Globální fotovoltaický průmysl (PV) rychle roste a jeho instalační scénáře se rozšiřují po celém světě. Tento růstový trend klade na solární montážní systémy přísnější požadavky na výkon. Solární montážní materiály nejenže nesou hmotnost FV modulů, ale také zůstávají vystaveny venkovnímu prostředí po dlouhou dobu. Jejich životnost, odolnost proti korozi a nákladová-efektivita přímo určují provozní stabilitu a životnost celého fotovoltaického systému. Žárově pozinkovaná (HDG) ocel je vyzrálý a spolehlivý antikorozní-materiál a široce ji používáme v solárních montážních konstrukcích kvůli jejímu vynikajícímu celkovému výkonu. V tomto článku se zaměříme na to, jak si můžete vybrat galvanizovanou ocel a její třídy pro solární montáž. Vycházíme z veřejně dostupných údajů z CNKI (China National Knowledge Infrastructure), abychom vysvětlili principy, výhody, případy použití a metody výběru oceli HDG v solárních montážních systémech.
1. Úvod: Široká aplikace žárového zinkování v solární montáži
Výroba fotovoltaické energie je klíčovou součástí globální strategie „dvou uhlíku“ a v posledních letech se rychle rozvíjí. Nyní stavíme FV elektrárny v široké škále prostředí, od pouští a plání až po střechy a pobřežní oblasti. Solární montážní systémy, které zůstávají po celý rok venku, čelí různým korozivním faktorům-včetně větru, deště, ultrafialového záření, vlhkosti a solné mlhy (zejména v pobřežních oblastech). Podle relevantních studií CNKI vyžadují fotovoltaické systémy obecně životnost minimálně 25 let a odolnost montážních materiálů proti korozi je hlavním faktorem, který ovlivňuje dlouhodobý- stabilní provoz systému.
Žárové zinkování je klasický kovový antikorozní-proces a široce jej používáme při solární montáži, protože má vyzrálé řemeslné zpracování, stabilní výkon a{1}}efektivitu nákladů. Statistické údaje z CNKI ukazují, že více než 70 % velkých-pozemních{5}}fotovoltaických stanic a 60 % distribuovaných fotovoltaických projektů v Číně používá jako hlavní materiál pro montážní konstrukce ocel HDG. Toto široké použití je úzce spojeno s vynikající odolností oceli HDG proti korozi: účinně řeší problém předčasné koroze a poškození ocelových držáků v drsném venkovním prostředí a zajišťuje bezpečný a stabilní provoz FV modulů po celou dobu jejich životnosti.
2. Jak funguje žárové zinkování
Proces žárového zinkování pro solární montážní ocel je proces metalurgického spojování. Ochrannou zinkovou vrstvu na povrchu oceli vytvoříme ponořením předupravené oceli do roztaveného zinku. Podle technických specifikací v literatuře CNKI se celý proces skládá ze čtyř klíčových kroků: předúprava povrchu, ponor do roztaveného zinku, chlazení a následná-úprava. Každý krok přímo ovlivňuje kvalitu zinkové vrstvy a antikorozní-účinek konečného produktu.
Nejprve pracovníci předem upraví povrch solární montážní oceli. Tento krok zahrnuje odmaštění, odstranění rzi a tavidlo, které odstraní olejové skvrny, rez a vrstvy oxidů z povrchu oceli-, čímž se zajistí, že se zinková vrstva pevně spojí s ocelovým podkladem. Poté ponoří předupravenou ocel do lázně roztaveného zinku, kde regulujeme teplotu mezi 460-480 stupni . Při této vysoké teplotě dochází mezi železem na povrchu oceli a zinkem k řadě metalurgických reakcí, které vytvářejí hutnou slitinovou vrstvu (hlavně intermetalické sloučeniny Fe-Zn) mezi ocelovým substrátem a povrchovou vrstvou zinku. Nakonec pracovníci vyjmou ocel ze zinkové lázně, aby ji ochladili, a poté provedou pasivaci, aby se dále zvýšila odolnost zinkové vrstvy proti korozi a kvalita vzhledu. Výsledkem celého procesu je třívrstvá struktura: „ocelový substrát – vrstva slitiny – vrstva čistého zinku“, která poskytuje oceli komplexní ochranu.
3. Klíčové výhody HDG oceli pro solární montáž
Díky kombinaci příslušných papírů CNKI a průmyslových standardů nabízí ocel HDG tři základní výhody v aplikacích solární montáže-výhody, kterým se mnoho jiných materiálů nemůže rovnat.
Za prvé, ocel HDG má vynikající odolnost proti korozi. Vrstva zinku vytvořená žárovým zinkováním účinně izoluje ocelový podklad od vnějšího korozivního prostředí, jako je kyslík, vodní pára a solná mlha. Zinek také poskytuje obětovanou ochranu anody: i když se zinková vrstva částečně poškrábe, zinek nejprve zkoroduje, což chrání ocelový podklad před korozí. Údaje z testu CNKI ukazují, že průměrná tloušťka vrstev HDG pro solární montážní ocel není menší než 55 μm, což odpovídá národní normě GB 50797-2012. Jeho rychlost koroze v obecném venkovním prostředí je menší než 0,01 mm/rok, takže může účinně odolávat korozi po dobu 20-25 let, čímž plně splňuje požadavky na životnost fotovoltaických systémů. V pobřežních prostředích s vysokým obsahem soli můžete zvýšit tloušťku zinkové vrstvy na více než 100 μm, abyste dále zlepšili odolnost proti korozi a prodloužili životnost na více než 30 let.
Za druhé, ocel HDG má silnou přilnavost vrstvy zinku. Vrstva zinku HDG se vytváří metalurgickou reakcí s ocelovým substrátem, integruje se s ocelí a nabízí extrémně silnou adhezi. Údaje z testu CNKI naznačují, že přilnavost vrstev HDG může dosáhnout více než 10 MPa, což je mnohem více než požadavek na přilnavost 3 MPa pro solární montážní materiály. I při zatížení větrem, vibracemi a teplotními změnami při dlouhodobém-používání se snadno neodlepuje nebo nespadne-, což zajišťuje strukturální stabilitu montážního systému.
Za třetí, HDG ocel má dlouhou životnost a nízké náklady na údržbu. Má vynikající odolnost proti povětrnostním vlivům a korozi, udržuje stabilní výkon v náročných venkovních prostředích, jako jsou vysoké teploty, nízké teploty, vlhkost a solná mlha. Během 25-životnosti FV systému v podstatě nevyžaduje žádnou další antikorozní údržbu, což výrazně snižuje náklady na provoz a údržbu FV stanice. Ve srovnání s jinými antikorozními metodami (jako je lakování) vám ocel HDG může ušetřit více než 60 % nákladů na údržbu po celou dobu své životnosti, což nabízí zřejmé ekonomické výhody.
4. HDG ocel vs. elektro-galvanizovaná ocel pro solární montáž
Když zvolíte galvanizovanou ocel pro solární montáž, dvě běžné možnosti jsou HDG ocel a elektro-galvanizovaná ocel. Liší se však výrazně z hlediska korozního účinku, nákladů a použitelných scénářů. Níže uvádíme podrobné srovnání založené na datech CNKI a výsledcích výzkumu.
Pokud jde o korozní účinek, zinková vrstva elektro-galvanizované oceli je obecně o tloušťce 5-30μm-mnohem tenčí než u oceli HDG (Větší nebo rovna 55μm). Elektro-galvanizovaná vrstva se vytváří fyzickým nanášením, takže její přilnavost k ocelovému podkladu je slabá, takže ji lze v drsném venkovním prostředí snadno odloupnout. Údaje z testu CNKI ukazují, že venkovní životnost elektro-pozinkované oceli je pouze 5-10 let, což nesplňuje požadavek na životnost 25 let fotovoltaických systémů. Naproti tomu ocel HDG má silnou vrstvu zinku a silnou přilnavost, s životností ve venkovním prostředí 2-5krát vyšší než u galvanicky pozinkované oceli. Jeho výhody jsou zřejmé zejména v prostředí s vysokou korozí, jako jsou pobřežní oblasti.
Pokud jde o náklady, jednotková cena elektro-galvanizované oceli je o 10 %-15 % nižší než cena oceli HDG. Ale z hlediska nákladů celého-životního cyklu je ocel HDG nákladově-efektivnější. Elektro-galvanizovaná ocel vyžaduje re-antikorozní{12}}údržbu každých 3–5 let a náklady na údržbu jsou vysoké. Údaje z analýzy nákladů CNKI ukazují, že celkové náklady na elektrogalvanizovanou ocel (včetně nákladů na materiál a údržbu) za 25 let provozu jsou 1,8–2,2krát vyšší než u oceli HDG. Přestože tedy ocel HDG vyžaduje vyšší počáteční investici, z dlouhodobého hlediska vám ušetří velké množství nákladů na údržbu.
Z hlediska použitelných scénářů má elektro-galvanizovaná ocel špatnou odolnost proti korozi, takže je vhodná pouze pro prostředí s nízkou-korozí, jako jsou vnitřní distribuované fotovoltaické projekty nebo oblasti se suchým klimatem a čistým vzduchem. Ocel HDG je však velmi přizpůsobivá a můžete ji široce používat v různých scénářích fotovoltaických instalací-včetně fotovoltaických stanic na poušti a na rovině-, střešních distribuovaných fotovoltaických projektů a pobřežních fotovoltaických projektů s vysokým-solem. Zejména v pobřežních oblastech je HDG ocel preferovaným materiálem pro solární montáž, protože má vynikající odolnost proti korozi solné mlhy.
5. Jak vybrat pozinkovanou ocel a její třídy pro solární montáž
Výběr galvanizované oceli pro solární montáž vyžaduje, abyste komplexně zvážili prostředí instalace, požadavky na životnost, konstrukční nosnost a nákladové faktory. Na základě výsledků výzkumu CNKI a průmyslových standardů jsou zde uvedeny klíčové body, které byste měli mít na paměti.
Nejprve určete typ pozinkované oceli na základě korozního prostředí. Pro obecná venkovní prostředí (jako jsou vnitrozemské pláně a střechy) můžete zvolit běžnou ocel HDG s tloušťkou zinkové vrstvy nejméně 55 μm (v souladu s GB 50797-2012). Pro prostředí s vysokou-korozí, jako jsou pobřežní a průmyslové oblasti, byste měli zvolit zesílenou ocel HDG (tloušťka vrstvy zinku větší nebo rovna 100 μm) nebo žárově-pozinkovaný hliník-hořčíkovou ocel-tyto materiály mají lepší odolnost proti korozi než tradiční ocel HDG. Elektrogalvanizovanou ocel nedoporučujeme pro venkovní fotovoltaické projekty z důvodu její špatné odolnosti proti korozi.
Za druhé vyberte vhodnou třídu pozinkované oceli na základě požadavků na nosnost. Podle průmyslového standardu NB/T 10642-2021 zaznamenaného v CNKI by solární montážní ocel měla přednostně používat jakosti Q235, Q355 a S550, přičemž kvalita odpovídá národním normám, jako je GB/T 700 a GB/T 1591. Pro malé a střední{10}}velké ložiskové{10}}oceli jsou dobrou volbou jakosti 3, QG s distribuovanou kapacitou PV konzoly s HD 25 nabízí nízkou cenu a stabilní výkon. Pro velkoplošné-pozemní{13}}fotovoltaické držáky a sledovací držáky s vysokými požadavky na nosnost je vhodnější ocel HDG třídy Q355{16}}má vyšší pevnost a houževnatost a lépe splňuje požadavky na strukturální stabilitu. Pro fotovoltaické projekty se speciálními požadavky, jako je nízká hmotnost a vysoká pevnost, si můžete vybrat vysokopevnostní HDG ocel třídy S550, ale měli byste komplexně zvážit náklady.
Za třetí věnujte pozornost kvalitě pozinkované vrstvy. Když zvolíte ocel HDG pro solární montáž, musíte zkontrolovat, zda tloušťka zinkové vrstvy, přilnavost a jednotnost splňují národní normy. Podle testovacích metod zaznamenaných v CNKI můžete použít tloušťkoměr pro detekci tloušťky zinkové vrstvy a metodu škrábání pro testování adheze. Zároveň si vybírejte produkty od běžných výrobců s kompletními zprávami o kontrole kvality, abyste zajistili stabilní kvalitu produktu.
6. Případ aplikace: HDG Steel v pobřežních PV projektech
Pobřežní oblasti s vysokou vlhkostí vzduchu a vysokou koncentrací solné mlhy jsou typickým prostředím s vysokou-korozí-a kladou extrémně vysoké požadavky na odolnost solárních montážních materiálů proti korozi. Vezměme si jako příklad projekt Sanhang Dongying Offshore PV Project. Tento projekt, který se nachází na pobřeží zálivu Bohai, čelí silné korozi solné mlhy a drsným podmínkám prostředí. Projektový tým zvolil jako hlavní materiál pro solární montážní systém zesílenou ocel HDG a optimalizoval proces galvanizace, aby byla zajištěna odolnost konzol proti korozi.
Podle provozních údajů projektu zaznamenaných v CNKI používají ocelové konzoly HDG použité v projektu ocel třídy Q355B s tloušťkou zinkové vrstvy 100-120μm (v souladu s GB/T 13912-2020). Po jednom roce provozu nevykazovaly povrchy držáku žádné známky rzi, odlupování nebo jiných problémů, s mírou zadržování zinkové vrstvy více než 95 %. Držáky si udržely dobrou strukturální stabilitu, nevykazovaly žádné deformace nebo poškození pod mořským větrem a solnou mlhou. Ve srovnání s původním dvojitým antikorozním plánem „galvanizace + lakování“ použití oceli HDG nejen snížilo konstrukční obtížnost a náklady, ale také zlepšilo životnost montážního systému. Toto pouzdro plně dokazuje, že ocel HDG má vynikající přizpůsobivost a odolnost proti korozi v drsných pobřežních prostředích s vysokým obsahem soli, což z ní činí ideální materiál pro pobřežní solární montážní systémy.
7. Závěr
S tím, jak se fotovoltaický průmysl neustále rozšiřuje a instalační scénáře jsou stále rozmanitější, požadavky na výkon solárních montážních materiálů jsou stále vyšší a vyšší. Žárově pozinkovaná ocel se stala preferovaným materiálem pro solární montážní systémy díky své vynikající odolnosti proti korozi, silné přilnavosti zinkové vrstvy, dlouhé životnosti a vysoké-efektivitě nákladů. Ve srovnání s elektro-galvanizovanou ocelí má HDG ocel zjevné výhody, pokud jde o korozní účinek a dlouhodobé-náklady na používání, takže je vhodnější pro venkovní fotovoltaické projekty s vysokými požadavky na životnost.
Když vybíráte pozinkovanou ocel pro solární montáž, musíte zvolit typ pozinkované oceli (pro venkovní projekty je preferována ocel HDG) na základě korozního prostředí, vybrat vhodnou třídu (jako je Q235, Q355, S550) na základě požadavků na únosnost a věnovat velkou pozornost kvalitě pozinkované vrstvy. Případ pobřežního fotovoltaického projektu ukazuje, že ocel HDG se dokáže efektivně přizpůsobit drsným prostředím, jako je vysoká slaná mlha, a zajistit tak dlouhodobý-stabilní provoz fotovoltaických systémů.
Závěrem lze říci, že žárově pozinkovaná ocel plně splňuje požadavky na výkon solárních montážních systémů, pokud jde o odolnost proti korozi, strukturální stabilitu a nákladovou-efektivitu, takže je ideální volbou pro solární montážní materiály. S neustálým pokrokem technologie galvanizace bude HDG ocel více používána v globálním fotovoltaickém průmyslu, což poskytuje silnou podporu pro udržitelný rozvoj fotovoltaického sektoru.
