طراحی مهندسی تفصیلی نیروگاه خورشیدی (Civil / Mechanical / Mounting / Electrical)

در این مقاله، راهنمای کامل و عملی طراحی مهندسی تفصیلی (Detail Design) یک نیروگاه خورشیدی متصل به شبکه (در مقیاس ۱۰ تا ۵۰ مگاوات) ارائه شده است. این راهنما شامل اهداف هر بخش، محاسبات کلیدی، استانداردهای مرجع، چک‌لیست‌های کنترل کیفیت و خروجی‌های تحویلی است تا تیم طراحی، پیمانکار EPC و کارفرما بتوانند مستقیماً از آن بهره ببرند.

برای هرگونه ابهام یا مشاوره تخصصی در طراحی نیروگاه خورشیدی، می‌توانید با کارشناسان فنی شرکت آرا نیرو تماس بگیرید.

کلیات طراحی مهندسی تفصیلی نیروگاه خورشیدی

استانداردهای کلیدی مرجع:

• IEC 61724 (نظارت عملکرد)
• IEC 61215 / 61730 (ماژول‌های PV)
• IEC 62109 (ایمنی اینورتر)
• IEC 62446 (تست اتصال به شبکه)
• ASCE / Eurocode / استانداردهای ایرانی (ISIRI) برای بارهای باد، برف و سازه
• IEEE 1547 (اتصال به شبکه)

خروجی‌های اصلی طراحی تفصیلی:

• نقشه‌های اجرایی (فرمت DWG)
• مشخصات فنی (Technical Specifications / Scope of Work)
• لیست مواد و تجهیزات (Bill of Materials – BOM)
• قالب نقشه‌های As-built
• دیتاشیت‌ها و گزارش‌های محاسباتی

تمام محاسبات توسط آرا نیرو با فایل‌های قابل ویرایش (Excel / Calc) تحویل می‌شود: محاسبات باد و برف، تحلیل افت ولتاژ، بارهای مکانیکی، تحلیل نشست فونداسیون، سایزینگ کابل و طرح حفاظتی.

بخش اول: طراحی عمرانی (Civil Design)

اولین قدم در طراحی مهندسی تفصیلی می باشد.

هدف: طراحی فونداسیون‌ها، راه‌های دسترسی، مدیریت آب و زهکشی، ساختمان‌ها و محوطه‌سازی به‌گونه‌ای که ساخت، ایمنی و نگهداری ۲۵ ساله را تضمین کند.

خروجی‌های کلیدی:

• نقشه‌برداری توپوگرافی دقیق (مقیاس ۱:۱۰۰۰ یا بهتر)
• گزارش ژئوتکنیک (ظرفیت باربری مجاز، نشست، مقاومت الکتریکی خاک)
• نقشه فونداسیون تمام تجهیزات (ماژول‌ها، اینورترها، ترانسفورمرها، ساختمان‌ها)
• نقشه راه‌ها، پارکینگ، محل مانور تریلر و سکوی تخلیه
• طراحی زهکشی سطحی و زیرسطحی
• مشخصات خاک‌برداری، خاک‌ریزی، سنگ‌ریزی، تراکم و روکش نهایی (Topsoil)
• نقشه فنس‌کشی، دروازه‌ها و تجهیزات ایمنی HSE

محاسبات و نکات فنی مهم:

• چیدمان سایت: جانمایی آرایه‌ها بر اساس زاویه شیب و Pitch، فاصله ردیف‌ها (Row Spacing) برای جلوگیری از سایه‌اندازی (محاسبه طول سایه در کمترین ارتفاع خورشید).
• جاده‌های دسترسی: عرض حداقل ۵–۶ متر برای تردد تریلر؛ روکش پیشنهادی: لایه ۲۰–۳۰ سانتی‌متری سنگ شکسته متراکم + آسفالت یا بتن در نقاط بحرانی؛ شیب عرضی ۲–۳% برای زهکشی.
• زهکشی: محاسبه دبی طراحی بر اساس IDF بارش حداکثر محلی؛ کانال‌های چمن‌دار (Grassed Swales)، French Drains در نواحی کم‌شیب؛ شیب حداقل ۰.۵% در مسیرهای تخلیه.
• پایداری شیب: تحلیل با روش Bishop یا Limit Equilibrium؛ ضریب ایمنی >۱.۳ (بار مرده) و >۱.۱ (زلزله).
• فونداسیون ماژول/تراکر: بر اساس گزارش ژئوتکنیک (پی بتنی کوچک یا Screw Pile در خاک سفت؛ شمع یا میکروپایل در خاک نرم).
• جزئیات بتن: حداقل C۳۰/۳۷، پوشش میلگرد ۵۰ میلی‌متر در خاک خورنده، آرماتور حرارتی.
• کرین‌پد: بلوک بتنی با ظرفیت طراحی‌شده برای بار تجهیزات سنگین.

کنترل کیفیت (QA/QC):

• آزمون مصالح (دانه‌بندی، CBR، تراکم Proctor)
• آزمون بتن (نمونه‌گیری، مقاومت ۷ و ۲۸ روزه، Pull-out تست)
• بازرسی نصب فنس و پایش نشست پس از بارندگی

بخش دوم: طراحی مکانیکی و سازه نگهدارنده (Mechanical / Mounting)

هدف: انتخاب و طراحی سازه نگهدارنده ماژول‌ها (ثابت یا تراکر) با توجه به بار باد/برف، مقاومت خوردگی و همچنین نصب سریع و بهینه‌سازی هزینه عمرانی که از مهمترین اهداف طراحی مهندسی تفصیلی محسوب می‌شود.

خروجی‌ها:

• انتخاب نوع سازه (Fixed-tilt یا Single/Dual-axis Tracker)
• نقشه‌های سازه‌ای و محاسبات باربری
• مشخصات مصالح و پوشش ضدخوردگی
• نقشه‌های نصب و Torque Schedule
• دستورالعمل تست Pull-out و Tilt Test

انتخاب سیستم:

• Fixed-tilt: هزینه کمتر، نگهداری پایین، مناسب مناطق با تابش یکنواخت.
• Single-axis Tracker: افزایش تولید ۱۵–۲۵%، مناسب مناطق پرتابش.
• Dual-axis: افزایش بیشتر تولید اما هزینه و پیچیدگی بالا (معمولاً غیراقتصادی).

محاسبات کلیدی:

• بار باد: فشار دینامیک (ρ ≈ ۱.۲۲۵ kg/m³)، Gust Factor، ضریب فشار بر اساس کد محلی.
• بار برف: بار محلی + اثر تجمع و شیب.
• ترکیب بارها: Dead + Live + Wind + Snow.
• تحلیل اتصالات: ظرفیت لنگر بیس‌پلیت، گشتاور پیچ‌ها.
• پایداری گردشی: فاکتور اطمینان در شرایط باد حداکثر.

خوردگی و پوشش:

• Hot-dip Galvanizing (حداقل ۸۵ µm) یا اپوکسی + گالوانیزه.
• استفاده از استیل ضدزنگ SS316 در نقاط حساس.
• پیچ‌ها: کلاس ۸.۸ یا بالاتر با Torque مشخص.

تست‌های اجرایی:

• Torque Check تمام بولت‌ها
• Pull-out Test روی نمونه‌ها
• Tilt Test با بار جانبی کنترل‌ شده

بخش سوم: طراحی الکتریکال (Electrical Design)

طراحی الکتریکال به دلیل نیاز به دقت بالا، مرحله ای حساس در طراحی مهندسی تفصیلی به شمار می‌رود.

هدف: طراحی یکپارچه از ماژول تا نقطه اتصال به شبکه (POI) با تمرکز بر راندمان بالا، ایمنی، قابلیت اطمینان و انطباق با الزامات ساتبا و توانیر.

مزایای طراحی بهینه:

• حداقل تلفات DC/AC
• بهینه‌سازی نسبت DC/AC (Oversizing ۱.۱–۱.۴)
• افزایش Availability و کاهش Downtime
• انطباق کامل با حفاظت، کیفیت توان و Grid Support

خروجی‌ها:

• دیاگرام تک‌خطی (SLD) و Schematics
• نقشه مسیر کابل (DC Trays، AC Trenches، MV Ducts)
• محاسبات افت ولتاژ، سایزینگ کابل، Short-circuit
• مشخصات اینورتر، ترانس و Switchgear
• طرح حفاظت و Coordination Study
• طراحی SCADA/EMS

آرایش DC و رشته‌ها:

• ولتاژ DC: ۱۰۰۰–۱۵۰۰ ولت
• طول رشته و سایز کابل: افت ≤ ۱–۲% در DC
• Combiner Box: MPPT، فیوز رشته‌ای، SPD

اینورتر و سمت AC:

• انتخاب Central vs String Inverter
• سایزینگ کابل AC، ترانس Step-up (با OLTC)
• حفاظت: OCPD، RCD، Relay Coordination، LVRT

ارتینگ و حفاظت صاعقه:

• R < ۲ Ω (یا کد محلی)
• شبکه ارت، سپر صاعقه، Equipotential Bonding

SCADA و مانیتورینگ:

• پروتکل Modbus/IEC 61850
• داده‌های کلیدی: GHI، دما، جریان رشته، آلارم‌ها
• گزارش PR، Availability، CUF

تست‌ها و کمیسیونینگ:

• FAT/SAT تجهیزات
• تست‌های سایت: Insulation، Continuity، Polarity، Earth Resistance، I-V Curve
• Synchronization با شبکه و Witness Testing

چک‌لیست تحویل نهایی طراحی تفصیلی

• گزارش ژئوتکنیک + نقشه فونداسیون
• محاسبات باد/برف + تحلیل سازه PV
• SLD و دیاگرام‌های AC/DC
• BOM تفصیلی
• مشخصات فنی تجهیزات
• طرح حفاظت و Relay Settings
• نقشه مسیر کابل + سایزینگ
• طراحی ارتینگ و صاعقه
• SCADA و KPIهای مانیتورینگ
• برنامه تست و کمیسیونینگ

نکات مدیریتی و عملیاتی

• تمام طراحی‌ها باید با شرایط محلی (باد، برف، دما، ارتفاع) و تأیید کارفرما/برق منطقه‌ای انجام شود.
• پیشنهاد: تست FAT ماژول و اینورتر مرجع قبل از سفارش انبوه.
• هماهنگی اولیه با برق منطقه‌ای برای Reactive Power، Fault Ride-Through و PCC.
• کنترل کیفیت و HSE در تمام مراحل باید مستند شود.

شرکت آرا نیرو با تجربه موفق در اجرای نیروگاه‌های خورشیدی مگاواتی تا ۱۰۰۰ مگاوات، مجموعه‌ای کامل، منسجم و قابل اعتماد از مستندات طراحی مهندسی تفصیلی ارائه می‌دهد. این مستندات شامل گزارش‌های محاسباتی، نقشه‌های اجرایی، مشخصات فنی، BOM، الزامات نصب و تست است و فرآیند اجرا، کنترل کیفیت، مجوزها و اتصال به شبکه را با حداقل ریسک و حداکثر شفافیت تضمین می‌کند.

رویکرد ما بر پایه بهینه‌سازی فنی-اقتصادی، انطباق با استانداردهای ساتبا و توانیر و انتقال دقیق الزامات به مرحله اجرا است تا پروژه در زمان‌بندی، با کیفیت بالا و عملکرد پایدار به نتیجه برسد.

با انتخاب آرا نیرو، طراحی مهندسی تفصیلی نیروگاه خورشیدی به یک مزیت رقابتی واقعی تبدیل می‌شود – مسیری هوشمند از ایده تا تولید پایدار انرژی پاک.

مقالات مرتبط و کاربردی با توجه به نظرات کاربران:

پنل خورشیدی Tier 1 در برابر Tier 2: هر آنچه باید بدانید

نورتابی الکتریکی مبتنی بر پهپاد برای نیروگاه خورشیدی فتوولتائیک (PV)

مطالعات ژئوتکنیک در پروژه نیروگاه خورشیدی ۱۰ مگاواتی

نرم‌افزار طراحی خورشیدی