Els suports fotovoltaics (estructures d'acer) serveixen com a "esquelet" de les centrals fotovoltaiques, que donen suport a tota la matriu fotovoltaica, afectant directament la seguretat, l'eficiència de generació d'energia i l'estabilitat operativa-a llarg termini de la central. La seva vida útil de disseny normalment ha de coincidir amb la vida total de la central fotovoltaica (més de 25 anys). En entorns exteriors complexos, han de suportar reptes com ara càrregues de vent, càrregues de neu, corrosió i altres. Aquesta guia classifica sistemàticament els estàndards bàsics, l'adaptabilitat ambiental i les solucions de materials principals de les estructures d'acer fotovoltaic, ajudant els desenvolupadors de projectes, les empreses EPC i els propietaris a seleccionar científicament els tipus.
I. Estàndards bàsics de la indústria i requisits de disseny
El disseny i l'acceptació dels suports fotovoltaics han de seguir estrictament els estàndards nacionals i de la indústria pertinents per garantir la seguretat estructural i la durabilitat-a llarg termini:
JG/T 490-2016 "Requisits tècnics generals per als suports del sistema solar fotovoltaic": aquest és un estàndard de producte en el sector de la construcció, que estipula clarament que els suports han de tenir prou força, rigidesa i bones capacitats anticorrosió i anticorrosió. La selecció del material ha de complir els requisits anticorrosió. Els càlculs i l'acceptació de la càrrega del vent i de la gravetat han de complir amb el GB 50205-2020 "Especificació d'acceptació de la qualitat de la construcció d'enginyeria d'estructures d'acer".
Vida útil de disseny: els suports de seguiment de les centrals fotovoltaiques terrestres solen tenir una vida útil de disseny de 25 anys; Els projectes de fotovoltaica integrada en edificis (BIPV) han de ser coherents amb la vida útil de l'estructura principal de l'edifici. El nivell de seguretat estructural sol ser el nivell tres.
Requisits anti-corrosió i fonamentació: els suports han d'utilitzar materials anticorrosió i anticorrosió-, les connexions dels cargols han de ser fiables (els cargols-d'alta resistència compleixen l'estàndard JGJ 82) i els fonaments han d'utilitzar formigó per sobre de C25. L'acceptació del projecte se centra a examinar la resistència al vent i les capacitats de resistència sísmica.
Coincidència de la garantia d'energia: els mòduls fotovoltaics solen oferir una garantia de potència lineal de 25 -anys (atenuació del primer any 2-3%, després 0,5-0,65% anual, potència no inferior al 80-81,4% després de 25 anys). Suports d'estructura d'acer d'alta qualitat, passantgalvanització per immersió-calento zinc-alumini-magnesi i altres tractaments anticorrosió-, poden assolir una vida útil de 25 a 30 anys o fins i tot més.
Les tendències actuals del sector posen l'accent en l'aplicació de materials respectuosos amb el medi ambient, com ara la substitució d'alguns-galvanitzats en calent tradicionals per recobriments de zinc{-alumini-magnesi per assolir millor els objectius de neutralitat de carboni i les necessitats d'operació estable a-a llarg termini.
II. Modes de falla i reptes en diferents entorns climàtics
Les estructures d'acer fotovoltaic estan exposades-a llarg termini a l'exterior, susceptibles a la corrosió, el vent i la sorra, la congelació-descongelació i altres factors. Els modes d'error varien significativament en diferents regions:
Àrees desèrtiques/àrides (com ara el nord-oest de Gobi, deserts): s'enfronten principalment a problemes d'abrasió del vent i de la sorra i acumulació de pols. El vent i el flux de sorra provocaran acumulació de pols a les superfícies dels components, erosió i abrasió i danys estructurals, reduint l'eficiència de generació d'energia; l'erosió superficial i l'acumulació agreugen encara més l'erosió eòlica. Els recobriments d'estructura d'acer són propensos a un desgast accelerat a causa dels impactes de partícules de sorra. Val la pena assenyalar que les matrius fotovoltaiques poden reduir entre un 20 i un 60% la velocitat del vent prop del -terra, jugant un paper determinat en la prevenció del vent i l'ecologia de fixació de la sorra, però la compactació del terreny durant la construcció augmentarà temporalment el risc d'erosió del vent del sòl.
Zones costaneres/de boira salada alta: la corrosió de la boira salada és la major amenaça. Els ambients d'alta humitat i de sal acceleraran la corrosió del metall. Les capes d'acer al carboni normals o galvanitzades en calent-són propenses a fallar ràpidament, la qual cosa redueix la resistència del suport i afecta la seguretat estructural.
Àrees de l'altiplà/fredes: els cicles de congelació-descongelació causen fàcilment la fragilitat del material, l'esquerda del recobriment i el despreniment del full posterior. Les grans diferències de temperatura també agreujaran l'estrès del recobriment.
Altres climes extrems: les zones tropicals d'alta humitat són principalment corrosió per calor humit; Les zones de calamarsa, neu intensa i tifó s'han de centrar en un disseny de resistència a l'impacte d'alta-resistencia.
En general, la galvanització en calent-tradicional té una durabilitat insuficient en entorns durs, mentre que els nous materials com arazinc alumini magnesitenen una resistència a la corrosió de fins a 6-15 vegades més gran (generalment unes 10 vegades), allargant significativament la vida útil del suport.
III. Solucions principals de materials d'estructura d'acer
Actualment, els suports fotovoltaics utilitzen principalment substrats d'acer al carboni, aconseguint anti-corrosió mitjançant el tractament superficial, aplicat principalment en centrals elèctriques terrestres i projectes de cobertes industrials i comercials. A continuació es fa una comparació de les categories principals:
Acer galvanitzat en calent-(Q235/Q355, etc.)
Especificacions: gruix 1,5-8 mm (fonaments de pila més gruixuts).
Avantatges: alta resistència, menor cost, bona tenacitat, excel·lent rendiment sísmic.
Desavantatges: després del processament, es requereix galvanització en calent-, els costos logístics són elevats; les superfícies tallades formen fàcilment els punts de partida de la corrosió; la durabilitat és mitjana en entorns durs com ara costaners i deserts.
Escenaris aplicables: zones generals interiors, sistemes de suport fix.
Vida: uns 25 anys.
Acer recobert de zinc-alumini-magnesi (Zn-Al{-Mg) (corrent principal emergent)
Característiques del recobriment: Conté Zn + Al (1,5-11%) + Mg (1,5-3%).
Avantatges bàsics: la resistència a la corrosió és 6-15 vegades la de la galvanització per immersió en calent-tradicional, amb capacitat d'auto-reparació (auto-reparació), forta resistència al desgast, respectuós amb el medi ambient i baixa contaminació; pot ser format en fred, fàcil de processar.
Inconvenients: no apte per a soldadura a -alta temperatura (afectarà la força local), preu inicial lleugerament superior.
Especificacions: gruix 1,5-5 mm, acer d'alta resistència S350GD, S420GD d'ús habitual.
Escenaris aplicables: grans centrals elèctriques terrestres, deserts, planes de marea, projectes costaners i altres projectes de medi ambient dur.
Vida útil: fins a 30-35 anys, un producte de tendència que substitueix la galvanització en calent.
Acer inoxidable
Alta resistència a la corrosió, adequada per a entorns extremadament corrosius (com ara zones de boira salada forta). La bona força, però el cost més alt, pertany a una opció econòmica no-principal, un rang d'aplicacions reduït.
Altres materials
Suports d'aliatge d'alumini: lleugers i amb una forta resistència a la corrosió, però les característiques de resistència i cost són diferents, adequades per a projectes de sostre sensibles al pes-.
Acer resistent a la intempèrie: funciona bé en entorns atmosfèrics, però encara necessita recobriments protectors addicionals en zones molt salines o contaminades.
Suggeriments de selecció: l'estratègia bàsica és la selecció de material dirigida + l'engrossiment del recobriment + el manteniment regular. En entorns atmosfèrics generals, l'acer meteoritzat funciona bé; en zones de boira salada alta o fort vent i sorra, prioritzeu l'acer recobert de zinc-alumini-magnesi i augmenteu adequadament el gruix del recobriment.
IV. Conclusió i perspectives de futur
Les estructures d'acer fotovoltaic són una infraestructura clau per garantir-la generació d'energia fiable a llarg termini de les centrals elèctriques. Amb l'avenç dels objectius de carboni dual i l'augment dels grans projectes de base, els requisits per a la llarga vida útil dels materials de suport, l'alta resistència a la corrosió i la protecció ambiental de baix-carboni són cada cop més elevats. Els nous acers recoberts, com ara el zinc-alumini-magnesi, estan substituint ràpidament la galvanització en calent-tradicional i s'estan convertint en la direcció principal de la indústria. En la presa de decisions del projecte-, es recomana combinar les condicions climàtiques específiques i els costos del cicle de vida del projecte (LCOE) per a una avaluació completa, seleccionar solucions d'estructura d'acer coincidents i seguir estrictament els estàndards de disseny, construcció, operació i manteniment per aconseguir un funcionament estable de més de 25-30 anys.
