Șuruburi fotovoltaice: tipuri, materiale și ghid de selecție

Bolturi fotovoltaice sunt elementele de fixare care fixează panourile solare, șinele de montare, cadrele de rafturi și ancorele la sol într-un sistem fotovoltaic complet, solid din punct de vedere structural. Nu sunt șuruburi generice de magazin de feronerie. Mediul exterior în care funcționează o instalație solară - radiații UV, cicluri termice de la -40 ° C la 85 ° C, pulverizare de sare de coastă sau poluare industrială - impune cerințe pentru elementele de fixare pe care oțelul carbon obișnuit nu le poate îndeplini pe o durată de viață a sistemului de 25-30 de ani.

Alegerea greșită a șuruburilor sau a materialului poate duce la coroziune galvanică, slăbire sub sarcina vântului sau defecțiuni structurale care anulează garanțiile echipamentelor și creează pericole pentru siguranță. Acest ghid acoperă tipurile, materialele, standardele, cerințele de cuplu și criteriile de selecție care contează cel mai mult în instalațiile fotovoltaice reale.

Unde sunt folosite șuruburi fotovoltaice într-un sistem solar

Un sistem PV tipic de pe acoperiș sau de la sol utilizează elemente de fixare la mai multe îmbinări structurale, fiecare cu cerințe diferite de încărcare și condiții de expunere:

• Șuruburi de prindere a panoului: Fixați clemele de mijloc și clemele de capăt care țin cadrul panoului de șina de montare. Acestea văd cele mai frecvente cicluri termice, deoarece temperaturile panourilor fluctuează zilnic.
• Îmbinarea șinei și șuruburile șină la suport: Conectați secțiunile șinei și atașați șinele la suporturile de montare pe acoperiș sau la stâlpii de împământare. Esențial pentru transferul înălțării vântului și a sarcinilor de zăpadă prin structură.
• Șuruburi de prindere pentru acoperiș: Ancorați suporturile de bliț sau picioarele de balast la căpriorii acoperișului. Necesita oțel inoxidabil pentru a preveni petele de rugină și coroziunea în interiorul structurii acoperișului.
• Șuruburi de ancorare de fixare la sol: Fixați piloți înfipți, ancore elicoidale sau baze de beton pe cadrul raftului. Adesea, cele mai mari elemente de fixare din sistem - M16 până la M24 în instalații mari de utilitate.
• Șuruburi de montare a invertorului și a casetei de combinare: Atașați carcasele electrice pe pereți sau rame. Necesită izolarea electrică în unele configurații pentru a evita curenții vagabonzi.
• Hardware de împământare: Șuruburi cu flanșă zimțată sau cleme de împământare care străpung suprafața anodizată a șinelor de aluminiu pentru a stabili continuitatea electrică.

Tipuri de șuruburi utilizate în mod obișnuit în sistemele de rafturi fotovoltaice

Producătorii de rafturi fotovoltaice își proiectează sistemele în funcție de geometrii specifice de șuruburi care permit o instalare rapidă și o strângere fiabilă, fără a suprastrânge profilele subțiri de aluminiu. Cele mai comune tipuri sunt:

Selectațiarea materialelor: de ce oțelul inoxidabil domină elementele de fixare fotovoltaice

Cea mai importantă decizie de material pentru șuruburile fotovoltaice este rezistența la coroziune. Sistemele solare sunt concepute pentru Durată de viață operațională de 25-30 de ani , iar elementele de fixare trebuie să supraviețuiască întregii perioade fără slăbirea, griparea sau degradarea structurală cauzate de rugină.

Oțel inoxidabil A2 (304) vs. A4 (316)

Majoritatea sistemelor de rafturi fotovoltaice specifică șuruburi din oțel inoxidabil A2 sau A4. Diferența practică este conținutul de molibden: Inoxidabilul A4 (316) conține 2–3% molibden , care îmbunătățește dramatic rezistența la coroziunea prin pitting indusă de clorură - modul specific de defecțiune în mediile de coastă și marine. A2 (304) este potrivit pentru instalații interioare; A4 (316) ar trebui utilizat în interior 1–5 km de coastă sau în zone industriale cu cloruri în aer.

Oțel galvanizat la cald (HDG) pentru montare la sol

Instalațiile mari de la sol – în special fermele solare la scară de utilitate – folosesc adesea șuruburi structurale galvanizate la cald (HDG) pentru șuruburi de ancorare și conexiuni ale cadrului primar. Grosimea stratului HDG de 85 µm sau mai mare (conform ASTM A153 sau ISO 1461) oferă 30-50 de ani de protecție împotriva coroziunii în majoritatea mediilor de sol, la un cost semnificativ mai mic decât hardware-ul complet inoxidabil la scară largă. HDG nu este recomandat acolo unde are loc contactul direct cu rafturile de aluminiu, din cauza riscului de coroziune galvanică.

Coroziunea galvanică: riscul ascuns la interfețele aluminiu-oțel

Practic, toate șinele de rafturi fotovoltaice sunt din aluminiu extrudat (6005-T5 sau 6061-T6). Când șuruburile din oțel inoxidabil intră în contact cu aluminiul într-un mediu umed, se formează o celulă galvanică. Oțelul inoxidabil și aluminiul se află la o distanță de 0,25–0,50 V pe seria galvanică — suficient de aproape încât șuruburile A2/A4 să fie considerate în general acceptabile în această pereche. Cu toate acestea, șuruburile din oțel carbon sau HDG în contact direct cu aluminiul sunt problematice - diferența de potențial accelerează coroziunea aluminiului la îmbinare. Utilizați întotdeauna hardware inoxidabil sau compatibil cu aluminiu la interfețele dintre aluminiu și elemente de fixare.

Calitatea șuruburilor și cerințele de rezistență pentru aplicațiile fotovoltaice

Șuruburile fotovoltaice trebuie să reziste de-a lungul deceniilor la sarcinile susținute ale vântului, încărcările de zăpadă și forțele seismice. Rezistența șuruburilor este definită de clasa de proprietate (metrică) sau gradul (inci):

Pentru majoritatea sistemelor de acoperiș rezidențiale și comerciale, Inoxidabilul A2-70 este specificația standard . Modernizarea la A4-80 este recomandată pentru zonele de coastă, zonele cu vânt puternic (viteza vântului ASCE 7 ≥ 130 mph) sau orice instalație în care calculele structurale ale inginerului de rafturi necesită o preîncărcare mai mare a șuruburilor.

Specificații de cuplu pentru șuruburi fotovoltaice: de ce strângerea excesivă este la fel de periculoasă ca strângerea insuficientă

Specificațiile cuplului pentru șuruburile fotovoltaice sunt mai strânse decât se așteaptă majoritatea instalatorilor. Extrudările de aluminiu utilizate în rafturile solare sunt relativ moi - Aluminiul 6005-T5 are o limită de curgere de numai 240 MPa comparativ cu 700 MPa pentru șuruburile inoxidabile care se filetează în el. Supra-strângerea fileturilor benzilor în piulița de aluminiu sau canalul șinei, necesitând înlocuirea întregii secțiuni șinei.

Strângerea insuficientă lasă articulația insuficient preîncărcată, permițând mișcarea sub vibrația vântului care provoacă oboseală prin frecare și slăbire treptată. Valori tipice ale cuplului specificate de producător pentru dimensiunile comune de șuruburi PV:

Utilizați întotdeauna o cheie dinamometrică calibrată pentru strângerea finală. Dispozitivele de acționare cu impact setate la cuplul maxim nu sunt acceptabile pentru șuruburile de prindere a panoului fotovoltaic - depășesc în mod obișnuit limitele producătorului. Mulți producători de rafturi specifică valorile cuplului uscat (fără lubrifiant); dacă se aplică lubrifiant anti-gripare sau lubrifiant pentru filet, reduceți cuplul cu aproximativ 20–25% pentru a obține aceeași forță de strângere.

Caracteristici anti-slăbire: Prevenirea slăbirii șuruburilor peste 25 de ani

Instalațiile solare experimentează vibrații continue de amplitudine redusă de la vânt și expansiunea termică zilnică și contracția șinei de aluminiu (aluminiul se extinde la 23,6 um/m·°C — o secțiune de șină de 6 metri crește și se micșorează cu aproximativ 12 mm între o noapte de iarnă de −10 °C și o temperatură a suprafeței panoului de vară de 60 °C). Această mișcare poate îndepărta treptat șuruburile care nu au prevederi anti-slăbire.

Soluțiile comune anti-slăbire utilizate în sistemele fotovoltaice includ:

• Piulițe de blocare cu inserție din nailon (Nyloc): Cea mai utilizată soluție în PV pe acoperiș. Gulerul din nailon prinde filetul șurubului și rezistă la rotație. Eficient până la aproximativ 100°C — verificați adecvarea dacă carcasele cutiei de joncțiune creează căldură localizată.
• Piulițe și șuruburi cu flanșe zimtate: Semnurile mușcă suprafața de împerechere și rezistă la rotație mecanic. Folosit pentru împământarea legăturilor și îmbinărilor structurale unde duritatea suprafeței permite ca dinturilor să se cupleze corect.
• Șaibe de blocare cu arc: În general, considerate mai puțin fiabile decât piulițele nyloc sub încărcare dinamică, conform testelor de vibrații DIN 65151 - utilizați numai acolo unde este specificat de producătorul de rafturi.
• Adeziv de blocare a firului (Loctite 243 sau echivalent): Eficient pentru șuruburi cu diametru mic în locații cu vibrații reduse. Nu este practic pentru conexiunile pe teren care ar putea necesita re-cupluire sau repoziționarea panoului în viitor.
• Configurație cu două piulițe (piuliță blocată): Folosit pe picioare de reglare montate pe sol, unde sunt necesare rezistența la vibrații și reglarea câmpului.

Standarde și certificări relevante pentru șuruburile fotovoltaice

Certificarile sistemelor fotovoltaice și autorizațiile structurale necesită din ce în ce mai mult ca elementele de fixare să îndeplinească standardele documentate de material și dimensiuni. Cele mai menționate standarde sunt:

• ISO 3506: Standardul internațional principal care reglementează proprietățile mecanice ale elementelor de fixare din oțel inoxidabil. Specifică clasele de proprietate A2-70, A2-80, A4-70 și A4-80. Certificatele de conformitate care fac referire la ISO 3506 sunt cerute de mulți contractori EPC la scară de utilitate.
• ASTM F593 / F594: Echivalent în SUA pentru șuruburi și piulițe din oțel inoxidabil. Necesar pentru proiecte în conformitate cu codurile de construcție din SUA în care hardware-ul metric ISO nu este specificat.
• ASTM A307 / A325 / A490: Guvernează șuruburile structurale din oțel carbon și aliat utilizate în structurile din oțel montate la sol HDG.
• ISO 1461 / ASTM A153: Specificați grosimea minimă de acoperire pentru elementele de fixare galvanizate la cald - critică pentru verificarea duratei de viață la coroziune a șuruburilor de ancorare HDG.
• IEC 61215 / IEC 61730: Deși acestea sunt standarde pentru module, ele guvernează indirect hardware-ul de montare prin specificarea condițiilor de încărcare mecanică (vânt, zăpadă, grindină) pe care rafturile și elementele de fixare trebuie să fie proiectate să le reziste.

Pentru instalațiile care necesită permis, solicitați rapoarte de testare a materialelor (MTR) sau certificate de conformitate de la furnizorii de șuruburi care fac referire la aceste standarde. Elementele de fixare contrafăcute sau substandard etichetate cu marcaje false ale clasei de proprietate reprezintă o problemă documentată în lanțurile de aprovizionare cu costuri reduse — verificarea compoziției chimice și a durității de la terți este recomandabilă pentru proiectele mari care se aprovizionează cu hardware în afara canalelor de distribuție consacrate.

Lista de verificare practică pentru selectarea șuruburilor fotovoltaice

Utilizați următoarea listă de verificare atunci când specificați sau achiziționați elemente de fixare pentru un proiect fotovoltaic:

1. Confirmați tipul de șurub cerut de manualul de instalare al producătorului de rafturi — cap T, cap hexagonal, șurub de transport sau șurub de zăvor — și nu înlocuiți diferite stiluri de cap fără aprobarea inginerească.
2. Select Inoxidabil A4-316 pentru medii de coastă, marine sau cu umiditate ridicată; Inoxidabilul A2-304 este acceptabil pentru climatele uscate interioare.
3. Specificați Clasa de proprietate minimă A2-70 sau A4-70 pentru sisteme standard pe acoperiș; upgrade la A4-80 pentru locuri de încărcare cu vânt puternic sau cu zăpadă mare, conform calculelor structurale.
4. Asigurați-vă că toate piulițele și șaibele sunt de aceeași calitate inoxidabilă ca și șurubul - amestecarea șuruburilor A2 cu piulițe din oțel carbon creează un cuplu galvanic care accelerează coroziunea piuliței.
5. Verificați prevederile anti-slăbire: piulițe nyloc pentru clemele de panou și majoritatea conexiunilor șinei; feronerie cu flanșă zimțată acolo unde este necesară continuitatea la împământare.
6. Obțineți și depuneți certificate de conformitate (ISO 3506 sau echivalent ASTM) cu documentația de proiect în scopuri de autorizare și garanție.
7. Utilizați o cheie dinamometrică – nu un dispozitiv de antrenare cu impact – pentru strângerea finală și înregistrați valorile cuplului în raportul de punere în funcțiune pentru orice referință viitoare de inspecție O&M.