Pasaulinė fotovoltinės (PV) pramonė sparčiai auga, o jos įrengimo scenarijai plečiasi visame pasaulyje. Ši augimo tendencija kelia griežtesnius saulės energijos montavimo sistemų veikimo reikalavimus. Saulės energijos montavimo medžiagos ne tik atlaiko PV modulių svorį, bet ir ilgą laiką būna atviros lauke. Jų ilgaamžiškumas, atsparumas korozijai ir ekonomiškumas{3}}tiesiogiai lemia visos fotovoltinės sistemos veikimo stabilumą ir tarnavimo laiką. Karštai cinkuotas (HDG) plienas yra subrendusi ir patikima antikorozinė medžiaga, todėl dėl puikaus bendro veikimo jį plačiai naudojame saulės energijos montavimo konstrukcijose. Šiame straipsnyje mes sutelkiame dėmesį į tai, kaip galite pasirinkti cinkuotą plieną ir jo rūšis, skirtas montuoti nuo saulės. Mes remiamės viešai prieinamais CNKI (China National Knowledge Infrastructure) duomenimis, kad paaiškintume HDG plieno principus, pranašumus, taikymo atvejus ir parinkimo būdus saulės energijos montavimo sistemose.
1. Įvadas: platus karštojo cinkavimo taikymas montuojant saulės energiją
Fotovoltinės energijos gamyba yra pagrindinė pasaulinės „dvigubos anglies“ strategijos dalis ir pastaraisiais metais sparčiai vystėsi. Dabar statome fotoelektrines įvairiose aplinkose – nuo dykumų ir lygumų iki stogų ir pakrančių zonų. Saulės tvirtinimo sistemos, kurios ištisus metus laikomos lauke, susiduria su įvairiais koroziniais veiksniais-, įskaitant vėją, lietų, ultravioletinę spinduliuotę, drėgmę ir druskos purslą (ypač pakrančių regionuose). Remiantis atitinkamais CNKI tyrimais, PV sistemų eksploatavimo laikas paprastai turi būti ne trumpesnis nei 25 metai, o tvirtinimo medžiagų atsparumas korozijai yra pagrindinis veiksnys, turintis įtakos ilgalaikiam stabiliam sistemos veikimui.
Karštas cinkavimas yra klasikinis metalo antikorozinis{0}}procesas. Dėl brandaus meistriškumo, stabilaus veikimo ir ekonomiškumo mes jį plačiai naudojame montuodami nuo saulės. CNKI statistiniai duomenys rodo, kad daugiau nei 70 % didelio-masto antžeminių-įrengiamų PV stočių ir 60 % paskirstytų PV projektų Kinijoje naudoja HDG plieną kaip pagrindinę tvirtinimo konstrukcijų medžiagą. Šis plačiai paplitęs naudojimas yra glaudžiai susijęs su puikiu HDG plieno atsparumu korozijai: jis veiksmingai išsprendžia priešlaikinės korozijos ir plieninių laikiklių pažeidimo problemą atšiaurioje lauko aplinkoje, užtikrindamas, kad PV moduliai veiktų saugiai ir stabiliai per visą savo tarnavimo laiką.
2. Kaip veikia karštasis cinkavimas
Saulėje montuojamo plieno karštojo cinkavimo procesas yra metalurginis sujungimo procesas. Ant plieno paviršiaus suformuojame apsauginį cinko sluoksnį, panardindami iš anksto apdorotą plieną į išlydytą cinką. Remiantis CNKI literatūroje pateiktomis techninėmis specifikacijomis, visą procesą sudaro keturi pagrindiniai etapai: išankstinis paviršiaus apdorojimas, išlydyto cinko panardinimas, aušinimas ir tolesnis apdorojimas. Kiekvienas veiksmas tiesiogiai veikia cinko sluoksnio kokybę ir galutinio produkto antikorozinį poveikį.
Pirmiausia darbuotojai iš anksto apdoroja saulės elementų montavimo plieno paviršių. Šis veiksmas apima riebalų šalinimą, rūdžių šalinimą ir srautą, kuris pašalina aliejaus dėmes, rūdis ir oksidų sluoksnius nuo plieno paviršiaus, -užtikrinant, kad cinko sluoksnis tvirtai susilies su plieniniu pagrindu. Tada jie panardina iš anksto apdorotą plieną į išlydyto cinko vonią, kurioje reguliuojame 460-480 laipsnių temperatūrą. Esant šiai aukštai temperatūrai, tarp plieno paviršiuje esančios geležies ir cinko įvyksta eilė metalurginių reakcijų, tarp plieno pagrindo ir paviršinio cinko sluoksnio susidaro tankus lydinio sluoksnis (daugiausia Fe-Zn intermetaliniai junginiai). Galiausiai darbuotojai išima plieną iš cinko vonios, kad jį atvėsintų, o tada atlieka pasyvavimo apdorojimą, kad dar labiau pagerintų cinko sluoksnio atsparumą korozijai ir išvaizdos kokybę. Viso proceso metu susidaro trijų sluoksnių struktūra: „plieninis pagrindas – lydinio sluoksnis – grynas cinko sluoksnis“, kuri užtikrina visapusišką plieno apsaugą.
3. Pagrindiniai HDG plieno privalumai montuoti nuo saulės
Derinant atitinkamus dokumentus iš CNKI ir pramonės standartų, HDG plienas suteikia tris pagrindinius saulės energijos montavimo privalumus{0}}privalumų, kurių negali prilygti daugelis kitų medžiagų.
Pirma, HDG plienas turi puikų atsparumą korozijai. Cinko sluoksnis, suformuotas karštojo cinkavimo būdu, efektyviai izoliuoja plieninį pagrindą nuo išorinės korozinės aplinkos, tokios kaip deguonis, vandens garai ir druskos purslai. Cinkas taip pat suteikia apsaugą nuo anodo: net jei cinko sluoksnis iš dalies subraižytas, cinkas pirmiausiai korozuojasi, o tai apsaugo plieno pagrindą nuo rūdžių. CNKI bandymo duomenys rodo, kad vidutinis HDG sluoksnių storis, skirtas montuoti nuo saulės, yra ne mažesnis kaip 55 μm, o tai atitinka nacionalinį standartą GB 50797-2012. Jo korozijos greitis bendroje lauko aplinkoje yra mažesnis nei 0,01 mm per metus, todėl jis gali veiksmingai atsispirti korozijai 20-25 metus, visiškai atitinkantis PV sistemų eksploatavimo trukmės reikalavimus. Pakrančių aplinkoje, kurioje yra daug druskos, galite padidinti cinko sluoksnio storį iki daugiau nei 100 μm, kad dar labiau pagerintumėte atsparumą korozijai ir prailgintumėte tarnavimo laiką iki daugiau nei 30 metų.
Antra, HDG plienas turi stiprų cinko sluoksnio sukibimą. HDG cinko sluoksnis susidaro per metalurginę reakciją su plieniniu pagrindu, integruodamasis su plienu ir pasižymi itin stipriu sukibimu. CNKI bandymo duomenys rodo, kad HDG sluoksnių sukibimas gali siekti daugiau nei 10 MPa, o tai yra daug didesnis nei 3 MPa sukibimo reikalavimas saulės montavimo medžiagoms. Net esant vėjo apkrovoms, vibracijai ir temperatūros pokyčiams ilgai{5}}naudojant, jis lengvai nenulupa ir nenukrenta,-užtikrindamas tvirtinimo sistemos konstrukcinį stabilumą.
Trečia, HDG plienas turi ilgą tarnavimo laiką ir mažas priežiūros išlaidas. Jis pasižymi puikiu atsparumu oro sąlygoms ir korozijai, išlaiko stabilų veikimą atšiaurioje lauko aplinkoje, pavyzdžiui, aukštoje temperatūroje, žemoje temperatūroje, drėgmei ir druskos purškimui. Per 25 -metų fotovoltinės sistemos eksploatavimo laiką jai iš esmės nereikia jokios papildomos antikorozinės priežiūros, o tai labai sumažina fotovoltinės stoties eksploatavimo ir priežiūros išlaidas. Palyginti su kitais antikoroziniais metodais (pvz., dažymu), HDG plienas gali sutaupyti daugiau nei 60 % priežiūros išlaidų per visą jo tarnavimo laiką, o tai suteikia akivaizdžių ekonominių pranašumų.
4. HDG plienas ir elektro{2}}cinkuotas plienas, skirtas montuoti nuo saulės
Kai pasirenkate cinkuotą plieną montuoti nuo saulės, HDG plienas ir elektro{0}}cinkuotas plienas yra du dažniausiai pasitaikantys variantai. Tačiau jie labai skiriasi dėl korozijos poveikio, kainos ir taikomų scenarijų. Žemiau pateikiame išsamų palyginimą, pagrįstą CNKI duomenimis ir tyrimų rezultatais.
Kalbant apie korozijos poveikį, elektro-cinkuoto plieno cinko sluoksnis paprastai yra 5-30 μm storio-daug plonesnis nei HDG plieno (didesnis arba lygus 55 μm). Elektro-cinkuotas sluoksnis susidaro fiziškai nusėdus, todėl jo sukibimas su plieniniu pagrindu yra silpnas, todėl jį lengva nulupti atšiaurioje lauko aplinkoje. CNKI bandymų duomenys rodo, kad elektro-cinkuoto plieno eksploatavimo laikas lauke yra tik 5-10 metų, o tai neatitinka PV sistemų 25 metų eksploatavimo trukmės reikalavimo. Priešingai, HDG plienas turi storą cinko sluoksnį ir stiprią sukibimą, jo eksploatavimo laikas lauke yra 2–5 kartus didesnis nei elektrocinkuoto plieno. Jo pranašumai ypač akivaizdūs korozijos sukeliančiose aplinkose, tokiose kaip pakrantės zonos.
Kalbant apie kainą, elektro-cinkuoto plieno vieneto kaina yra 10 %-15 % mažesnė nei HDG plieno. Tačiau iš viso -gyvenimo ciklo sąnaudų perspektyvos HDG plienas yra ekonomiškesnis{7}}. Elektro-cinkuoto plieno pakartotinė antikorozinė priežiūra-reikia{12}}kas 3–5 metus, o priežiūros išlaidos yra didelės. CNKI kaštų analizės duomenys rodo, kad bendra elektrocinkuoto plieno kaina (įskaitant medžiagų ir priežiūros išlaidas) per 25 eksploatavimo metus yra 1,8-2,2 karto didesnė nei HDG plieno. Todėl, nors HDG plienui reikia didesnių pradinių investicijų, ilgainiui jis sutaupo daug priežiūros išlaidų.
Kalbant apie taikomus scenarijus, elektro-cinkuotas plienas yra prastai atsparus korozijai, todėl jis tinkamas tik mažai -koroziuojančioje aplinkoje, pvz., patalpose paskirstytuose PV projektuose arba vietose, kuriose yra sausas klimatas ir švarus oras. Tačiau HDG plienas puikiai pritaikomas, todėl jį galite plačiai naudoti įvairiuose fotovoltinės energijos įrengimo scenarijuose,-įskaitant dykumose ir paprastose žemėse{4}}montuojamas fotovoltinės energijos stotis, ant stogo paskirstomus PV projektus ir pakrantės didelio-druskos PV projektus. Ypač pakrančių zonose HDG plienas yra tinkamiausia medžiaga montuoti nuo saulės, nes jis puikiai atsparus druskos purškiamai korozijai.
5. Kaip pasirinkti cinkuotą plieną ir jo rūšis montuoti nuo saulės
Renkantis cinkuotą plieną montuoti nuo saulės, reikia visapusiškai atsižvelgti į montavimo aplinką, eksploatavimo trukmės reikalavimus, konstrukcijos laikomąją galią ir sąnaudų veiksnius. Remiantis CNKI tyrimų rezultatais ir pramonės standartais, čia pateikiami pagrindiniai dalykai, kuriuos turėtumėte atsiminti.
Pirma, pagal korozijos aplinką nustatykite cinkuoto plieno tipą. Bendrai lauko aplinkai (pvz., vidaus lygumose ir stogams) galite rinktis įprastą HDG plieną, kurio cinko sluoksnio storis ne mažesnis kaip 55 μm (atitinka GB 50797-2012). Didelės-korozijos aplinkoje, pvz., pakrantėse ir pramoninėse zonose, turėtumėte rinktis storintą HDG plieną (cinko sluoksnio storis didesnis arba lygus 100 μm) arba karštai{7}}cinkuotą aliuminį-magnio plieną{10}}, šios medžiagos yra atsparesnės korozijai nei tradicinis HDG plienas. Nerekomenduojame elektrocinkuoto plieno lauko PV projektams dėl prasto atsparumo korozijai.
Antra, pasirinkite tinkamą cinkuoto plieno rūšį pagal laikomosios galios reikalavimus. Pagal pramonės standartą NB/T 10642-2021, įrašytą CNKI, nuo saulės montuojamas plienas turėtų būti naudojamas Q235, Q355 ir S550 markių, kurių kokybė atitinka nacionalinius standartus, pvz., GB/T 700 ir GB/T 1591. Mažiems ir vidutiniams{10}}plokštelių reikalavimams, paskirstytiems HD5 klasės HD 2, 5 laipsniai. plienas yra geras pasirinkimas, nes jis pasižymi mažomis sąnaudomis ir stabiliu veikimu. Didelio masto-įžeminamiems-PV laikikliams ir sekimo kronšteinams, kuriems keliami dideli laikomosios galios reikalavimai, tinkamesnis Q355 klasės HDG plienas,{16}}kuris turi didesnį stiprumą ir kietumą, geriau atitinka konstrukcijos stabilumo reikalavimus. PV projektams, kuriems taikomi specialūs reikalavimai, pvz., lengvas ir didelis stiprumas, galite pasirinkti S550 klasės didelio stiprumo HDG plieną, tačiau turėtumėte visapusiškai atsižvelgti į kainą.
Trečia, atkreipkite dėmesį į cinkuoto sluoksnio kokybę. Kai pasirenkate HDG plieną montuoti nuo saulės, turite patikrinti, ar cinko sluoksnio storis, sukibimas ir vienodumas atitinka nacionalinius standartus. Pagal CNKI užregistruotus bandymo metodus galite naudoti storio matuoklį cinko sluoksnio storiui nustatyti, o įbrėžimų metodą – sukibimui patikrinti. Tuo pačiu metu rinkitės įprastų gamintojų produktus su išsamiomis kokybės tikrinimo ataskaitomis, kad užtikrintumėte stabilią gaminio kokybę.
6. Taikymo atvejis: HDG plienas pakrantės PV projektuose
Pakrantės zonos, kuriose yra didelė oro drėgmė ir didelė druskos purškimo koncentracija, yra tipiškos didelės-korozijos-aplinkos, kuriose keliami itin aukšti saulės energijos montavimo medžiagų atsparumo korozijai reikalavimai. Paimkime Sanhang Dongying ofshore PV projektą kaip pavyzdį. Šis projektas, esantis Bohai įlankos pakrantėje, susiduria su stipria druskos purškimo korozija ir atšiauriomis aplinkos sąlygomis. Projekto komanda pagrindine saulės sistemos montavimo medžiaga pasirinko sutirštintą HDG plieną ir optimizavo cinkavimo procesą, kad būtų užtikrintas kronšteinų atsparumas korozijai.
Remiantis CNKI įrašytais projekto eksploatavimo duomenimis, projekte naudojami HDG plieno laikikliai yra pagaminti iš Q355B klasės plieno, kurio cinko sluoksnio storis yra 100-120 μm (atitinka GB/T 13912{10}}2020). Po vienerių eksploatavimo metų laikiklio paviršiai neparodė rūdžių, lupimo ar kitų problemų, o cinko sluoksnio išlaikymas viršijo 95%. Laikikliai išlaikė gerą konstrukcinį stabilumą, neparodė jokių deformacijų ar pažeidimų dėl jūros vėjo ir druskos purslų. Palyginti su originaliu dvigubu antikoroziniu planu „cinkavimas + dažymas“, naudojant HDG plieną ne tik sumažėjo konstrukcijos sudėtingumas ir kaina, bet ir pagerėjo tvirtinimo sistemos patvarumas. Šis atvejis visiškai įrodo, kad HDG plienas puikiai prisitaiko ir atsparus korozijai atšiaurioje pakrantės aplinkoje, kurioje yra daug druskos, todėl jis yra ideali medžiaga pakrančių saulės energijos montavimo sistemoms.
7. Išvada
Kadangi PV pramonė ir toliau plečiasi, o montavimo scenarijai tampa vis įvairesni, saulės energijos montavimo medžiagų eksploatacinių savybių reikalavimai tampa vis aukštesni. Dėl puikaus atsparumo korozijai, tvirto cinko sluoksnio sukibimo, ilgo tarnavimo laiko ir didelio ekonomiškumo, karštai cinkuotas plienas tapo pageidaujama medžiaga saulės kolektorių montavimo sistemoms. Lyginant su elektro-cinkuotu plienu, HDG plienas turi akivaizdžių pranašumų dėl korozijos poveikio ir ilgalaikio
Renkantis cinkuotą plieną montuoti nuo saulės, turite pasirinkti cinkuoto plieno tipą (HDG plienas yra pageidautinas lauko projektams), atsižvelgiant į korozijos aplinką, pasirinkti tinkamą klasę (pvz., Q235, Q355, S550) pagal laikomosios galios reikalavimus ir daug dėmesio skirti cinkuoto sluoksnio kokybei. Pakrantės fotovoltinės energijos projekto atvejis rodo, kad HDG plienas gali veiksmingai prisitaikyti prie atšiaurių aplinkos, pvz., daug druskos purškimo, užtikrinant ilgalaikį stabilų PV sistemų veikimą.
Apibendrinant galima pasakyti, kad karštai panardintas cinkuotas plienas visiškai atitinka saulės kolektorių sistemų veikimo reikalavimus dėl atsparumo korozijai, konstrukcijos stabilumo ir ekonomiškumo{0}}, todėl jis yra idealus pasirinkimas saulės energijos montavimo medžiagoms. Nuolat tobulėjant galvanizavimo technologijai, HDG plienas bus plačiau naudojamas pasaulinėje fotovoltinės energijos pramonėje, o tai suteiks tvirtą paramą tvariam fotovoltinės energijos sektoriaus vystymuisi.
