم الدوران في تقرير التشغيل لأي مرجع فحص تشغيل وصيانة مستقبلي.