نقش انتخاب مواد در سازه‌های فتوولتاییک

سازه‌های فتوولتائیک (استراکچرهای نگهدارنده پنل‌های خورشیدی) به دلیل قرارگیری طولانی‌مدت در محیط خارجی، نیاز به مواد مقاوم در برابر خوردگی، باد، برف و شرایط جوی متنوع دارند. در سطح جهانی انواع مختلفی از فولاد برای این منظور استفاده می‌شود، اما در ایران به دلیل الزامات سازمان ساتبا، هزینه‌ها و دسترسی به مواد، عمدتاً دو نوع اصلی رایج است: فولاد ST37 با گالوانیزه گرم و ورق گالوانیزه فابریک. در این مقاله به بررسی انواع فولاد جهانی، استانداردهای مرتبط، فرآیندهای تولید و مقایسه دقیق این دو نوع پرکاربرد در ایران می‌پردازیم.

لازم به ذکر است که انتخاب مواد مناسب برای سازه‌های پشتیبانی فتوولتاییک (PV) نقشی اساسی در تعیین کارایی، دوام و پایداری بلندمدت این سامانه‌ها دارد. انواع فولاد مورد استفاده در سازه‌های فتوولتائیک (سطح جهانی) شامل موارد زیر است که بر اساس مقاومت به خوردگی، استحکام مکانیکی و هزینه انتخاب می‌شوند:

• فولاد گالوانیزه گرم(Hot-Dip Galvanized Steel): رایج‌ترین نوع در مزارع خورشیدی بزرگ. پوشش زینک ضخیم (معمولاً بیش از ۶۰ میکرون) مقاومت عالی در برابر زنگ‌زدگی ایجاد می‌کند.
• فولاد ضدزنگ :(Stainless Steel) برای مناطق ساحلی یا بسیار مرطوب (مقاومت ذاتی بالا بدون نیاز به پوشش اضافی)، اما گران‌تر.
• فولاد مگنلیس :(Magnelis) پوشش ویژه زینک-آلومینیوم-منیزیم با اثر خودترمیمی؛ تا ۱۰ برابر مقاوم‌تر از گالوانیزه استاندارد در محیط‌های تهاجمی.
• فولاد کربنی با پوشش ارگانیک یا پودر :برای کاربردهای خاص سقفی.
• فولاد سردنورد شده با پوشش زینک یا گالوانیزه فابریک: کمتر رایج، اما در برخی پروژه‌ها استفاده می‌شود.

در پروژه‌های بزرگ جهانی، گالوانیزه گرم و مگنلیس بیشترین سهم را دارند. در ایران بیش از ۸۰ درصد سازه‌های خورشیدی از فولاد ST37 گالوانیزه گرم و مابقی عمدتاً از ورق گالوانیزه فابریک ساخته می‌شوند. استفاده از فولاد ضدزنگ یا آلومینیوم محدود به پروژه‌های خاص (مانند مناطق ساحلی جنوب) است.

فولاد ST37 با پوشش گالوانیزه گرم

• گرید: ST37 (یا گاهیST52 برای بارهای سنگین‌تر) فولاد کربنی ساختمانی استاندارد.
• فرآیند: ورق سیاه نورد گرم (Hot-Rolled) به پروفیل  C، U، Z  و غیره تبدیل شده، سپس گالوانیزه گرم می‌شود (استاندارد ASTM A123 یاISO1461 ).
• ضخامت پوشش: معمولاً ۶۵ تا ۱۲۰ میکرون (رایج ۸۰-۱۰۰ میکرون).
• کاربرد: نیروگاه‌های زمینی، پشت‌بامی و پروژه‌های مگاواتی.

ورق گالوانیزه فابریک

• گرید پایه: معمولاً مشابه ST37 اما با کربن کمتر برای فرم‌پذیری بهتر.
• فرآیند: گالوانیزینگ پیوسته (Continuous Hot-Dip) قبل از فرم‌دهی (استانداردهای ASTM A653، JIS G3302، EN 10346).
• ضخامت پوشش: ۱۰ تا ۴۰ میکرون (رایج Z180 یا Z275 معادل ۲۰-۳۰ میکرون).
• کاربرد: پروژه‌های سبک‌تر، پشت‌بامی یا اجزای غیرباربر اصلی.

انتخاب مواد باید با توجه به عوامل زیر صورت گیرد تا سیستم در برابر شرایط محیطی مقاوم باشد:

1. شرایط محیطی: انتخاب مواد تابعی از شرایط محیطی محل نصب است.
   • نواحی ساحلی (رطوبت و شوری): نزدیکی به دریا سازه‌ها را در معرض خوردگی قرار می‌دهد؛ بنابراین، مواد باید مقاومت بالایی در برابر شوری و رطوبت داشته باشند.
   • آب و هوای شدید (باد و برف): سازه‌ها باید به اندازه کافی قوی باشند تا در برابر نیروی باد (که می‌تواند فشار زیادی به پشت ماژول‌ها وارد کند) و همچنین وزن انباشته برف مقاومت کنند.
2. عملکرد ساختاری: طراحی مهندسی شده و انتخاب مواد با کیفیت، طول عمر و یکپارچگی ساختاری تأسیسات خورشیدی را تضمین می‌کند.
3. پایداری و ماژولار بودن: گرایش‌های جدید در طراحی، به سمت استفاده از مواد پایدار، سبک‌تر، ماژولار و قابل بازیافت می‌رود تا نصب سریع‌تر و آسان‌تر شود. در واقع، تمرکز بر مواد کارآمد و جدید، بخش قابل توجهی از تحقیقات اخیر (۵۷.۶٪ از کل انتشارات بین سال‌های ۲۰۱۹ تا ۲۰۲۵) را تشکیل می‌دهد.

نتیجه‌گیری و توصیه کاربردی

در پروژه‌های خورشیدی ایران، فولاد ST37 با گالوانیزه گرم به دلیل پوشش ضخیم‌تر و دوام بالاتر در شرایط جوی متنوع (از کویر تا مناطق مرطوب) گزینه استاندارد و مورد تأیید ساتبا است. ورق گالوانیزه فابریک برای پروژه‌های کوچک، پشت‌بامی یا جایی که سرعت اجرا و ظاهر اهمیت دارد، مناسب‌تر است.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.