Fotovoltaické konzoly (ocelové konstrukce) slouží jako „kostra“ fotovoltaických elektráren, podporují celé fotovoltaické pole a přímo ovlivňují bezpečnost, efektivitu výroby energie a dlouhodobou{0}}provozní stabilitu elektrárny. Jejich konstrukční životnost musí obvykle odpovídat celkové životnosti fotovoltaické elektrárny (více než 25 let). Ve složitém venkovním prostředí musí odolávat výzvám, jako je zatížení větrem, zatížení sněhem, koroze a další. Tato příručka systematicky třídí základní standardy, přizpůsobivost prostředí a hlavní materiálová řešení fotovoltaických ocelových konstrukcí a pomáhá vývojářům projektů, společnostem EPC a vlastníkům vědecky vybrat typy.
I. Základní průmyslové standardy a požadavky na design
Konstrukce a přijetí fotovoltaických držáků musí přísně dodržovat příslušné národní a průmyslové normy, aby byla zajištěna strukturální bezpečnost a dlouhodobá{0}}trvanlivost:
JG/T 490-2016 „Všeobecné technické požadavky na držáky solárních fotovoltaických systémů“: Jedná se o produktový standard ve stavebním průmyslu, který jasně stanoví, že držáky musí mít dostatečnou pevnost, tuhost a dobrou odolnost proti-korozi a-korozi. Výběr materiálu musí splňovat antikorozní požadavky. Výpočty a akceptace zatížení větrem a gravitačního zatížení musí být v souladu s GB 50205-2020 "Specifikace pro akceptaci kvality konstrukce ocelových konstrukcí".
Konstrukční životnost: Držáky pro sledování pozemních fotovoltaických elektráren mají obecně konstrukční životnost 25 let; Projekty integrované fotovoltaiky budov (BIPV) musí být v souladu s životností hlavní konstrukce budovy. Úroveň bezpečnosti konstrukce je obvykle třetí.
Anti{0}}korozní a základové požadavky: Konzoly musí používat antikorozní a antikorozní -materiály, šroubové spoje musí být spolehlivé (vysokopevnostní šrouby vyhovují normě JGJ 82) a základy by měly používat beton nad C25. Přijetí projektu se zaměřuje na zkoumání odolnosti proti větru a schopnosti seismické odolnosti.
Přizpůsobení záruky napájení: Fotovoltaické moduly obvykle poskytují 25-letou záruku lineárního výkonu (útlum v prvním roce 2–3 %, poté 0,5–0,65 % za rok, výkon ne méně než 80–81,4 % po 25 letech). Vysoce kvalitní konzoly ocelové konstrukce, průchozížárové-pozinkovánínebo zinek-hliník-hořčík a další antikorozní-úpravy, mohou dosáhnout 25–30 let nebo i delší životnosti.
Současné trendy v oboru kladou důraz na používání materiálů šetrných k životnímu prostředí, jako je nahrazení některých tradičních žárových-pozinkování ponorem zinkem-hliníkovým-hořčíkovým povlakem, aby byly lépe splněny cíle uhlíkové neutrality a potřeby dlouhodobého-stabilního provozu.
II. Režimy selhání a výzvy v různých klimatických prostředích
Fotovoltaické ocelové konstrukce jsou dlouhodobě -exponovány venku, jsou náchylné ke korozi, větru a písku, mrazu-, tání a dalším faktorům. Režimy poruch se v různých oblastech výrazně liší:
Pouštní/suché oblasti (jako je severozápadní Gobi, pouště): Potýkají se hlavně s větrem a pískem a problémy s hromaděním prachu. Vítr a proudění písku způsobí hromadění prachu na površích součástí, erozi a otěr a poškození konstrukce, což sníží účinnost výroby energie; povrchová eroze a akumulace dále zhoršují větrnou erozi. Povlaky ocelové konstrukce jsou náchylné k urychlenému opotřebení v důsledku nárazů pískových částic. Stojí za zmínku, že fotovoltaická pole mohou snížit-rychlost větru při zemi o 20–60 %, což hraje určitou roli v prevenci větru a ekologii vázání písku, ale zhutňování půdy během výstavby dočasně zvýší riziko eroze půdy větrem.
Pobřežní oblasti/oblasti s vysokým obsahem solné mlhy: Největší hrozbou je koroze solné mlhy. Vysoká vlhkost a prostředí s vysokým obsahem soli urychlí korozi kovů. Obyčejná uhlíková ocel nebo žárově{2}}pozinkované vrstvy jsou náchylné k rychlému selhání, což vede ke snížení pevnosti konzoly a ovlivňuje bezpečnost konstrukce.
Plošina/chladné oblasti: Cykly zmrazování{0}}rozmrazování snadno způsobují zkřehnutí materiálu, popraskání povlaku a odlupování spodní vrstvy. Velké teplotní rozdíly také zhorší namáhání povlaku.
Další extrémní podnebí: Tropické oblasti s vysokou vlhkostí jsou způsobeny především mokrou tepelnou korozí; oblasti s krupobitím, hustým sněhem a tajfuny se musí zaměřit na vysokou{0}}odolnost proti nárazu.
Obecně platí, že tradiční žárové zinkování-má nedostatečnou odolnost v drsném prostředí, zatímco nové materiály, jako napřzinek hliník hořčíkmají až 6-15krát vyšší odolnost proti korozi (obvykle asi 10krát), což výrazně prodlužuje životnost držáku.
III. Běžná materiálová řešení ocelových konstrukcí
Fotovoltaické držáky v současné době používají hlavně substráty z uhlíkové oceli, čímž se dosahuje antikorozní úpravy prostřednictvím povrchové úpravy, která se používá zejména v pozemních elektrárnách a průmyslových a komerčních střešních projektech. Následuje srovnání hlavních kategorií:
Žárově-galvanizovaná ocel (Q235/Q355 atd.)
Specifikace: Tloušťka 1,5-8 mm (pilotové základy silnější).
Výhody: Vysoká pevnost, nižší cena, dobrá houževnatost, vynikající seismické vlastnosti.
Nevýhody: Po zpracování je nutné žárové zinkování-ponořením, náklady na logistiku jsou vysoké; řezné plochy snadno tvoří výchozí body koroze; životnost je průměrná v drsném prostředí, jako je pobřeží a poušť.
Použitelné scénáře: Obecné vnitrozemské oblasti, systémy pevných konzol.
Životnost: Asi 25 let.
Ocel potažená zinkem-hliníkem-hořčíkem (Zn-Al-Mg) (rozvíjející se hlavní proud)
Charakteristika povlaku: Obsahuje Zn + Al (1,5-11%) + Mg (1,5-3%).
Hlavní výhody: Odolnost proti korozi je 6-15krát vyšší než u tradičního žárového zinkování-ponořením, se schopností samoopravy řezné hrany (samoopravy)-, vysoká odolnost proti opotřebení, šetrnost k životnímu prostředí a nízké znečištění; lze tvarovat za studena, snadné zpracování.
Nevýhody: Nevhodné pro vysokoteplotní svařování- (ovlivní místní pevnost), počáteční cena mírně vyšší.
Specifikace: Tloušťka 1,5-5mm, běžně používaná vysokopevnostní ocel S350GD, S420GD.
Použitelné scénáře: Velké pozemní elektrárny, pouště, přílivové oblasti, pobřežní a jiné projekty v drsném prostředí.
Životnost: Až 30-35 let, trendový produkt nahrazující žárové zinkování.
Nerez
Vysoká odolnost proti korozi, vhodný pro extrémně korozivní prostředí (jako jsou oblasti se silnou solnou mlhou). Dobrá síla, ale nejvyšší cena, patří k ne-mainstreamové ekonomické volbě, úzkému rozsahu použití.
Jiné materiály
Držáky z hliníkové slitiny: Lehké, se silnou odolností proti korozi, ale pevnostní a nákladové charakteristiky se liší, vhodné pro střešní projekty-citlivé na hmotnost.
Ocel odolná proti povětrnostním vlivům: Funguje dobře v atmosférickém prostředí, ale stále potřebuje další ochranné nátěry v oblastech s vysokým obsahem soli nebo znečištěných oblastech.
Návrhy na výběr: Cílený výběr materiálu + zahušťování nátěru + pravidelná údržba je hlavní strategií. V obecném atmosférickém prostředí se ocel odolná proti povětrnostním vlivům chová dobře; v oblastech s vysokou solnou mlhou nebo silným větrem a pískem upřednostněte ocel potaženou zinkem-hliníkem-hořčíkem a vhodně zvyšte tloušťku povlaku.
IV. Závěr a výhled do budoucna
Fotovoltaické ocelové konstrukce jsou klíčovou infrastrukturou pro zajištění dlouhodobé{0}}spolehlivé výroby energie v elektrárnách. S pokrokem v cílech se dvěma uhlíky a nárůstem velkých základních projektů se stále více zvyšují požadavky na dlouhou životnost materiálů držáků, vysokou odolnost proti korozi a nízkou-ochranu životního prostředí. Nové oceli s povlakem, jako je zinek-hliník-hořčík, rychle nahrazují tradiční žárové zinkování-ponořením a stávají se hlavním průmyslovým směrem. Při rozhodování o projektu- se doporučuje kombinovat specifické klimatické podmínky a náklady životního cyklu projektu (LCOE) pro komplexní posouzení, vybrat odpovídající řešení ocelových konstrukcí a přísně dodržovat normy pro návrh, konstrukci, provoz a údržbu, abyste dosáhli stabilního provozu po dobu delší než 25–30 let.
