Fotonaponski vijci: vrste, materijali i vodič za odabir

Fotonaponski vijci su pričvrsni elementi koji učvršćuju solarne panele, montažne tračnice, okvire regala i sidra za tlo u cjeloviti, strukturalno čvrst fotonaponski sustav. Nisu generički vijci iz trgovine hardverom. Vanjsko okruženje u kojem solarna instalacija radi - UV zračenje, termalni ciklusi od -40°C do 85°C, obalni slani sprej ili industrijsko zagađenje - postavlja zahtjeve za pričvršćivače koje obični ugljični čelik ne može zadovoljiti tijekom životnog vijeka sustava od 25-30 godina.

Odabir pogrešnog razreda vijka ili materijala može dovesti do galvanske korozije, otpuštanja pod opterećenjem vjetra ili strukturalnog kvara koji poništava jamstvo za opremu i stvara sigurnosne opasnosti. Ovaj vodič pokriva vrste, materijale, standarde, zahtjeve zakretnog momenta i kriterije odabira koji su najvažniji u stvarnim PV instalacijama.

Gdje se fotonaponski vijci koriste u solarnom sustavu

Tipični krovni ili prizemni fotonaponski sustav koristi pričvrsne elemente na više strukturnih spojeva, svaki s različitim zahtjevima opterećenja i uvjetima izloženosti:

• Stezni vijci za ploču: Pričvrstite središnje stezaljke i krajnje stezaljke koje drže okvir ploče na montažnu šinu. Oni viđaju najčešće toplinske cikluse jer temperature panela fluktuiraju dnevno.
• Spajanje tračnica i vijci tračnica-nosač: Spojite dijelove tračnica i pričvrstite tračnice na krovne nosače ili uzemljene stupove. Kritično za prijenos opterećenja vjetrom i snijegom kroz konstrukciju.
• Vijci za probijanje krova: Učvrstite opšivne nosače ili balastne noge na krovne grede. Zahtijevajte nehrđajući čelik za sprječavanje mrlja od hrđe i korozije unutar krovne konstrukcije.
• Anker vijci za ugradnju na tlo: Učvrstite zabijene pilote, spiralna sidra ili betonske temelje na okvir regala. Često najveći pričvrsni elementi u sustavu — M16 do M24 u velikim instalacijama komunalnih razmjera.
• Montažni vijci pretvarača i kombinirane kutije: Pričvrstite električna kućišta na zidove ili okvire. Zahtijevajte električnu izolaciju u nekim konfiguracijama kako biste izbjegli lutajuće struje.
• Hardver za spajanje uzemljenja: Vijci s nazubljenom prirubnicom ili spojnice za uzemljenje probijaju anodiziranu površinu aluminijskih tračnica kako bi se uspostavio električni kontinuitet.

Tipovi vijaka koji se obično koriste u fotonaponskim sustavima regala

Proizvođači fotonaponskih regala dizajniraju svoje sustave oko specifičnih geometrija vijaka koji omogućuju brzu ugradnju i pouzdano stezanje bez pretjeranog zatezanja tankih aluminijskih profila. Najčešći tipovi su:

Odabir materijala: Zašto nehrđajući čelik dominira fotonaponskim spojnicama

Najvažnija odluka o materijalu za fotonaponske vijke je otpornost na koroziju. Solarni sustavi su dizajnirani za 25-30 godina radnog vijeka , a pričvršćivači moraju preživjeti cijelo to razdoblje bez popuštanja, zapinjanja ili degradacije strukture izazvane hrđom.

Nehrđajući čelik A2 (304) u odnosu na A4 (316)

Većina fotonaponskih sustava regala specificira vijke od nehrđajućeg čelika A2 ili A4. Praktična razlika je sadržaj molibdena: A4 (316) nehrđajući čelik sadrži 2–3% molibdena , koji dramatično poboljšava otpornost na rupičastu koroziju izazvanu kloridima — specifični način kvara u obalnim i morskim okruženjima. A2 (304) prikladan je za unutarnje instalacije; A4 (316) treba koristiti unutar 1–5 km obale ili u industrijskim zonama s kloridima u zraku.

Vruće pocinčani (HDG) čelik za ugradnju na zemlju

Velike prizemne instalacije - osobito solarne farme na razini komunalnih poduzeća - često koriste strukturne vijke potopljene potapanjem (HDG) za sidrene vijke i spojeve primarnog okvira. Debljina HDG premaza od 85 µm ili više (prema ASTM A153 ili ISO 1461) pruža 30-50 godina zaštite od korozije u većini okoliša s tlom uz znatno nižu cijenu od potpuno nehrđajućeg hardvera u velikim razmjerima. HDG se ne preporučuje tamo gdje dolazi do izravnog kontakta s aluminijskim policama zbog rizika od galvanske korozije.

Galvanska korozija: skriveni rizik na sučeljima aluminij-čelik

Gotovo sve tračnice za PV regale su od ekstrudiranog aluminija (6005-T5 ili 6061-T6). Kada vijci od nehrđajućeg čelika dođu u dodir s aluminijem u vlažnom okruženju, formira se galvanska ćelija. Nehrđajući čelik i aluminij međusobno su udaljeni 0,25–0,50 V na galvanskoj seriji — dovoljno blizu da se vijci A2/A4 općenito smatraju prihvatljivima u ovom paru. Međutim, vijci od ugljičnog čelika ili HDG u izravnom kontaktu s aluminijem su problematični - potencijalna razlika ubrzava koroziju aluminija na spoju. Uvijek koristite hardver od nehrđajućeg čelika ili hardver kompatibilan s aluminijem na sučeljima aluminij-pričvršćivač.

Zahtjevi za stupanj i čvrstoću vijaka za PV aplikacije

PV vijci moraju izdržati trajna opterećenja vjetrom, opterećenja snijegom i seizmičke sile tijekom desetljeća. Snaga vijka definirana je klasom svojstva (metrički) ili stupnjem (inči):

Za većinu stambenih i komercijalnih krovnih sustava, A2-70 nehrđajući čelik je standardna specifikacija . Nadogradnja na A4-80 preporučljiva je za obalna mjesta, područja s jakim vjetrovima (ASCE 7 brzina vjetra ≥ 130 mph) ili bilo koju instalaciju gdje konstrukcijski izračuni inženjera regala zahtijevaju veće predopterećenje vijaka.

Specifikacije zakretnog momenta za PV vijke: Zašto je pretjerano zatezanje jednako opasno kao i nedovoljno zatezanje

Specifikacije momenta zatezanja za fotonaponske vijke su veće nego što većina instalatera očekuje. Aluminijski profili koji se koriste u solarnim regalima su relativno mekani — 6005-T5 aluminij ima granicu razvlačenja od samo 240 MPa u usporedbi sa 700 MPa za nehrđajuće vijke koji su uvučeni u njega. Pretjerano zatezanje traka skida navoje u aluminijskoj matici ili kanalu tračnice, što zahtijeva zamjenu cijelog dijela tračnice.

Nedovoljno zakretanje ostavlja zglob nedovoljno predopterećenim, dopuštajući kretanje pod vibracijama vjetra koje uzrokuju zamor od trzanja i postupno labavljenje. Tipične vrijednosti zakretnog momenta koje navodi proizvođač za uobičajene veličine PV vijaka:

Za završno pritezanje uvijek koristite kalibrirani moment ključ. Udarne izvijače postavljene na maksimalni zakretni moment nisu prihvatljive za stezne vijke PV panela — oni redovito premašuju ograničenja proizvođača. Mnogi proizvođači regala navode vrijednosti zakretnog momenta suhe (bez maziva); ako se nanese sredstvo protiv zapinjanja ili mazivo za navoje, smanjite zakretni moment za otprilike 20–25% kako biste postigli istu silu stezanja.

Značajke protiv popuštanja: Sprječavanje popuštanja vijaka tijekom 25 godina

Solarne instalacije doživljavaju stalne vibracije niske amplitude od vjetra i dnevnog toplinskog širenja i skupljanja aluminijske tračnice (aluminij se širi na 23,6 µm/m·°C — dio tračnice od 6 metara raste i smanjuje se za otprilike 12 mm između -10°C zimske noći i 60°C ljetne temperature površine ploče). Ovaj pokret može postupno izvući vijke koji nemaju zaštitu od popuštanja.

Uobičajena rješenja protiv labavljenja koja se koriste u PV sustavima uključuju:

• Sigurnosne matice s najlonskim umetkom (Nyloc): Najčešće korišteno rješenje za krovne PV. Najlonski prsten zahvaća navoj vijka i odolijeva rotaciji. Učinkovito do približno 100°C — provjerite prikladnost ako kućišta razvodne kutije stvaraju lokaliziranu toplinu.
• Nazubljene matice i vijci prirubnice: Nazubljenja se ugrizaju u spojnu površinu i mehanički se opiru rotaciji. Koristi se za uzemljenje spojeva i konstrukcijskih spojeva gdje površinska tvrdoća omogućuje pravilno zahvaćanje nazubljenih dijelova.
• Opružne podloške: Općenito se smatraju manje pouzdanim od nyloc matica pod dinamičkim opterećenjem prema DIN 65151 ispitivanju vibracija — koristite samo ako je to odredio proizvođač regala.
• Ljepilo za osiguranje navoja (Loctite 243 ili ekvivalentno): Učinkovito za vijke malog promjera na mjestima s niskim vibracijama. Nije praktično za priključke na terenu koji mogu zahtijevati buduće ponovno zatezanje ili premještanje ploče.
• Konfiguracija s dvije matice (glavna matica): Koristi se na podesivim nogama za postavljanje na tlo gdje su potrebni otpornost na vibracije i mogućnost podešavanja na terenu.

Standardi i certifikati koji se odnose na fotonaponske vijke

Certifikati PV sustava i građevinske dozvole sve više zahtijevaju da pričvrsni elementi zadovoljavaju dokumentirane standarde materijala i dimenzija. Najčešće spominjani standardi su:

• ISO 3506: Primarni međunarodni standard koji regulira mehanička svojstva spojnih elemenata od nehrđajućeg čelika. Određuje klase svojstava A2-70, A2-80, A4-70 i A4-80. Certifikate o sukladnosti koji se odnose na ISO 3506 zahtijevaju mnogi EPC izvođači na razini komunalnih poduzeća.
• ASTM F593 / F594: Američki ekvivalent za vijke i matice od nehrđajućeg čelika. Potrebno za projekte prema američkim građevinskim propisima gdje metrički ISO hardver nije naveden.
• ASTM A307 / A325 / A490: Upravljajte konstrukcijskim vijcima od ugljičnog i legiranog čelika koji se koriste u HDG čeličnim konstrukcijama za ugradnju na zemlju.
• ISO 1461 / ASTM A153: Navedite minimalnu debljinu premaza za vruće pocinčane spojne elemente — kritično za provjeru vijeka trajanja HDG sidrenih vijaka protiv korozije.
• IEC 61215 / IEC 61730: Iako su to modularni standardi, oni neizravno upravljaju hardverom za montažu određivanjem mehaničkih uvjeta opterećenja (vjetar, snijeg, tuča) koje police i pričvršćivači moraju izdržati.

Za instalacije za koje je potrebna dozvola, zatražite izvješća o ispitivanju materijala (MTR) ili potvrde o sukladnosti od dobavljača vijaka koji se pozivaju na te standarde. Krivotvoreni ili nekvalitetni pričvršćivači označeni lažnim oznakama klase svojstva dokumentirani su problem u jeftinim opskrbnim lancima — provjera kemijskog sastava i tvrdoće treće strane preporučljiva je za velike projekte koji nabavljaju hardver izvan uspostavljenih distribucijskih kanala.

Praktični kontrolni popis za odabir fotonaponskih vijaka

Upotrijebite sljedeći kontrolni popis kada specificirate ili nabavljate spojne elemente za PV projekt:

1. Potvrdite vrstu vijka koju zahtijeva proizvođačev priručnik za ugradnju regala — T-glava, šesterokutna glava, klizni vijak ili zaostali vijak — i nemojte mijenjati različite stilove glava bez odobrenja inženjera.
2. Odaberite A4-316 nehrđajući za obalna, morska okruženja ili okruženja visoke vlažnosti; Nehrđajući čelik A2-304 prihvatljiv je za kopnene suhe klime.
3. Navedite A2-70 ili A4-70 minimalna klasa svojstva za standardne krovne sustave; nadogradite na A4-80 za mjesta s jakim vjetrom ili velikim snježnim opterećenjem prema proračunu konstrukcije.
4. Provjerite jesu li sve matice i podloške istog stupnja nehrđajućeg čelika kao i vijak - miješanje vijaka A2 s maticama od ugljičnog čelika stvara galvanski par koji ubrzava koroziju matice.
5. Provjerite odredbe protiv otpuštanja: najlonske matice za stezaljke ploča i većinu spojeva tračnica; hardver s nazubljenom prirubnicom gdje je potreban kontinuitet uzemljenja.
6. Pribavite i arhivirajte certifikate o sukladnosti (ISO 3506 ili ASTM ekvivalent) s projektnom dokumentacijom za potrebe dozvole i jamstva.
7. Upotrijebite momentni ključ — ne udarnu odvijač — za završno pritezanje i zabilježite vrijednosti momenta u izvješću o puštanju u rad za bilo koju buduću referencu za O&M inspekciju.