مقدمه

طراحی استراکچر خورشیدی در مناطق کویری ایران یکی از مهم‌ترین چالش‌های اجرایی نیروگاه‌های فتوولتائیک است. شرایط دشوار اقلیمی مانند بادهای شدید، گردوغبار، اختلاف دمای شدید شب و روز و خاک سست، طراحی و اجرای سازه را پیچیده می‌کند. اگر سازه به‌درستی طراحی نشود، پنل‌ها دچار لرزش، کاهش بازده یا حتی شکست سازه‌ای می‌شوند. در سال‌های اخیر با توسعه نیروگاه‌های خورشیدی در استان‌هایی مانند کرمان، یزد، خراسان جنوبی و سیستان‌ و بلوچستان، توجه به روش‌های نوین طراحی استراکچر افزایش یافته است. در این مقاله به‌عنوان یک راهنمای جامع، ویژگی‌های استراکچر مناسب مناطق کویری، روش‌های استاندارد طراحی و خطاهای رایج را بررسی می‌کنیم.

استراکچر خورشیدی چیست و چرا در مناطق کویری اهمیت دارد؟

استراکچر خورشیدی، همان سازه نگهدارنده پنل‌ها است که وظیفه دارد بارهای محیطی شامل باد، برف، زلزله و وزن خود پنل را تحمل کند. در مناطق کویری ایران، سرعت باد در برخی فصول به بیش از ۹۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد و دمای محیط از ۵- تا ۵۵ درجه متغیر است. طبق مطالعات اداره انرژی‌های تجدیدپذیر ایران در سال ۲۰۲۴، حدود ۴۵٪ آسیب‌دیدگی نیروگاه‌های خورشیدی در مناطق کویری به‌دلیل ضعف سازه و اتصالات بوده است. بنابراین کیفیت طراحی استراکچر نقش مستقیم در راندمان و عمر نیروگاه دارد.

مراحل اصلی طراحی استراکچر خورشیدی در مناطق کویری

۱. تحلیل اقلیمی و ژئوتکنیک سایت

• بررسی سرعت باد غالب و بادهای شدید فصلی
• تحلیل خاک (خاک‌های کویری معمولاً سست، شور و رسی هستند)
• تعیین زاویه تابش مناسب بر اساس عرض جغرافیایی
• بررسی احتمال نشست و روان‌شدگی خاک

۲. انتخاب مصالح مناسب

• استفاده از فولاد گالوانیزه گرم با پوشش حداقل ۸۰ تا ۱۰۰ میکرون
• استفاده از پیچ و مهره ضدخوردگی کلاس ۸.۸
• انتخاب پروفیل‌های مقاوم در برابر خمش و پیچش
• خودداری از پروفیل خام و بدون پوشش

۳. طراحی سازه بر اساس بارهای منطقه‌ای

• بار باد طبق آیین‌نامه ۵۱۹ ایران (حداقل سرعت طراحی ۱۰۰ تا ۱۳۰ کیلومتر)
• محاسبه زاویه قرارگیری پنل‌ها (۲۵ تا ۳۵ درجه برای مناطق کویری)
• طراحی مهاربندی X برای مقابله با لرزش
• استفاده از فونداسیون شمعی یا رادیه بسته به خاک سایت

۴. اجرای سازه و کنترل کیفی

• کنترل تلرانس نصب پروفیل‌ها
• تست گالوانیزه و ضخامت پوشش
• سفت‌کردن اتصالات با ترکومتر استاندارد
• کنترل عدم لرزش سازه پس از نصب پنل‌ها

خطاهای رایج در طراحی استراکچر خورشیدی مناطق کویری

۱. استفاده از گالوانیزه سرد که در برابر نمک و گردوغبار مقاوم نیست
۲. طراحی سازه بدون درنظر گرفتن بادهای شدید محلی
۳. استفاده از فونداسیون سطحی در خاک‌های بسیار سست
۴. انتخاب زاویه پنل اشتباه که باعث کاهش تولید می‌شود
۵. عدم استفاده از بست و اتصالات مقاوم در برابر خوردگی

طبق گزارش انجمن انرژی خورشیدی ایران (۲۰۲۵)، بیش از ۳۵٪ نیروگاه‌های کوچک مقیاس در مناطق کویری در سه سال اول دچار مشکل سازه‌ای می‌شوند که اغلب ناشی از همین خطاهاست.

بهترین روش‌های طراحی استراکچر خورشیدی (روش‌های پیشنهادی ۲۰۲۵)

استراکچر شمعی فولادی ضدخوردگی

• مناسب خاک‌های سست
• مقاومت بالا در برابر باد
• عمر مفید بیش از ۲۵ سال

سازه‌های گالوانیزه گرم با مهاربندی مضاعف

• کنترل لرزش و پیچش
• بهترین گزینه برای مزارع خورشیدی بزرگ
• نصب سریع با نیروی نیمه‌ماهر

سیستم‌های ردیاب خورشیدی (Tracking)

• افزایش راندمان ۱۸ تا ۲۵ درصد
• مناسب مناطق با تابش بالا
• حساسیت بیشتر ولی بازده بالاتر

پایه‌های بتنی پیش‌ساخته

• مقاومت بالا در برابر خوردگی
• مناسب برای نواحی با خاک بسیار شور
• هزینه اولیه بالاتر اما عمر طولانی‌تر

نکات اجرایی مهم

• همیشه از گالوانیزه گرم استفاده کنید
• زاویه مناسب پنل‌ها برای مناطق کویری ۳۰ درجه است
• فونداسیون باید متناسب با نتایج آزمایش خاک انتخاب شود
• قبل از نصب پنل‌ها لرزش سازه اندازه‌گیری شود
• پیچ و مهره‌ها باید هر ۶ ماه بازبینی شوند

مقایسه روش‌های طراحی (جدول)

روش طراحی	مقاومت	هزینه	سرعت اجرا	کاربرد
شمع فولادی ضدخوردگی	بسیار بالا	متوسط	بالا	مناطق سست و شنی
سازه گالوانیزه گرم مهاربندی‌شده	بالا	متوسط	بسیار بالا	نیروگاه‌های بزرگ
استراکچر ردیاب خورشیدی	بالا	بالا	متوسط	مناطق با تابش بالا
پایه بتنی پیش‌ساخته	بسیار بالا	بالا	متوسط	خاک‌های شور و خورنده

نکات کلیدی

1. بهترین استراکچر خورشیدی مناسب مناطق کویری ایران، سازه‌های گالوانیزه گرم با مهاربندی مقاوم و فونداسیون شمعی است که در برابر باد و خاک سست عملکرد عالی دارند.
2. برای طراحی سازه خورشیدی در مناطق کویری، ابتدا باید سرعت باد، نوع خاک و زاویه تابش بررسی شود تا سازه دچار لرزش یا نشست نشود.
3. رایج‌ترین خطا در استراکچر خورشیدی کویری، استفاده از گالوانیزه سرد و فونداسیون ضعیف است که طول عمر نیروگاه را کاهش می‌دهد.
4. روش‌های مدرن طراحی مانند سازه‌های ردیاب خورشیدی باعث افزایش تولید انرژی و بهینه‌سازی عملکرد در مناطق پرتابش می‌شوند.

سوالات متداول

۱. بهترین نوع استراکچر برای مناطق کویری چیست؟

استراکچر گالوانیزه گرم با فونداسیون شمعی.
توضیح بیشتر: این ترکیب بیشترین مقاومت را در برابر باد و خوردگی دارد.

۲. چرا گالوانیزه گرم در نیروگاه‌های کویری ضروری است؟

زیرا نمک و گردوغبار باعث خوردگی سریع فولاد می‌شود.
توضیح بیشتر: گالوانیزه گرم با پوشش ضخیم عمر سازه را تا ۲۵ سال افزایش می‌دهد.

۳. زاویه مناسب نصب پنل در مناطق کویری چقدر است؟

حدود ۳۰ درجه.
توضیح بیشتر: این زاویه بالاترین راندمان را برای مناطق با تابش شدید فراهم می‌کند.

۴. آیا سازه ردیاب برای کویر مناسب است؟

بله، اما نیاز به نگهداری بیشتر دارد.
توضیح بیشتر: ردیاب‌ها راندمان را ۱۸ تا ۲۵ درصد افزایش می‌دهند.

۵. چه اشتباهاتی باعث آسیب سازه‌های خورشیدی در کویر می‌شود؟

گالوانیزه سرد، مهاربندی ضعیف و فونداسیون نامناسب.
توضیح بیشتر: این مشکلات باعث لرزش و شکست سازه‌ای در بلندمدت می‌شوند.

۶. فونداسیون مناسب خاک‌های سست کویری چیست؟

فونداسیون شمعی یا بتنی پیش‌ساخته.
توضیح بیشتر: این پایه‌ها از نشست و جابه‌جایی جلوگیری می‌کنند.

۷. چگونه از لرزش سازه خورشیدی جلوگیری کنیم؟

با مهاربندی X و محاسبه دقیق بار باد.
توضیح بیشتر: لرزش حتی کوچک می‌تواند راندمان پنل را ۱۰٪ کاهش دهد.