Fotovoltaični nosilci (jeklene konstrukcije) služijo kot "okostje" fotovoltaičnih elektrarn, ki podpirajo celoten fotovoltaični niz, kar neposredno vpliva na varnost, učinkovitost proizvodnje električne energije in dolgoročno-obratovalno stabilnost elektrarne. Njihova projektirana življenjska doba mora običajno ustrezati celotni življenjski dobi fotovoltaične elektrarne (več kot 25 let). V zapletenih zunanjih okoljih morajo prenesti izzive, kot so obremenitve vetra, snega, korozije in drugih. Ta priročnik sistematično razvršča temeljne standarde, okoljsko prilagodljivost in glavne materialne rešitve za fotonapetostne jeklene konstrukcije ter pomaga razvijalcem projektov, EPC podjetjem in lastnikom pri znanstveni izbiri vrst.
I. Temeljni industrijski standardi in zahteve za načrtovanje
Zasnova in sprejemljivost fotonapetostnih nosilcev morata dosledno upoštevati ustrezne nacionalne in industrijske standarde, da se zagotovi konstrukcijska varnost in dolgo{0}}trajnost:
JG/T 490-2016 "Splošne tehnične zahteve za nosilce solarnih fotonapetostnih sistemov": To je proizvodni standard v gradbeništvu, ki jasno določa, da morajo imeti nosilci zadostno trdnost, togost in dobro odpornost proti-koroziji in-rjenju. Izbira materiala mora izpolnjevati zahteve proti koroziji. Izračuni in prevzem obremenitve vetra in gravitacijske obremenitve morajo biti v skladu z GB 50205-2020 "Specifikacija kakovosti gradnje jeklenih konstrukcij".
Načrtovana življenjska doba: nosilci za sledenje zemeljskih fotovoltaičnih elektrarn imajo na splošno načrtovano življenjsko dobo 25 let; Projekti gradnje integrirane fotovoltaike (BIPV) morajo biti skladni z življenjsko dobo glavne zgradbe. Stopnja strukturne varnosti je običajno tretja stopnja.
Pro-protikorozijske zahteve in zahteve za temelje: za nosilce je treba uporabiti proti-korozijske in-proti{2}}materiale, vijačne povezave morajo biti zanesljive (-sorniki visoke trdnosti so v skladu s standardom JGJ 82), za temelje pa je treba uporabiti beton nad C25. Sprejem projekta se osredotoča na preverjanje odpornosti proti vetru in zmogljivosti potresne odpornosti.
Ujemanje garancije za moč: Fotovoltaični moduli običajno zagotavljajo 25-letno linearno garancijo za moč (prvo leto dušenja 2-3 %, nato 0,5-0,65 % na leto, moč ne manj kot 80-81,4 % po 25 letih). Visokokakovostni nosilci jeklene konstrukcije, skozivroče-cinkanjeali cink-aluminij-magnezij in druge proti-korozijske obdelave lahko dosežejo 25-30 let ali celo daljšo življenjsko dobo.
Trenutni trendi v industriji poudarjajo uporabo okolju prijaznih materialov, kot je nadomeščanje nekaterih tradicionalnih vročih-cinkanj s cink-aluminijevimi-magnezijevimi premazi za boljše izpolnjevanje ciljev ogljične nevtralnosti in dolgoročno-potreb po stabilnem delovanju.
II. Načini odpovedi in izzivi v različnih podnebnih okoljih
Fotovoltaične jeklene konstrukcije so dolgo-izpostavljene na prostem, dovzetne za korozijo, veter in pesek, zmrzovanje-taljenje in druge dejavnike. Načini napak se v različnih regijah močno razlikujejo:
Puščavska/sušna območja (kot so severozahodni Gobi, puščave): večinoma se soočajo s težavami zaradi vetra in peska ter kopičenja prahu. Tokovi vetra in peska bodo povzročili kopičenje prahu na površinah komponent, erozijo in abrazijo ter strukturne poškodbe, kar bo zmanjšalo učinkovitost proizvodnje električne energije; površinska erozija in akumulacija še poslabšata vetrno erozijo. Premazi za jeklene konstrukcije so nagnjeni k pospešeni obrabi zaradi udarcev peska. Omeniti velja, da lahko fotonapetostni nizi zmanjšajo-hitrost vetra pri tleh za 20–60 %, kar ima določeno vlogo pri preprečevanju vetra in ekologiji pritrjevanja peska, vendar bo zbijanje tal med gradnjo začasno povečalo tveganje vetrne erozije tal.
Obalna/območja z visoko slano meglo: korozija v slani megli je največja grožnja. Okolje z visoko vlažnostjo in veliko soli bosta pospešila korozijo kovin. Običajno ogljikovo jeklo ali vroče{2}}pocinkane plasti so nagnjene k hitrim okvaram, kar vodi do zmanjšane trdnosti nosilca in vpliva na konstrukcijsko varnost.
Planota/hladna območja: cikli zamrzovanja-taljenja zlahka povzročijo krhkost materiala, razpoke prevleke in luščenje hrbtne plošče. Velike temperaturne razlike bodo prav tako povečale obremenitev premaza.
Druga ekstremna podnebja: Tropska območja z visoko vlažnostjo so večinoma mokra toplotna korozija; območja s točo, močnim sneženjem, tajfunom se morajo osredotočiti na -zasnovo odpornosti na udarce z visoko trdnostjo.
Na splošno tradicionalno vroče cinkanje ni dovolj trpežno v težkih okoljih, novi materiali, kot je npr.cink aluminij magnezijimajo do 6-15-krat večjo odpornost proti koroziji (običajno približno 10-krat), kar znatno podaljša življenjsko dobo nosilca.
III. Rešitve materialov za glavne jeklene konstrukcije
Trenutno fotonapetostni nosilci večinoma uporabljajo podlage iz ogljikovega jekla, ki zagotavljajo proti-korozijo s površinsko obdelavo, ki se večinoma uporablja v zemeljskih elektrarnah ter industrijskih in komercialnih strešnih projektih. Sledi primerjava glavnih kategorij:
Vroče{0}}cinkano jeklo (Q235/Q355 itd.)
Specifikacije: Debelina 1,5-8 mm (temelji pilotov debelejši).
Prednosti: visoka trdnost, nižja cena, dobra žilavost, odlična potresna učinkovitost.
Slabosti: po predelavi je potrebno vroče-cinkanje, logistični stroški so visoki; rezane površine zlahka tvorijo izhodišča korozije; vzdržljivost je povprečna v težkih okoljih, kot sta obala in puščava.
Veljavni scenariji: splošna celinska območja, fiksni sistemi nosilcev.
Življenjska doba: približno 25 let.
Jeklo, prevlečeno s cinkom-aluminijem-magnezijem (Zn-Al-Mg) (nastajajoče mainstream)
Lastnosti premaza: Vsebuje Zn + Al (1,5-11%) + Mg (1,5-3%).
Glavne prednosti: odpornost proti koroziji je 6-15-krat večja kot pri tradicionalnem vročem-cinkanju, z zmožnostjo samo-popravljanja (samo-popravljanja) odrezanega roba, močna odpornost proti obrabi, okolju prijazno in nizko onesnaževanje; lahko hladno oblikovana, enostavna obdelava.
Slabosti: Ni primerno za visoko{0}}temperaturno varjenje (vplivalo bo na lokalno trdnost), začetna cena je nekoliko višja.
Tehnični podatki: Debelina 1,5-5 mm, pogosto uporabljeno jeklo visoke trdnosti S350GD, S420GD.
Veljavni scenariji: velike zemeljske elektrarne, puščave, plimovanje, obalni in drugi projekti v težkem okolju.
Življenjska doba: do 30-35 let, trendovski izdelek, ki nadomešča vroče cinkanje.
Nerjaveče jeklo
Visoka odpornost proti koroziji, primerna za izjemno korozivna okolja (kot so območja z močno slano meglo). Dobra trdnost, vendar najvišja cena, sodi v ne-glavno gospodarsko izbiro, ozek obseg uporabe.
Drugi materiali
Nosilci iz aluminijeve zlitine: lahki, močna odpornost proti koroziji, vendar so značilnosti trdnosti in stroškov drugačne, primerne za-občutljive strešne projekte.
Jeklo, odporno na vremenske vplive: dobro se obnese v atmosferskih okoljih, vendar še vedno potrebuje dodatne zaščitne premaze na območjih z veliko soli ali onesnaženih območjih.
Predlogi za izbiro: Ciljna izbira materiala + zgoščevanje premaza + redno vzdrževanje je glavna strategija. V splošnih atmosferskih okoljih se jeklo, odporno na vremenske vplive, dobro obnese; v območjih z visoko slano meglo ali močnim vetrom in peskom dajte prednost jeklu, prevlečenemu s cinkom-aluminijem-magnezijem, in ustrezno povečajte debelino nanosa.
IV. Zaključek in prihodnost
Fotovoltaične jeklene konstrukcije so ključna infrastruktura za zagotavljanje-dolgoročne zanesljive proizvodnje električne energije v elektrarnah. Z napredkom ciljev z dvojnim ogljikom in povečanjem števila velikih osnovnih projektov so zahteve za dolgo življenjsko dobo materialov nosilcev, visoko korozijsko odpornost in nizko{2}}ogljično zaščito okolja vse bolj povišane. Nova prevlečena jekla, kot je cink-aluminij-magnezij, hitro nadomeščajo tradicionalno vroče-cinkanje in postajajo glavna usmeritev industrije. Pri odločanju-o projektu je priporočljivo združiti posebne podnebne razmere in stroške življenjskega cikla projekta (LCOE) za celovito oceno, izbrati ustrezne rešitve jeklene konstrukcije in strogo upoštevati standarde za načrtovanje, gradnjo ter delovanje in vzdrževanje, da se doseže stabilno delovanje več kot 25-30 let.
