وقد برزت الطاقة الشمسية كحجر للانتقال العالمي إلى الطاقة المتجددة، مما أدى إلى بناء صفائف فولتية ضخمة عبر مختلف المعالم، وفي حين أن الكثير من الاهتمام يولى للألواح، أو المتحولين، أو نظم التتبع، فإن الأساس الهادئ الذي تحت هذه الهياكل هو نفس الأهمية، وبدون قاعدة مستقرة، حتى أن أكثر الألواح الشمسية كفاءة يمكن أن تصبح عديمة الفائدة من خلال التركيب، أو الرفع من القوة الريحية، أو التلف السيزم.

Understanding Pile Foundations: Definition and Mechanics

إن مؤسسة كوم هي نظام أساسي عميق ينقل الأحمال من هيكل خارق مثل طبقة شمسية ضعيفة أو قابلة للضغط من طبقة التربة إلى طبقة أكثر عمقا وأكثر كفاءة، كما أن الخنازير عناصر هيكلية من مواد مثل الخرسانة أو الفولاذ أو الخشب، وهي إما محركة أو محفورة في الأرض، والمبدأ الأساسي وراء مؤسسة كوميدي هو حمل الأحمال الرأسية (العمليات الريحية من الهيكل والأخشاب الحية).

وتُنجز مؤسسات التعبئة نقلاً من خلال آليتين أساسيتين: end bearing] و] الاحتكاك الجلدي .() وفي أكوام نهاية الحمل، فإن بقسيمة الكومة تعتمد على طبقة قوية من الصخور أو الرمل الكثيفة، وتُنقل الحمولة مباشرة إلى تلك الطبقات.

(أ) مفهوم المؤسسات العميقة ليس حضارات جديدة - عالمة تستخدم أكوام الخشب لدعم الهياكل في التضاريس المهددة، غير أن المؤسسات الحديثة للكميات الشمسية تطورت لتستوفي معايير الأداء الصارمة، بما في ذلك الحد الأدنى من الانقطاع تحت حمولات الرياح، ومقاومة التآكل، وسهولة التركيب في مناطق كبيرة، وقد جعلتها التطورات الأخيرة في تكنولوجيا الصواريخ ذات الدفع والشفاء مناسبة بشكل خاص لمشاريع الطاقة المتجددة التي تتسم فيها سرعة وحساسية البيئية.

لماذا مؤسسة بيل هي الأساس لنظم الطاقة الشمسية؟

فالصفائف الشمسية - خاصة المنشآت ذات النطاق العادم - تغطى مساحات واسعة من الأراضي وتستهدف العمل لعدة عقود دون تدخل كبير، والأطر والألواح ذاتها خفيفة نسبياً مقارنة بالمبنى، ولكنها حساسة للغاية حتى التسوية التفاضلية، التي يمكن أن تضفي على المتعقبين غير الشرعيين، أو وحدات الكسر، أو تخلق ضغوطاً في مجال الاتصالات الهيكلية، وبالإضافة إلى ذلك، يجب على الهياكل الشمسية أن تقاوم قوى الرياح والزلية الكبيرة.

الاستقرار في ظروف التربة غير المستقرة

وتوضع العديد من المزارع الشمسية على أرض هامشية غير مناسبة للزراعة أو الحقول الزراعية التي تولدها التنمية، أو للمواقع الصناعية المستعادة، أو الأراضي القاحلة، وغالبا ما تكون هذه المناطق مطروحة من التربة السطحية، أو منافذها الخفية، أو الرمل غير المشبع الذي لا يمكن أن يدعم المؤسسات الضحلة دون استيطان مفرط، وتتجاوز هذه المؤسسات طبقات الضعف للوصول إلى طبقات أكثر كفاءة، مما يوفر منصة مستقرة للمناطق التي لا يمكن أن تنمو فيها.

المقاومة للقوات البيئية

(أ) إن الريح هو القوة الأفقية المهيمنة على الألواح الشمسية، فالوحدات الكبيرة المسطحة تعمل كبح، وتولد لحظات كبيرة من الارتفاع والتراجع، أما المؤسسات التي لها مواصفات ملموسة مستمرة أو أكوام ذات دوافع فولاذية، فتعرض درجة عالية من الشدة الجانبية ومقاومة قوات السحب، ويمكن أن تُدمج أكوام الفولاذات الصلبة بما يكفي لتطوير مناطق الاحتكاك والارت النهائية التي تُعد.

مدة الخدمة وطولها

ومن المتوقع أن تعمل المرافق الشمسية لمدة تتراوح بين 25 و 30 سنة، في بيئات خارجية قاسية، ويمكن للكميات الملموسة، عندما تكون مصممة بشكل سليم مع غطاء كاف ومزيجات منخفضة القدرة على التحمل، أن تقاوم الهجوم الكيميائي من التربة الحمضية، والكبريتات، والكلوريدات، كما أن أكوام الصلب الممتدة أو الملوثة بالبوكسية، توفر مقاومة تآكل ممتازة عند وضعها في بيئة غير عدوانية.

اختلال سطحي طفيف

وتحتاج مؤسسات الصواريخ إلى حفر سطحي صغير نسبياً مقارنة بأقدام الانتشار الضحلة، وهذا أمر مهم بصفة خاصة بالنسبة للمشاريع الشمسية الموجودة على النظم الإيكولوجية الحساسة، والأراضي الزراعية التي يمكن إعادتها إلى الزراعة بعد توقف تشغيلها، أو المواقع التي لديها موارد أثرية، ويمكن تركيب أكوام الدراجة والكمائن الشافية بالحد الأدنى من اضطراب التربة، والحفاظ على المناطق الجذرية للعشب العميق الجذور، والحد من التآكل.

يمكن أن يجعل أو يكسر المشروع الشمسي القدرة الاقتصادية والموثوقية الهيكلية لمؤسسات البيل أصبحت معيار الصناعة للنظم الأرضية ذات النطاق الكمالي لأنها توفر توازناً ثابتاً للأداء، وفعالية التكلفة، والتوافق البيئي

أنواع مؤسسات بيل المستخدمة في التركيبات الشمسية

وتستخدم صناعة الطاقة الشمسية عدة متغيرات في مؤسسة الحزم، كل منها يناسب ظروفا أرضية معينة، ومتطلبات تحميل، ومعدات تركيب، وفهم الاختلافات أمر أساسي لمصممي المشاريع والمهندسين.

دراجة بيلز

فالأكوام المتحركة هي عناصر جاهزة - معظمها من الصلب H-piles، أو أكوام الأنابيب، أو أكوام الخرسانة التي تُدفع بقوة إلى الأرض باستخدام أجهزة التفريغ الهيدروليكية أو الديزل، وفي التطبيقات الشمسية، يمكن أن تكون المئات من المحركات المحفزة للفولاذ H-piles مشهورة بشكل خاص بسبب ارتفاع نسبة القوة إلى الوزن، وسهولة التداول، والتركيب السريع.

قنابل مملة (الشققات المهجورة)

وتُبنى أكوام مُولدة بحفر حفرة إسطوانية في الأرض ثم ملئها بتدعيم الصلب والخرسانة، ويمكن تركيبها في طائفة واسعة من التربة والروك، بما في ذلك تلك التي توجد بها محركات أو طبقات صلبة تعوق الوصلات المُدفعة، حيث يمكن تصميم أكوام مُولدة بأعباء مُعدة من أجل زيادة القدرة على الارتطام أو بواسير فولاذ لمنع حدوث عقبات في التربة.

حبوب الهيلكلايين (قراصنة خرسانة)

وتتكون أكوام الهيليون من عمود رئيسي من الصلب، مع لوحات أو أكثر من لوحات تحمل أغطية مائلة، وتدور في الأرض باستخدام محركات حرارية هيدروليكية، مثل الخشب المسيل، وتنتج هذه الطريقة قدراً أدنى من اليقظة، وتصبح هادئة بشكل استثنائي، مما يجعل أكوام السائلة مثالية للمواقع الحساسة من حيث الضجيج أو اليقظة بالقرب من المدارس أو المستشفيات أو المناطق السكنية.

Micropiles (Minipiles)

إنّها صغيرة الحجم (من 5 إلى 12 بوصة) مثقوبة ومفتونة يمكن تركيبها في أماكن ضيقة وأرض صعبة، وهي تتألف من بار أو أنابيب فولاذية عالية الارتفاع، ثم تُدرج في ثقب، ثم تُستحوذ على مواد مرنة، وغالبا ما تستخدم الميكروبات لإعادة تشكيل الهياكل القائمة أو في مواقع ذات رأس محدود، ولكنها أيضاً تُوجد في إطارها مشاريع ذات تحديات كبيرة.

الاعتبارات الرئيسية المتعلقة بالتصميم بالنسبة لمؤسسة بيل في المشاريع الشمسية

ويتطلب تصميم قاعدة كومة من أجل تركيب الطاقة الشمسية فهما شاملا للظروف الجيوتقنية، والشحنات الهيكلية، والقيود على المواقع، وعلى عكس أسس البناء، تخضع مؤسسات الكويول الشمسية عادة لأعباء عمودية خفيفة نسبيا، ولكنها ذات أهمية كبيرة في مجالي النقل الجوي والارتقاء، والعوامل التالية حاسمة.

التحقيقات الجيوتقنية

ولا يمكن تصميم أسس الكويكات دون إجراء تحقيق سليم في الموقع، وعلى الأقل، يقوم المهندسون الجيوتكنولوجيون بإجراء اختبارات مملة للتربة أو اختراق مخروط في فترات منتظمة عبر الموقع الشمسي، وتحدد هذه الاختبارات نوع التربة وكثافة التربة والقوة وعمق المياه الجوفية ووجود رموز واسعة أو متآكلة للتربة، وكثيرا ما يتم تركيب أكوام الاختبارات وتجميعها (عن طريق طرق اختيار ثابتة أو دينامية).

تحليل مواقع

الهياكل الشمسية مصممة لمقاومة الحمولات المميتة مجتمعة (الوزن الذاتي لللوحات والسككك الحديدية والمراكز)، والحمولات الحية (الانوا والصيانة)، وشحنات الرياح، والكميات السيزمية، والشحنات المتحركة للنظم الأرضية المجهزة، ورمز البناء الدولي وجهاز الفضاء الخارجي، يوفران خرائط سريعة للرياح وطرق حسابية

حماية الكوروز

نظراً لطول مدة تصميم المنشآت الشمسية، فإن حماية التآكل هي الأهم من ذلك، فالأكواميس الصلبة عادة ما تكون مُحَفَّلة إلى سُمك يتراوح بين 3 و6 مليارات لكل جانب، مما يوفر الحماية في معظم التربة، وفي ظروف عدوانية - مقاومة منخفضة، أو كلوريد عالية، أو تدابير إضافية ذات قيمة من قبيل التغليف السميك، أو التخصيب الخرساني، أو الحماية الاختلاطية.

أساليب التركيب والتحديات

إن تركيب مؤسسات كومات للمشاريع الشمسية عملية عالية السرعة يجب أن تتوازن بدقة مع الإنتاجية، وتوضع أكوام محركة باستخدام أجهزة حفر متحركة أو مجهزة بالأجهزة الهرمية على أجهزة الحفر أو سائقات الكويكات المكرّسة، وتوضع الكومات في عمق معين من التخدير، كما أن مقاومة القيادة النهائية (الصيغة الجامدة لكل بوصة أو المجموعة النهائية) كما يحددها المهندس.

وتشمل التحديات التي تواجه عادة مواجهة المزلاجات أو طبقات الرفض التي تتطلب التسلل قبل القيادة، وتسلل المياه الجوفية التي تبطئ عملية التنسيب، والمسائل اللوجستية لنقل معدات كبيرة عبر مواقع غير مأمونة أو مطهرة، وفي المواقع النائية، يمكن أن تكون إمكانية الحصول على المعدات الثقيلة مشكلة، مما يجعل من أكثر جاذبية للاختبارات ذات القدرة الوبائية أو الصغيرة، لأنها تستخدم أجهزة أخف، كما أن التأخيرات في تركيبات الطينية يمكن أن تكون أثناء موسم الأمطار.

مقارنة مع مؤسسات الطوابق

وفي حين أن مؤسسات الكيس هي المهيمنة على الطاقة الشمسية على نطاق المرافق العامة، فإن المؤسسات الضحلة )مثلاً، المزلاجات، والأوعية الخرسانية( تستخدم أحياناً في صفائف أصغر أو تكون فيها الظروف البرية ممتازة، وتكون المؤسسات الضحلة أرخص من تركيبها وتتطلب معدات أقل تخصصاً، ولكنها قابلة للتأثر بالثقة في الطوابق، والتسوية في التربة القابلة للضغط، والأضرار الناجمة عن الطينات الزراعية المكثفة()ج(.

العوامل البيئية والاقتصادية

-الكهرباء، و الاختلالات الكهربية، و الاختراقات التي تُقدّر على مدى الارتفاع، و الـ15% من الطاقة السائلة، و الـ8.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

كما أن صناعة الطاقة الشمسية ما زالت تتطور، وتكيفت مؤسسات الكوميديا وفقا لذلك، وتجمع تصميمات المنتجات الجديدة بين الملامح السائلة والمحركة، مثل أكوام الهجينة، والإضافة إلى الخرسانية التي تحسن المقاومة الأفقية، وتزيد من سرعة تصميم الصخور المثبتة مسبقا والمراسي المزروعة في مواقع الصخور الصلبة للقضاء على الأحذية ذات الكلفة.

خاتمة

ويمكن أن تكون المؤسسات الصغيرة مخبأة تحت الأرض، ولكنها العمود الفقري الصامت للهياكل الحديثة للطاقة الشمسية، ومن الصحراء الجافة في جنوب غرب الولايات المتحدة إلى الحقول الزراعية المنهارة في أوروبا، فإن الأكوام توفر الاستقرار والقدرة على الاستمرار والكفاءة من حيث التكلفة اللازمة لدعم عشرات من القوى المحركة للقدرات المركبة، ومن خلال اختيار الصفوف الهندسية المناسبة التي تحركها النسيج، والمضلة، والميكروفية،