Для разработчиков проектов и подрядчиков, работающих в прибрежных регионах — от 7500-километрового атлантического побережья Бразилии до коридоров тайфунов в Юго-Восточной Азии — выбор материала для монтажной конструкции не является второстепенным решением. Он напрямую определяет, выдержит ли солнечная электростанция весь свой 25-летний расчетный срок службы или столкнется со структурной деградацией в течение первого десятилетия.

В данной статье представлено инженерное сравнение двух основных материалов, используемых при монтаже фотоэлектрических элементов: стали с цинково-алюминиево-магниевым покрытием (ZAM) и алюминиевых сплавов. Наш анализ основан на данных о коррозии в солевом тумане в соответствии со стандартом ISO 9227/ASTM B117, реальных данных об условиях эксплуатации в прибрежных районах, расчетах несущей способности конструкций и моделях стоимости полного жизненного цикла.

1. Основы материаловедения: понимание роли стали ZAM и алюминия в креплениях солнечных батарей.

▶ Ознакомьтесь с системами крепления солнечных панелей из стали ZAM от AISINEE для прибрежных районов →

1.1 Что такое сталь ZAM?

ZAM (торговая марка SuperDyma™, PosMAC® или Magnelis®) — это сталь с горячим цинкованием, в которой ванна для нанесения покрытия содержит приблизительно 6–11% алюминия, 2–3% магния, а остальное — цинк. Этот тройной сплав Zn-Al-Mg представляет собой третье поколение технологии цинкования, после традиционного горячего цинкования (оцинкованная сталь, только цинк) и Galfan (Zn-5Al).

Ключевой ответ: Покрытие ZAM обеспечивает в 5–10 раз большую коррозионную стойкость, чем традиционное горячее цинкование, благодаря плотной, стабильной и самовосстанавливающейся патине из Zn-Al-Mg, образующейся при воздействии атмосферных условий.

Механизм самовосстановления кромок срезов является наиболее стратегически важной особенностью ZAM. крепление для солнечных батарей Применение. В типичной наземной или кровельной установке каждая направляющая, кронштейн и зажим содержат множество обрезанных концов, пробитых отверстий и просверленных соединений — все это потенциальные места начала коррозии. Когда стальная подложка обнажается на обрезанном крае, магний в покрытии ZAM преимущественно растворяется и мигрирует в открытую область, образуя защитную пленку из слоистых двойных гидроксидов (LDH) и основного хлорида цинка (симонколлеита, Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O). Этот механизм практически отсутствует как в стандартных покрытиях из оцинкованной стали, так и в анодированном алюминии.

1.2 Алюминиевые сплавы в креплениях солнечных батарей

Конструкционный алюминий используется в крепление для солнечных батарей Обычно используется сплав 6005-T5, 6063-T5 или 6063-T6, а защита поверхности достигается путем анодирования — электролитического процесса, в результате которого образуется контролируемый слой оксида Al₂O₃ толщиной, как правило, 10–25 мкм (согласно стандартам EN 12373-1 и AAMA 611).

Ключевой ответ: Анодированный алюминий (AA15–AA25) обеспечивает адекватную защиту от коррозии в средах класса C1–C3 согласно ISO 12944-2, но в морской атмосфере класса C4–C5 он подвержен точечной коррозии, особенно на срезах, в местах соединения, отверстиях для крепежных элементов и щелях, где анодированный слой был механически поврежден в процессе изготовления.

В отличие от активной электрохимической защиты ZAM, анодированный слой представляет собой пассивный барьер. После его повреждения — царапиной, просверленным отверстием или гальваническим контактом с крепежными элементами из нержавеющей стали в среде, богатой хлоридами, — механизм самовосстановления отсутствует. Открытая алюминиевая подложка локально корродирует (образует точечную коррозию), а продукт коррозии (Al(OH)₃) обеспечивает незначительную защиту.

2. Коррозионная стойкость в прибрежных условиях: сравнительные данные.

2.1 Ускоренные испытания на воздействие солевого тумана (ISO 9227 / ASTM B117)

Стандартизированное испытание в нейтральном солевом тумане (NSS) является наиболее широко используемым методом ускоренной коррозионной стойкости. В таблице ниже собраны опубликованные данные от производителей покрытий, независимых лабораторий и Всемирной ассоциации производителей стали.

* Анодированный алюминий не покрывается красной ржавчиной; время указывает на первое значительное проникновение точечной коррозии в основной металл по срезам и отверстиям для крепежных элементов.

Ключевой вывод: свойство самовосстановления кромок ZAM является важнейшим конкурентным преимуществом. В реальных условиях эксплуатации каждая направляющая имеет срезанные концы, каждый кронштейн имеет пробитые отверстия — каждое из них потенциально может стать местом начала коррозии. ZAM активно защищает эти зоны; анодированный алюминий этого не делает.

2.2 Реальные условия прибрежной зоны: полевые данные

Ускоренные лабораторные тесты информативны; данные о воздействии на открытом воздухе являются достоверными. Опубликованные результаты совместной программы ISOCORRAG, NEDO (Япония) и независимых университетских исследований рисуют четкую картину:

• Стальные панели ZAM, подвергнутые воздействию окружающей среды на расстоянии 250 м от береговой линии (Окинава, Япония, условия C5): отсутствие красной ржавчины после 10 лет непрерывного воздействия.
• Стандартное оцинкованное покрытие (только цинк) на том же участке на Окинаве: красная ржавчина становится видна в течение 3 лет.
• Анодированный алюминий (AA20, 6063-T5), подвергнутый воздействию окружающей среды на расстоянии 500 м от береговой линии (Флорида, США, среда C4): видимые следы коррозии в местах крепления в течение 5–7 лет.
• Наземные направляющие ZAM после 8 лет эксплуатации в тропическом прибрежном регионе (Вьетнам, pH 5,8, осадки 80%, среднегодовая относительная влажность 80%): потеря толщины покрытия

2.3 Гальваническая коррозия на границах раздела разнородных металлов

Часто упускаемый из виду фактор при проектировании береговых сооружений — это гальваническая коррозия в местах соприкосновения разнородных металлов, в частности, в местах соединения алюминиевых направляющих с крепежными элементами из нержавеющей стали или в местах заземления стали и алюминия.

Ключевой ответ: В морской хлоридной среде гальваническая пара между анодированным алюминием (анод) и крепежными элементами из нержавеющей стали 304/316 (катод) ускоряет образование точечных повреждений алюминия в точках контакта. Сталь ZAM, находясь ближе к нержавеющей стали в гальваническом ряду, демонстрирует значительно меньшую разность гальванических потенциалов, что снижает риск биметаллической коррозии.

Для прибрежных проектов, использующих алюминиевые направляющие с крепежными элементами из нержавеющей стали, AISINEE рекомендует: (а) использовать изолирующие шайбы или втулки из ПЭТ/полиамида на всех стыках алюминий-нержавеющая сталь, (б) использовать крепежные элементы из нержавеющей стали марки 316 (A4) вместо 304 (A2) для условий C5, и (в) применять антизадирные или антикоррозионные составы в резьбовых соединениях.

3. Эксплуатационные характеристики конструкции: прочность, вес и гибкость проектирования.

3.1 Сравнение механических свойств

▶ См. технические характеристики наземной системы крепления солнечных батарей AISINEE →

Ключевой ответ: Сталь ZAM обладает в 2–3 раза большей прочностью на разрыв и в 3 раза большей жесткостью, чем алюминий 6063-T5. Это позволяет увеличить пролеты между опорами, уменьшить количество фундаментных столбов на МВт и снизить общую стоимость системы для наземных проектов, несмотря на более высокую плотность материала.

3.2 Вес против прочности: компромисс между эффективностью и длиной пролета

Хотя низкая плотность алюминия (2,70 г/см³ против 7,85 г/см³ у стали) делает его привлекательным для установки на крышах, где структурная нагрузка является ограничивающим фактором, это преимущество частично компенсируется более низким модулем упругости и прочностью алюминия. Для заданной предельной нагрузки и прогиба (например, L/200 при ветровой нагрузке согласно ASCE 7-16) алюминиевая направляющая обычно требует на 40–60% большего поперечного сечения, чем ее аналог из стали ZAM. Таким образом, чистое снижение веса системы составляет приблизительно 20–30%, а не 65%, как предполагалось при сравнении исходной плотности.

4. Общая стоимость владения (TCO): анализ жизненного цикла за 25 лет.

4.1 Предположения модели затрат

Наша модель оценки совокупной стоимости владения (TCO) рассматривает наземную систему мощностью 500 кВт, расположенную на расстоянии 500 м от береговой линии (условия C4/C5). Предположения: расчетный срок службы 25 лет, ставка дисконтирования 6%, ежегодные затраты на инспекцию 0,50 долл./кВт и стоимость работ по замене 0,08 долл./Вт.

Расчет совокупной стоимости владения включает в себя: первоначальные затраты на материалы и покрытие, затраты на проектирование конструкции (оптимизация пролета/стоек), затраты на монтаж, затраты на техническое обслуживание в течение 25 лет и затраты на замену по окончании срока службы (если срок службы

 Ключевой ответ: В прибрежных зонах класса C4–C5 общая стоимость владения стальными монтажными системами ZAM за 25 лет на 35–45% ниже, чем у анодированных алюминиевых, главным образом за счет исключения необходимости замены в середине срока службы и сокращения затрат на техническое обслуживание.

4.2 Когда алюминий — лучший выбор

Преимущество в общей стоимости владения (TCO) алюминий приобретает в следующих сценариях: (а) в условиях внутренних районов с классами прочности C1–C2, где риск коррозии низок, а срок службы алюминия гарантирован на 25 лет; (б) при установке на крышах зданий с низкой несущей способностью, где экономия веса легкого алюминия на 20–30% позволяет избежать затрат на усиление конструкции; и (в) в небольших жилых проектах (

5. Соответствие стандартам, сертификация и требования к ветровой нагрузке

Для специалистов по закупкам в сегменте B2B выбор материалов неотделим от соответствия требованиям сертификации. Как стальные, так и алюминиевые монтажные системы ZAM должны соответствовать применимым конструктивным и материальным стандартам целевого рынка:

▶ Проверьте сертификаты AISINEE и документы, подтверждающие соответствие требованиям →

• Австралия: Системы из алюминиевого сплава и алюминия должны соответствовать стандарту ветровой нагрузки AS/NZS 1170.2. Компания AISINEE предоставляет полные отчеты о расчетах конструкций по стандарту AS1170 для обоих материалов.
• Европа: стандарт EN 1090-1 (класс исполнения EXC2 для солнечных конструкций) требует сертификации заводского контроля производства (FPC). Покрытие ZAM должно соответствовать стандарту EN 10346; алюминий должен соответствовать стандарту EN 755 для экструдированных профилей.
• США: соответствие стандарту ASCE 7-16 по ветровой нагрузке. Алюминий должен соответствовать стандарту AA-2015 (Руководство по проектированию алюминиевых конструкций); сталь должна соответствовать требованиям к проектированию холодногнутой стали AISI S100.
• Общие положения: Сертификация TUV PPP 59029A:2013 (для стеллажных систем), ISO 9001 и независимые испытания материалов, проведенные SGS, обеспечивают независимое подтверждение заявленных характеристик качества.

Ключевой ответ: Компания AISINEE имеет полную сертификацию как для стальных монтажных систем ZAM, так и для анодированных алюминиевых монтажных систем, включая ISO 9001, маркировку CE в соответствии с EN 1090-1, испытания TUV и SGS, что обеспечивает соответствие требованиям на целевых рынках, включая Бразилию, Францию, Таиланд, Филиппины, Колумбию, Южную Африку и Мексику.

▶ Ознакомьтесь с полным ассортиментом продукции AISINEE для крепления солнечных батарей →

6. Методика принятия решений: Как выбрать между сталью ZAM и алюминием

Представленная ниже матрица принятия решений обобщает ключевые критерии выбора материалов с учетом специфических условий проекта:

7. Решения AISINEE для крепления солнечных батарей на побережье

В компании AISINEE мы производим системы крепления солнечных панелей как из стали ZAM (Zn-6Al-3Mg, толщина покрытия 20–35 мкм согласно EN 10346), так и из анодированного алюминия (AA15–AA25, сплав 6063-T5/T6). Наша инженерная команда предоставляет рекомендации по выбору материалов для конкретных проектов, основываясь на условиях площадки, требованиях к ветровой нагрузке и анализе стоимости жизненного цикла.

Ключевые компетенции для прибрежных проектов:

• Толщина покрытия ZAM до 35 мкм для экстремальных морских условий (C5-M)
• Проектирование несущей конструкции с расчетом ветровой нагрузки по стандартам AS1170 / ASCE 7-16 / EN 1991-1-4.
• Быстрая доставка образцов и отсутствие минимального объема заказа для стандартных аксессуаров.
• Полный пакет сертификации: ISO 9001, CE (EN 1090-1), TUV, испытания материалов SGS.
• Услуги по индивидуальному проектированию от чертежа до производства, включая отчеты о расчете несущих нагрузок на конструкцию.
• Срок выполнения крупных заказов составляет 15–25 дней, с оптимизацией загрузки контейнеров.

Предупреждение: Данные о коррозионной стойкости и оценки общей стоимости владения, представленные в этой статье, основаны на общедоступных исследованиях, технических характеристиках производителя и внутренних испытаниях AISINEE. Фактические характеристики могут варьироваться в зависимости от конкретных условий на объекте, микроклимата, качества монтажа и методов технического обслуживания. Для получения рекомендаций по конкретным проектам, пожалуйста, обратитесь к нашей инженерной команде, предоставив подробные данные об объекте.

Ссылки

• ISO 9227:2022 — Испытания на коррозию в искусственной атмосфере — Испытания в солевом тумане
• ISO 12944-2:2018 — Краски и лаки — Защита стальных конструкций от коррозии — Классификация сред
• EN 10346:2015 — Плоские стальные изделия с непрерывным горячим цинкованием для холодной формовки
• NEDO (Японская организация по развитию новых энергетических и промышленных технологий), Исследование воздействия цинково-алюминиево-магниевого покрытия на сталь, 2019 г.
• Всемирная ассоциация производителей стали, Оцинкованная сталь и устойчивое строительство: Руководство для проектировщиков прибрежных зон, 2020 г.
• ASCE/SEI 7-16 — Минимальные расчетные нагрузки и соответствующие критерии для зданий и других сооружений
• AS/NZS 1170.2:2021 — Расчетные действия при проектировании конструкций — Действия при ветроустойчивости
• TUV Rheinland PPP 59029A:2013 — Системы крепления фотоэлектрических элементов

По всем вопросам, касающимся систем крепления солнечных батарей, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте: sales@aisinee.comWhatsApp / WeChat Skype: +86 18959208931, спасибо.