نقش انتخاب مواد برای سازه‌های فتوولتاییک (PV) و نقش کلیدی فولاد

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: ST37یا 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.