A globális fotovoltaikus (PV) iparág gyorsan növekszik, és telepítési forgatókönyvei az egész világon bővülnek. Ez a növekedési tendencia szigorúbb teljesítménykövetelményeket támaszt a napelemes szerelvényrendszerekkel szemben. A napelemes szerelési anyagok nem csak a PV-modulok súlyát viselik el, hanem hosszú ideig ki vannak téve a szabadba. Tartósságuk, korrózióállóságuk és költséghatékonyságuk{3}}közvetlenül meghatározza a teljes PV-rendszer működési stabilitását és élettartamát. A tűzihorganyzott (HDG) acél érett és megbízható korróziógátló-anyag, amelyet kiváló általános teljesítménye miatt széles körben használunk napelemes szerkezetekben. Ebben a cikkben arra összpontosítunk, hogy hogyan válasszon ki horganyzott acélt és annak minőségeit napelemes szerelési alkalmazásokhoz. A CNKI (China National Knowledge Infrastructure) nyilvánosan elérhető adataira támaszkodunk, hogy elmagyarázzuk a HDG acél alapelveit, előnyeit, alkalmazási eseteit és kiválasztási módszereit a napelemes szerelvényrendszerekben.
1. Bevezetés: A tüzihorganyzás széleskörű alkalmazása szoláris szerelésben
A fotovoltaikus energiatermelés a globális „kettős szén-dioxid” stratégia kulcsfontosságú része, és az elmúlt években gyorsan fejlődött. Jelenleg napelemes erőműveket építünk sokféle környezetben, a sivatagoktól és síkságoktól a háztetőkig és a tengerparti területekig. Az egész évben a szabadban tartózkodó napelemes rögzítőrendszerek különféle korrozív tényezőkkel szembesülnek,-például a széllel, esővel, ultraibolya sugárzással, páratartalommal és sópermettel (különösen a tengerparti régiókban). A CNKI vonatkozó tanulmányai szerint a napelemes rendszerek élettartama általában nem kevesebb, mint 25 év, és a szerelési anyagok korrózióállósága a legfontosabb tényező, amely befolyásolja a rendszer hosszú távú stabil működését.
A tüzihorganyzás egy klasszikus fémkorróziógátló-eljárás, amelyet széles körben használunk napelemes szerelésben, kiforrott kivitelezése, stabil teljesítménye és költséghatékonysága miatt. A CNKI statisztikai adatai azt mutatják, hogy a nagy-földre szerelt-napelemes állomások több mint 70%-a és az elosztott PV-projektek 60%-a Kínában HDG-acélt használ szerelési szerkezeteik fő anyagaként. Ez a széles körben elterjedt használat szorosan összefügg a HDG acél kiváló korrózióállóságával: hatékonyan oldja meg az idő előtti korrózió és az acélkonzolok károsodásának problémáját zord kültéri környezetben, biztosítva a PV modulok biztonságos és stabil működését teljes élettartamuk során.
2. Hogyan működik a tüzihorganyzás
A napkollektorra szerelhető acél tüzihorganyzási eljárása kohászati kötési eljárás. Az előkezelt acél olvadt cinkbe merítésével védő cinkréteget képezünk az acél felületén. A CNKI szakirodalmában található műszaki előírások szerint a teljes folyamat négy kulcslépésből áll: felület előkezelés, olvadt cink bemerítés, hűtés és utókezelés. Minden egyes lépés közvetlenül befolyásolja a cinkréteg minőségét és a végtermék korróziógátló -hatását.
Először a dolgozók előkezelik a napelemes szerelvényacél felületét. Ez a lépés magában foglalja a zsírtalanítást, a rozsdamentesítést és a folyósítást, amely eltávolítja az olajfoltokat, a rozsdát és az oxidrétegeket az acélfelületről, - biztosítva ezzel, hogy a cinkréteg szilárdan kötődhessen az acélfelülethez. Ezután az előkezelt acélt olvadt cinkfürdőbe merítik, ahol a hőmérsékletet 460-480 fok között szabályozzuk. Ezen a magas hőmérsékleten kohászati reakciók sorozata megy végbe az acélfelületen lévő vas és a cink között, sűrű ötvözetréteget (főleg Fe-Zn intermetallikus vegyületeket) képezve az acél szubsztrátum és a felületi cinkréteg között. Végül a dolgozók eltávolítják az acélt a cinkfürdőből, hogy lehűtsék, majd passziválást végeznek, hogy tovább javítsák a cinkréteg korrózióállóságát és megjelenési minőségét. A teljes folyamat háromrétegű szerkezetet eredményez: „acél szubsztrátum – ötvözött réteg – tiszta cinkréteg”, amely átfogó védelmet nyújt az acél számára.
3. A HDG acél legfontosabb előnyei szoláris felszereléshez
A CNKI releváns papírjait és az ipari szabványokat ötvözve a HDG acél három alapvető előnyt kínál a napelemes szerelési alkalmazásokban,{0}}olyan előnyökkel, amelyekkel sok más anyag nem tud párosulni.
Először is, a HDG acél kiváló korrózióállósággal rendelkezik. A tűzi horganyzással kialakított cinkréteg hatékonyan elszigeteli az acél szubsztrátumot a külső korrozív környezetektől, például oxigéntől, vízgőztől és sópermettől. A cink áldozatos anódvédelmet is biztosít: még ha a cinkréteg részben megkarcolódik is, először a cink korrodálódik, ami megvédi az acél hordozót a rozsdától. A CNKI vizsgálati adatai azt mutatják, hogy a napkollektorhoz szerelhető acél HDG rétegeinek átlagos vastagsága nem kevesebb, mint 55 μm, ami megfelel a GB 50797-2012 nemzeti szabványnak. Korróziós sebessége általános kültéri környezetben kevesebb, mint 0,01 mm/év, így 20-25 évig hatékonyan ellenáll a korróziónak, teljes mértékben megfelel a PV-rendszerek élettartam-követelményeinek. Magas sótartalmú tengerparti környezetben a cinkréteg vastagsága 100 μm fölé növelhető, így tovább javítható a korrózióállóság, és több mint 30 évre meghosszabbítható az élettartam.
Másodszor, a HDG acél erős cinkréteg tapadású. A HDG cinkréteg az acél hordozóval való kohászati reakció során jön létre, integrálódik az acélba, és rendkívül erős tapadást biztosít. A CNKI teszt adatai azt mutatják, hogy a HDG rétegek tapadása elérheti a 10 MPa feletti értéket, ami jóval magasabb, mint a szoláris szerelőanyagok 3 MPa tapadási követelménye. Még szélterhelés, vibráció és hőmérséklet-változások hatására sem válik le könnyen-hosszú ideig tartó használat során,-hogy így biztosítva a rögzítőrendszer szerkezeti stabilitását.
Harmadszor, a HDG acél hosszú élettartammal és alacsony karbantartási költséggel rendelkezik. Kiváló időjárásálló és korrózióálló, stabil teljesítményt biztosít zord kültéri környezetben, például magas hőmérsékleten, alacsony hőmérsékleten, páratartalomban és sópermetben. A fotovoltaikus rendszer 25-éves élettartama alatt alapvetően nem igényel további korróziógátló karbantartást, ami nagymértékben csökkenti a fotovillamos állomás üzemeltetési és karbantartási költségeit. Más korróziógátló módszerekkel (például festéssel) összehasonlítva a HDG acél a karbantartási költségek több mint 60%-át takaríthatja meg teljes élettartama során, ami nyilvánvaló gazdasági előnyöket kínál.
4. HDG acél kontra elektro-horganyzott acél szoláris felszereléshez
Ha horganyzott acélt választ napelemes felszereléshez, a HDG acél és az elektro{0}}horganyzott acél két gyakori lehetőség. Ezek azonban jelentősen eltérnek a korróziós hatás, a költségek és az alkalmazható forgatókönyvek tekintetében. Az alábbiakban részletes összehasonlítást adunk a CNKI adatok és kutatási eredmények alapján.
A korróziós hatás szempontjából az elektro-horganyzott acél cinkrétege általában 5-30 μm vastag- sokkal vékonyabb, mint a HDG acélé (nagyobb vagy egyenlő, mint 55 μm). Az elektro-horganyzott réteg fizikai lerakódással jön létre, így gyenge a tapadása az acél aljzathoz, így zord kültéri környezetben is könnyen leválhat. A CNKI tesztadatok azt mutatják, hogy az elektro-horganyzott acél kültéri élettartama mindössze 5-10 év, ami nem felel meg a PV-rendszerek 25 éves élettartamra vonatkozó követelményének. Ezzel szemben a HDG acél vastag cinkréteggel és erős tapadóképességgel rendelkezik, kültéri élettartama 2-5-szöröse az elektromosan horganyzott acélénak. Előnyei különösen nyilvánvalóak magas korróziós környezetekben, például tengerparti területeken.
Költség szempontjából az elektro-horganyzott acél egységára 10%-kal-15%-kal alacsonyabb, mint a HDG acélé. De a teljes életciklus-költség szempontjából a HDG acél költséghatékonyabb-. Az elektro-horganyzott acél 3-5 évente újra-korróziógátló-karbantartást igényel, a karbantartási költségek pedig magasak. A CNKI költségelemzési adatai azt mutatják, hogy az elektromosan horganyzott acél teljes költsége (beleértve az anyag- és karbantartási költségeket is) 25 év alatt 1,8-2,2-szerese a HDG acélénak. Ezért, bár a HDG acél nagyobb kezdeti beruházást igényel, hosszú távon jelentős karbantartási költségeket takarít meg.
Az alkalmazható forgatókönyveket tekintve az elektro-horganyzott acélnak gyenge a korrózióállósága, ezért csak alacsony-korróziós környezetekben alkalmas, például beltéri, elosztott fotovoltaikus projektekre vagy száraz éghajlatú és tiszta levegőjű területekre. A HDG-acél azonban erősen alkalmazkodó képességgel rendelkezik, és széles körben használható különféle fotovillamos telepítési forgatókönyvekben,-beleértve a sivatagi és a síkföldi-fölszerelt fotovoltaikus állomásokat, a tetőn elosztott fotovoltaikus projekteket és a tengerparti magas-sótartalmú fotovillamos projekteket. Különösen a tengerparti területeken a HDG acél az előnyben részesített anyag a szoláris felszereléshez, mivel kiválóan ellenáll a sópermettel szembeni korróziónak.
5. Hogyan válasszuk ki a horganyzott acélt és minőségeit szoláris felszereléshez
A horganyzott acél kiválasztása napkollektoros felszereléshez átfogóan mérlegeli a telepítési környezetet, az élettartamra vonatkozó követelményeket, a szerkezeti teherbírást és a költségtényezőket. A CNKI kutatási eredményei és az iparági szabványok alapján itt vannak a legfontosabb szempontok, amelyeket szem előtt kell tartani.
Először határozza meg a horganyzott acél típusát a korróziós környezet alapján. Általános kültéri környezetekhez (például szárazföldi síkságokhoz és háztetőkhöz) választhat közönséges HDG-acélt, amelynek cinkrétegvastagsága nem kevesebb, mint 55 μm (megfelel a GB 50797-2012 szabványnak). Erős-korróziós környezetekben, például tengerparti és ipari területeken, válasszon vastagított HDG-acélt (100 μm-nél nagyobb horganyrétegvastagság) vagy tüzihorganyzott alumínium-magnézium-acélt{10}}ezek az anyagok jobb korrózióállósággal rendelkeznek, mint a hagyományos HDG-acél. Nem ajánljuk az elektromosan horganyzott acél használatát kültéri PV projektekhez, mert rossz a korrózióállósága.
Másodszor, válassza ki a megfelelő horganyzott acél minőséget a teherbírási követelmények alapján. A CNKI-ban rögzített NB/T 10642-2021 ipari szabvány szerint a napelemes szerelőacélok lehetőleg Q235, Q355 és S550 minőségi osztályokat használnak, amelyek minősége megfelel a nemzeti szabványoknak, például a GB/T 700 és a GB/T 1591. Kis és közepes{10}}nagyságú, HD5-ös méretű HD5-es kapacitású követelményekhez. Az acél jó választás, mivel alacsony költséget és stabil teljesítményt kínál. A nagy teherbírási követelményeket támasztó, nagyméretű-földre szerelt PV-tartókhoz és nyomkövető konzolokhoz a Q355 minőségű HDG acél alkalmasabb,-nagyobb szilárdságú és szívósabb, így jobban megfelel a szerkezeti stabilitás követelményeinek. A különleges követelményeket támasztó fotovillamos projektekhez, mint például a könnyű súly és a nagy szilárdság, választhat S550 minőségű, nagy szilárdságú HDG acélt, de átfogóan mérlegelnie kell a költségeket.
Harmadszor, ügyeljen a horganyzott réteg minőségére. Amikor HDG acélt választ napkollektoros felszereléshez, ellenőriznie kell, hogy a cinkréteg vastagsága, tapadása és egyenletessége megfelel-e a nemzeti szabványoknak. A CNKI-ben rögzített vizsgálati módszerek szerint vastagságmérővel lehet kimutatni a cinkréteg vastagságát, karcolásos módszerrel pedig a tapadást. Ugyanakkor válasszon rendszeres gyártók termékeit teljes minőségellenőrzési jelentésekkel, hogy biztosítsa a termék stabil minőségét.
6. Alkalmazási eset: HDG acél tengerparti fotovoltaikus projektekben
A magas páratartalmú és magas sókoncentrációjú tengerparti területek tipikusan magas-korróziós környezetek-, rendkívül magas követelményeket támasztanak a napelemes szerelvényanyagok korrózióállóságával szemben. Vegyük például a Sanhang Dongying Offshore PV Projectet. A Bohai-öböl partján elhelyezkedő projekt súlyos sópermet korrózióval és zord környezeti feltételekkel néz szembe. A projektcsapat a sűrített HDG acélt választotta a napelemes szerelési rendszer fő anyagának, és optimalizálta a horganyzási folyamatot, hogy biztosítsa a konzolok korrózióállóságát.
A CNKI-ben rögzített projektüzemeltetési adatok szerint a projektben használt HDG acélkonzolok Q355B minőségű acélt alkalmaznak, 100{8}}120 μm cinkrétegvastagsággal (megfelel a GB/T 13912-2020 szabványnak). Egy év működés után a konzol felületein nem volt rozsda, hámlás vagy egyéb probléma jele, a cinkréteg visszatartási aránya 95% feletti. A konzolok jó szerkezeti stabilitást tartottak fenn, nem mutattak deformációt vagy sérülést tengeri szél és sópermet hatására. Az eredeti „horganyzás + festés” kettős korrózióvédelmi tervhez képest a HDG acél használata nemcsak az építési nehézségeket és költségeket csökkentette, hanem a rögzítési rendszer tartósságát is javította. Ez az eset teljes mértékben bizonyítja, hogy a HDG acél kiváló alkalmazkodóképességgel és korrózióállósággal rendelkezik a zord tengerparti, magas sótartalmú környezetben, így ideális anyag a part menti napelemes rendszerekhez.
7. Következtetés
Ahogy a fotovillamos ipar tovább terjeszkedik, és a telepítési forgatókönyvek egyre változatosabbak, a napelemes szerelési anyagok teljesítménykövetelményei egyre magasabbak és magasabbak. A tűzihorganyzott acél a napelemes szerelvényrendszerek kedvelt anyagává vált, köszönhetően kiváló korrózióállóságának, erős cinkréteg-tapadó képességének, hosszú élettartamának és magas költséghatékonyságának{1}}. Az elektro-horganyzott acéllal összehasonlítva a HDG-acél nyilvánvaló előnyökkel rendelkezik a korróziós hatás és a hosszú-használati költségek tekintetében, így alkalmasabb kültéri, magas élettartamú fotovoltaikus projektekhez.
Amikor horganyzott acélt választ szoláris felszereléshez, a korróziós környezet alapján kell kiválasztania a horganyzott acél típusát (a HDG acélt a kültéri projektekhez előnyben részesítjük), a teherbírási követelmények alapján kell kiválasztania a megfelelő minőséget (például Q235, Q355, S550), és fokozottan ügyelnie kell a horganyzott réteg minőségére. A tengerparti fotovoltaikus projekt esete azt mutatja, hogy a HDG acél hatékonyan tud alkalmazkodni az olyan zord környezetekhez, mint például a magas sótartalmú permetezés, így biztosítva a PV-rendszerek hosszú távú stabil működését.
Összefoglalva, a tűzi horganyzott acél teljes mértékben megfelel a napelemes szerelvényrendszerek teljesítménykövetelményeinek a korrózióállóság, a szerkezeti stabilitás és a költséghatékonyság tekintetében, így ideális választás a napelemes szerelvényekhez. A horganyzási technológia folyamatos fejlődésével a HDG acélt szélesebb körben használják majd a globális fotovillamos iparban, erős támogatást nyújtva a PV szektor fenntartható fejlődéséhez.
