Fotovoltaikus csavarok: típusok, anyagok és kiválasztási útmutató

Fotovoltaikus csavarok ezek azok a rögzítőelemek, amelyek a napelemeket, a szerelősíneket, az állványkereteket és a földelt horgonyokat egy teljes, szerkezetileg szilárd PV rendszerben rögzítik. Ezek nem általános hardverbolti csavarok. Az a kültéri környezet, amelyben egy napelemes berendezés működik – UV sugárzás, -40°C és 85°C közötti hőciklus, parti sópermet vagy ipari szennyezés – olyan követelményeket támaszt a rögzítőelemekkel szemben, amelyeket a hagyományos szénacél nem képes kielégíteni a rendszer 25-30 éves élettartama alatt.

A nem megfelelő csavarminőség vagy -anyag kiválasztása galvanikus korrózióhoz, szélterhelés hatására bekövetkező kilazuláshoz vagy szerkezeti meghibásodáshoz vezethet, amely érvényteleníti a berendezés garanciáit és biztonsági kockázatot jelent. Ez az útmutató lefedi azokat a típusokat, anyagokat, szabványokat, forgatónyomaték-követelményeket és kiválasztási kritériumokat, amelyek a legfontosabbak a valódi fotovoltaikus telepítéseknél.

Ahol napelemes rendszerben fotovoltaikus csavarokat használnak

Egy tipikus tetőre vagy földre szerelt napelemes rendszer több szerkezeti illesztésnél használ rögzítőelemeket, amelyek mindegyike eltérő terhelési követelményekkel és expozíciós feltételekkel rendelkezik:

• Panel bilincs csavarok: Rögzítse a középső és végbilincseket, amelyek a panelkeretet a szerelősínhez tartják. Ezek a leggyakoribb hőciklusok, mivel a panelek hőmérséklete naponta ingadozik.
• Sínösszekötő és sín-konzol csavarok: Csatlakoztassa a sínszakaszokat, és rögzítse a síneket a tetőrögzítő konzolokhoz vagy a földelő oszlopokhoz. Kritikus a széllökés és a hóterhelés átviteléhez a szerkezeten keresztül.
• Tetőbehatolási késleltető csavarok: Rögzítse a tetőfedőkhöz vagy ballasztlábakat. Rozsdamentes acél szükséges a rozsdafoltok és a tetőszerkezeten belüli korrózió elkerülése érdekében.
• Földre szerelhető horgonycsavarok: Rögzítse a vert cölöpöket, spirális horgonyokat vagy betonlábakat az állványkerethez. Gyakran a rendszer legnagyobb rögzítőelemei - M16-tól M24-ig terjedő nagyságú közüzemi létesítményekben.
• Az inverter és a kombinálódoboz rögzítőcsavarjai: Rögzítse az elektromos burkolatokat a falakhoz vagy a keretekhez. Egyes konfigurációkban elektromos leválasztás szükséges a szórt áramok elkerülése érdekében.
• Földelési kötés hardver: Fogazott karimás csavarok vagy földelő kapcsok, amelyek átszúrják az alumíniumsínek eloxált felületét az elektromos folytonosság megteremtése érdekében.

A PV állványrendszerekben általánosan használt csavartípusok

A napelemes állványgyártók a rendszereiket meghatározott csavargeometriák köré tervezik, amelyek gyors telepítést és megbízható rögzítést tesznek lehetővé vékony alumíniumprofilok túlhúzása nélkül. A leggyakoribb típusok a következők:

Anyagválasztás: Miért dominál a rozsdamentes acél a fotovoltaikus rögzítőelemekben?

A fotovoltaikus csavarok esetében a legfontosabb anyagi döntés a korrózióállóság. A napelemes rendszereket arra tervezték 25-30 év üzemi élettartam , és a kötőelemeknek ezt az egész időszakot túl kell élniük rozsda okozta kilazulás, beragadás vagy szerkezeti károsodás nélkül.

Rozsdamentes acél A2 (304) vs. A4 (316)

A legtöbb napelemes állványrendszer A2-es vagy A4-es rozsdamentes acél csavarokat ír elő. A gyakorlati különbség a molibdéntartalom: Az A4 (316) rozsdamentes 2-3% molibdént tartalmaz , amely drámaian javítja a klorid által kiváltott lyukkorrózióval szembeni ellenállást – ez a sajátos meghibásodási mód a tengerparti és tengeri környezetben. Az A2 (304) belvízi telepítésre alkalmas; Az A4-es (316) formátumot belül kell használni 1-5 km-es partszakasz vagy a levegőben szálló kloridokat tartalmazó ipari zónákban.

Tűzihorganyzott (HDG) acél talajra szereléshez

A nagy földre szerelhető berendezések – különösen a közüzemi méretű napelemes farmok – gyakran használnak tűzihorganyzott (HDG) szerkezeti csavarokat a horgonycsavarokhoz és az elsődleges keret csatlakozásokhoz. HDG bevonat vastagsága 85 µm vagy nagyobb (ASTM A153 vagy ISO 1461 szerint) 30-50 éves korrózióvédelmet biztosít a legtöbb talajkörnyezetben, lényegesen alacsonyabb költséggel, mint a nagyméretű rozsdamentes vasalat. A HDG használata nem javasolt ott, ahol az alumínium állványokkal közvetlenül érintkezik, a galvanikus korrózió veszélye miatt.

Galvanikus korrózió: Az alumínium-acél interfészek rejtett kockázata

Gyakorlatilag az összes napelemes állványsín extrudált alumíniumból készül (6005-T5 vagy 6061-T6). Amikor a rozsdamentes acél csavarok nedves környezetben érintkeznek alumíniummal, galvanikus cella képződik. A rozsdamentes acél és az alumínium 0,25–0,50 V távolságra van egymástól a galvanikus sorozaton — elég közel ahhoz, hogy az A2/A4-es csavarokat általában elfogadhatónak tekintsék ebben a párosításban. Az alumíniummal közvetlenül érintkező szénacél vagy HDG csavarok azonban problémásak – a potenciálkülönbség felgyorsítja az alumínium korrózióját a csatlakozásnál. Mindig használjon rozsdamentes vagy alumíniummal kompatibilis hardvert az alumínium-kötőelem interfészeknél.

A csavar minőségi és szilárdsági követelményei fotovoltaikus alkalmazásokhoz

A PV csavaroknak évtizedeken át ki kell bírniuk a tartós szélterhelést, hóterhelést és szeizmikus erőket. A csavar szilárdságát tulajdonságosztály (metrikus) vagy fokozat (hüvelyk) határozza meg:

A legtöbb lakossági és kereskedelmi tetőtéri rendszerhez Az A2-70 rozsdamentes a standard specifikáció . Az A4-80-ra való frissítés javasolt part menti területeken, erős szeles területeken (ASCE 7 szélsebesség ≥ 130 mph), vagy minden olyan telepítésnél, ahol az állványmérnök szerkezeti számításai nagyobb csavar-előfeszítést igényelnek.

A PV csavarok nyomatékának specifikációi: Miért olyan veszélyes a túlhúzás, mint az alulhúzás

A fotovoltaikus csavarokra vonatkozó nyomatéki előírások szigorúbbak, mint azt a legtöbb szerelő elvárja. A napelemes állványokban használt alumínium extrudálások viszonylag puhák - A 6005-T5 alumínium folyáshatára mindössze 240 MPa a 700 MPa-hoz képest a bemeneti rozsdamentes csavarok esetében. A túlhúzott szalagok menetei az alumínium anyában vagy a síncsatornában, ami a teljes sínszakasz cseréjét igényli.

Az alulnyomaték miatt az ízület nem kellően előfeszítve marad, lehetővé téve a szél vibrációja alatti mozgást, ami idegesítő fáradtságot és fokozatos kilazulást okoz. A gyártó által megadott tipikus nyomatékértékek az általános PV csavarméretekhez:

A végső meghúzáshoz mindig kalibrált nyomatékkulcsot használjon. A maximális nyomatékra beállított ütőcsavarok nem elfogadhatók a napelemes panel bilincscsavarjaihoz – ezek rendszeresen túllépik a gyártó által előírt határértékeket. Sok állványgyártó szárazon (kenőanyag nélkül) ad meg nyomatékértékeket; beragadásgátló vagy menetkenőanyag alkalmazása esetén csökkentse a forgatónyomatékot körülbelül 20-25%-kal az azonos szorítóerő eléréséhez.

Lazulásgátló tulajdonságok: A csavarok kilazulásának megelőzése 25 éven keresztül

A napelemes berendezések folyamatos alacsony amplitúdójú vibrációt tapasztalnak a szél és az alumínium sín napi hőtágulása és összehúzódása miatt (az alumínium 23,6 µm/m·°C — egy 6 méteres sínszakasz körülbelül 12 mm-rel nő és zsugorodik a –10°C-os téli éjszaka és a 60°C-os nyári panelfelületi hőmérséklet között). Ez a mozgás fokozatosan kimozdíthatja azokat a csavarokat, amelyekből hiányzik a kilazulásgátló.

A fotovoltaikus rendszerekben használt gyakori lazulásgátló megoldások a következők:

• Nylon betétes ellenanyák (Nyloc): A legszélesebb körben használt megoldás a tetőtéri PV-ben. A nylon gallér megragadja a csavar menetét és ellenáll az elfordulásnak. Körülbelül 100°C-ig hatékony – ellenőrizze az alkalmasságot, ha a csatlakozódobozok helyi hőt hoznak létre.
• Fogazott karimás anyák és csavarok: A fogak beleharapnak az illeszkedő felületbe, és mechanikusan ellenállnak a forgásnak. Használható kötések és szerkezeti illesztések földelésére, ahol a felületi keménység lehetővé teszi a fogazat megfelelő illeszkedését.
• Rugós rögzítő alátétek: A DIN 65151 szerinti vibrációs vizsgálat szerint általában kevésbé megbízhatónak tekinthető, mint a nyloc anyák dinamikus terhelés mellett – csak akkor használja, ha azt az állványgyártó előírja.
• Menetreteszelő ragasztó (Loctite 243 vagy azzal egyenértékű): Hatékony kis átmérőjű csavarokhoz alacsony vibrációjú helyeken. Nem praktikus olyan terepi csatlakozásoknál, amelyek későbbi újrahúzást vagy panel áthelyezést igényelhetnek.
• Kétanyás (dugcsanya) konfiguráció: Földre szerelhető állítható lábakon használható, ahol a rezgésállóság és a terepi állíthatóság egyaránt szükséges.

A fotovoltaikus csavarokra vonatkozó szabványok és tanúsítványok

A napelemes rendszerek tanúsításai és szerkezeti engedélyei egyre inkább megkövetelik, hogy a rögzítőelemek megfeleljenek a dokumentált anyag- és méretszabványoknak. A legtöbbet hivatkozott szabványok a következők:

• ISO 3506: A rozsdamentes acél kötőelemek mechanikai tulajdonságait szabályozó elsődleges nemzetközi szabvány. Meghatározza az A2-70, A2-80, A4-70 és A4-80 tulajdonságosztályokat. Sok közüzemi szintű EPC-vállalkozó megköveteli az ISO 3506 szabványnak megfelelő megfelelőségi tanúsítványt.
• ASTM F593/F594: A rozsdamentes acél csavarok és anyák amerikai megfelelője. Az Egyesült Államok építési szabályzata szerinti projektekhez szükséges, ahol nincs megadva a metrikus ISO hardver.
• ASTM A307 / A325 / A490: Kormányzott szén- és ötvözött acél szerkezeti csavarok, amelyeket HDG talajra szerelhető acélszerkezetekben használnak.
• ISO 1461 / ASTM A153: Határozza meg a minimális bevonatvastagságot a tűzihorganyzott kötőelemekhez – ez kritikus a HDG horgonycsavarok korróziós élettartamának ellenőrzéséhez.
• IEC 61215 / IEC 61730: Bár ezek modulszabványok, közvetve szabályozzák a rögzítőelemeket azáltal, hogy meghatározzák azokat a mechanikai terhelési viszonyokat (szél, hó, jégeső), amelyeknek az állványokat és a rögzítőket úgy kell megtervezni, hogy ellenálljanak.

Engedélyköteles telepítéseknél kérjen anyagvizsgálati jelentéseket (MTR) vagy megfelelőségi tanúsítványokat a csavarbeszállítóktól, amelyek hivatkoznak ezekre a szabványokra. A hamis tulajdonságosztály-jelöléssel ellátott hamis vagy nem szabványos kötőelemek dokumentált problémát jelentenek alacsony költségű ellátási láncokban – harmadik féltől javasolt a kémiai összetétel és a keménység ellenőrzése olyan nagy projekteknél, amelyek a hardvert a megállapított értékesítési csatornákon kívül szerzik be.

Gyakorlati ellenőrző lista a fotovoltaikus csavarok kiválasztásához

Használja a következő ellenőrzőlistát, amikor rögzítőelemeket határoz meg vagy vásárol egy fotovoltaikus projekthez:

1. Ellenőrizze az állványgyártó szerelési kézikönyvében előírt csavartípust – T-fej, hatlapfejű, kocsicsavar vagy késcsavar –, és ne cserélje ki a különböző fejtípusokat mérnöki jóváhagyás nélkül.
2. Válassza ki A4-316 rozsdamentes tengerparti, tengeri vagy magas páratartalmú környezetekhez; Az A2-304 rozsdamentes száraz szárazföldi éghajlaton elfogadható.
3. Adja meg A2-70 vagy A4-70 minimum ingatlanosztály szabványos tetőtéri rendszerekhez; frissítés A4-80-ra erős szél- vagy hóterhelésű helyekhez szerkezeti számítások szerint.
4. Győződjön meg arról, hogy minden anya és alátét ugyanolyan rozsdamentes minőségű, mint a csavar – az A2-es csavarok szénacél anyákkal való összekeverésével galvanikus pár jön létre, amely felgyorsítja az anyák korrózióját.
5. Ellenőrizze a kilazulás elleni rendelkezéseket: nyloc anyák a panelbilincsekhez és a legtöbb síncsatlakozáshoz; fogazott karimás hardver, ahol a földelés folytonossága szükséges.
6. Szerezzen be és nyújtson be megfelelőségi tanúsítványokat (ISO 3506 vagy ASTM-nek megfelelő) a projektdokumentációval együtt engedélyezési és garanciális célokra.
7. A végső meghúzáshoz használjon nyomatékkulcsot – ne ütvecsavarozót –, és jegyezze fel a nyomatékértékeket az üzembe helyezési jelentésbe a jövőbeni O&M ellenőrzési hivatkozásokhoz.