Cách kéo dài tuổi thọ của phụ kiện khung quang điện bằng nhôm

Trong các hệ thống quang điện mặt trời (PV), cấu trúc lắp đặt đóng vai trò quan trọng trong việc cố định các mô-đun, chịu được tải trọng gió và truyền tải xuống nền móng. Mặc dù mô-đun quang điện thường được coi là "trái tim" của hệ thống, nhưng các phụ kiện lắp đặt khác nhau-chẳng hạn như kẹp, đầu nối ray, bu lông và miếng đệm-đóng vai trò là "khớp" và "dây chằng" giúp duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc và đảm bảo hoạt động ổn định, lâu dài-. Mặc dù có kích thước nhỏ nhưng các bộ phận này là yếu tố quyết định liệu nhà máy PV có thể hoạt động an toàn và hiệu quả trong suốt tuổi thọ thiết kế từ 25 năm trở lên hay không.

 

Trong số các vật liệu khác nhau được sử dụng cho hệ thống lắp đặt, hợp kim nhôm (đặc biệt là dòng 6063-T5/T6) đã trở thành lựa chọn phổ biến trên thị trường toàn cầu nhờ tỷ lệ độ bền-trên-trọng lượng cao, khả năng chống ăn mòn tuyệt vời, dễ chế tạo và tiết kiệm chi phí-. Tuy nhiên, nhiều chủ dự án và thợ lắp đặt rơi vào quan niệm sai lầm rằng “hợp kim nhôm không bao giờ rỉ sét” khiến họ bỏ qua các biện pháp bảo trì, bảo vệ cần thiết. Trên thực tế, mặc dù lớp oxit dày đặc hình thành tự nhiên trên bề mặt hợp kim nhôm nhưng lớp này có thể bị tổn hại trong các môi trường cụ thể-chẳng hạn như các khu vực có độ ẩm cao, phun muối nhiều, ô nhiễm công nghiệp hoặc tích tụ nước kéo dài-có khả năng dẫn đến ăn mòn, rỗ và thậm chí hỏng cấu trúc. Do đó, sự hiểu biết khoa học về cơ chế ăn mòn và thực hiện các biện pháp bảo vệ hiệu quả là điều cần thiết để kéo dài tuổi thọ của các phụ kiện lắp đặt.

 

Bài viết này phân tích một cách có hệ thống năm yếu tố chính góp phần gây ra sự lão hóa của các phụ kiện lắp đặt PV bằng hợp kim nhôm. Nó cũng cung cấp các chiến lược thiết thực để kéo dài tuổi thọ sử dụng-bao gồm lựa chọn vật liệu, tiêu chuẩn lắp đặt và bảo trì định kỳ-nhằm giúp đảm bảo nhà máy quang điện của bạn đạt được tuổi thọ thực sự "không cần lo lắng-25 năm".

 

 

Ăn mòn điện hóa-"Kẻ giết người vô hình" phổ biến nhất
Khi các bộ phận bằng hợp kim nhôm tiếp xúc trực tiếp với bu lông thép không gỉ, dây nối đất bằng thép carbon hoặc vấu cáp đồng trong môi trường tiếp xúc với mưa, ngưng tụ hoặc phun muối, mạch điện sẽ được hình thành. Do thế điện cực của nhôm thấp hơn đáng kể so với thép không gỉ hoặc thép cacbon nên nhôm đóng vai trò là cực dương và dễ bị ăn mòn hơn, tạo ra oxit bột màu trắng (thường được gọi là "rỉ trắng"). Trong những trường hợp nghiêm trọng, điều này dẫn đến kết nối lỏng lẻo và khả năng chịu tải-giảm đáng kể. Lắp các miếng đệm cách điện (làm bằng vật liệu như nylon, cao su EPDM hoặc PTFE) giữa tất cả các bề mặt tiếp xúc kim loại khác nhau để ngắt mạch điện hóa. Đối với các kết nối nối đất, hãy sử dụng các vấu bằng nhôm hoặc đồng đóng hộp và bôi keo dẫn điện để ngăn nhôm-tiếp xúc trực tiếp với đồng. Ở các khu vực ven biển hoặc khu vực bị ô nhiễm công nghiệp nặng, nên sử dụng bu lông có ống cách điện hoặc vòng đệm lưỡng kim (chẳng hạn như vòng đệm chuyển tiếp bằng nhôm{7}}bằng thép không gỉ).

 

Kẽ hở ăn mòn và rỗ-Những "vết loét" ẩn giấu
Nếu nước, bụi hoặc muối tích tụ trong các kẽ hở-chẳng hạn như giữa đầu bu lông và bề mặt biên dạng hoặc ở phần chồng lên nhau giữa kẹp và thanh ray- thì tế bào tập trung oxy sẽ hình thành. Khu vực bên trong kẽ hở có hàm lượng oxy thấp và đóng vai trò là cực dương, trải qua quá trình hòa tan cục bộ, trong khi khu vực bên ngoài có hàm lượng oxy cao và đóng vai trò là cực âm, đẩy nhanh quá trình ăn mòn bên trong kẽ hở. Khi kiểu ăn mòn này bắt đầu, nó thường lan sâu theo kiểu "giống như vết loét"; vì khó phát hiện nên tiềm ẩn nhiều rủi ro về an toàn. Trong quá trình lắp đặt, hãy-khoan trước các lỗ thoát nước (đường kính 6–8 mm) tại các vị trí dễ tích tụ nước, chẳng hạn như các đầu biên dạng và khu vực bên dưới các kẹp, để đảm bảo thoát nước mưa kịp thời. Bịt kín các kẽ hở bằng keo silicon trung tính (nghiêm cấm chất bịt kín có tính axit vì chúng ăn mòn nhôm), nhưng kiểm tra keo thường xuyên xem có bị lão hóa hoặc nứt không.
Sáu tháng một lần, rửa sạch hệ thống lắp bằng súng nước áp suất cao-(ở áp suất vận hành tiêu chuẩn) hoặc chất tẩy rửa trung tính, đặc biệt chú ý đến việc làm sạch các kẽ hở và các khoang bên trong của biên dạng.

 

Vết nứt ăn mòn do ứng suất (SCC)-"Quả bom hẹn giờ" ở những vùng lạnh, ẩm
Trong môi trường có đặc điểm là độ ẩm cao, mưa axit công nghiệp hoặc phun muối ven biển, hợp kim nhôm có độ bền-cao (chẳng hạn như 6061-T6 và 6063-T6) có thể bị nứt do ăn mòn ứng suất giữa các hạt khi chịu ứng suất kéo kéo dài. Chế độ lỗi này xảy ra đột ngột; các bộ phận thường bị gãy mà không có dấu hiệu báo trước, dẫn đến tai nạn liên quan đến việc các bộ phận bị rơi. Hợp kim nhôm nhiệt độ T6 (có độ tuổi cao nhất) được ưa chuộng hơn vì chúng có khả năng chống ăn mòn ứng suất vượt trội so với hợp kim nhiệt độ T5. Tải trước bu lông phải được kiểm soát chặt chẽ để tránh ứng suất kéo quá mức do siết quá chặt. Nên sử dụng cờ lê lực, tuân thủ các giá trị mômen xoắn do nhà sản xuất chỉ định (ví dụ: 20–25 N·m đối với bu lông M8). Đối với các dự án ở khu vực ven biển có khả năng tiếp xúc với phun muối cao, nên sử dụng các cấu hình có độ dày lớp phủ anot hóa Lớn hơn hoặc bằng 25 μm (AA25) hoặc phủ lớp phủ fluorocarbon (PVDF) để tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn.

 

Sự mài mòn và mài mòn cơ học-"Mệt mỏi mãn tính" do rung động của gió gây ra
Các nhà máy điện quang điện được tiếp xúc với môi trường tự nhiên trong thời gian dài. Rung động do gió- gây ra (đặc biệt là ở các kẹp côngxon dài{2}}) và sự giãn nở/co lại nhiệt do biến động nhiệt độ ban ngày có thể gây ra trượt tương đối từng phút tại các kết nối được bắt vít. Sự mài mòn này dần dần ăn mòn lớp oxit, làm lộ ra bề mặt nhôm mới và gây ra hiện tượng ăn mòn. Đồng thời, sự mài mòn gây ra sự mất tải trước của bu lông và làm trầm trọng thêm tình trạng lỏng lẻo, tạo ra một vòng luẩn quẩn “mòn – nới lỏng – mài mòn nhanh”. Nên sử dụng đai ốc chống{6}}nới lỏng (chẳng hạn như đai ốc khóa chèn-bằng nylon) hoặc chất kết dính khóa ren- (ví dụ: Loctite 243) để đảm bảo bu lông vẫn an toàn khi rung. Nên lắp đặt các vòng đệm phẳng lớn bên dưới đầu bu lông và đai ốc để phân phối ứng suất và giảm thiểu vết lõm cục bộ trên bề mặt biên dạng. Sau khi lắp đặt, phải vẽ một "dấu mô-men xoắn" bằng bút đánh dấu sơn trên giao diện của đầu bu lông và tiết diện để tạo điều kiện phát hiện nhanh tình trạng lỏng lẻo trong quá trình kiểm tra.

 

 

Lựa chọn vật liệu và xử lý bề mặt-Chống ăn mòn tận gốc
Tùy chọn 1: Anodizing. Độ dày lớp phủ khuyến nghị lớn hơn hoặc bằng AA15μm (môi trường ngoài trời tiêu chuẩn) hoặc AA25μm (khu vực ven biển hoặc bị ô nhiễm nặng). Màng oxit anốt-chất lượng cao mang lại độ cứng và khả năng chống mài mòn cao cũng như khả năng-tự phục hồi (bên trong-sẽ bị oxy hóa lại nếu bị hư hỏng). Cách 2: Sơn tĩnh điện. Sử dụng lớp phủ bột polyester (PE) hoặc polyvinylidene fluoride (PVDF) với độ dày 60–120μm. Lớp phủ PVDF có khả năng chống chịu thời tiết tuyệt vời, khiến chúng trở nên lý tưởng cho những vùng có bức xạ UV cao. Phương án 3: Lựa chọn bu lông. Việc sử dụng bu lông thép carbon tiêu chuẩn bị nghiêm cấm đối với các dự án ngoài trời (ngay cả những bu lông mạ kẽm cũng sẽ hỏng trong vòng 5–10 năm). Nên sử dụng bu lông bằng thép không gỉ A2{26}}70 (304) hoặc A4-80 (316). Đối với các công trình ven biển, inox 316 là lựa chọn ưu tiên; hàm lượng molypden của nó tăng cường đáng kể khả năng chống ăn mòn rỗ do clorua gây ra.

 

Cài đặt và bảo trì-Chi tiết quyết định thành công
Siết quá chặt có thể làm tuột ren hoặc làm nát các biên dạng, trong khi siết không đủ sẽ dẫn đến lỏng lẻo. Luôn sử dụng cờ lê lực đặt sẵn và hiệu chỉnh nó thường xuyên. Giá trị mô-men xoắn tham chiếu: M6 (8–10 N·m), M8 (20–25 N·m), M10 (35–40 N·m). Việc kiểm tra chuyên môn được khuyến nghị ít nhất hai lần một năm (trước và sau mùa mưa). Các điểm kiểm tra chính bao gồm kiểm tra các bu lông bị lỏng (xác minh bằng cách sử dụng các dấu căn chỉnh), các miếng đệm bị lão hóa hoặc nứt, các lỗ thoát nước bị tắc và chất bịt kín bị bong ra. Làm sạch bằng nước sạch hoặc chất tẩy rửa trung tính (pH 6–8) bằng bàn chải lông mềm; Tuyệt đối tránh các chất tẩy rửa có tính axit hoặc kiềm (như axit oxalic hoặc xút) và len thép để tránh làm hỏng màng oxit.

 

Tối ưu hóa thiết kế kết cấu-Phòng ngừa thay vì khắc phục
Adding support posts to the mid-span of long rails (e.g.,>6 m) có thể giảm đáng kể độ võng và ứng suất rung-do gió gây ra. Chọn mặt cắt ngang-có rãnh thoát nước bên trong hoặc-khoan trước lỗ thoát nước ở những điểm thấp nhất của mặt cắt để ngăn nước tích tụ trong các hốc. Đối với những khu vực dễ tích tụ bụi, góc nghiêng phải được tăng thích hợp (ví dụ: từ 15 độ lên 20 độ)-trong khi vẫn duy trì công suất phát điện-để tận dụng nước mưa để tự{12}}làm sạch và giảm thiểu tác động ăn mòn trên bề mặt do bụi bám dính.

 

 

Đối với các khu vực ven biển/có độ mặn cao:

Sử dụng hợp kim nhôm hàng hải{0}}loại (ví dụ: 6061-T6) với lớp mạ photpho niken-không điện phân hai lớp (độ dày 25μm) hoặc lớp phủ tổng hợp gồm mạ kẽm nhúng nóng cộng với sơn tĩnh điện.
Đối với khu vực có-UV cao (vùng có độ cao-cao):

Chọn sơn fluorocarbon (hàm lượng PVDF lớn hơn hoặc bằng 70%) có bổ sung chất hấp thụ tia cực tím (ví dụ: UV-531).

Đối với những khu vực có biến động nhiệt độ đáng kể:

Sử dụng các hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp (ví dụ: 6063-T6) và kết hợp các lỗ có rãnh để điều chỉnh sự giãn nở và co lại nhiệt.

 

Thử nghiệm phun muối được tiến hành theo phương pháp Phun muối trung tính (NSS) được quy định trong GB/T 10125, yêu cầu không ăn mòn kim loại cơ bản sau 1.000 giờ. Thử nghiệm lão hóa bằng tia UV được thực hiện theo tiêu chuẩn ISO 4892-3 (sử dụng đèn UV-A 340) trong 2.000 giờ, với giá trị chênh lệch màu lớp phủ yêu cầu (ΔE) nhỏ hơn hoặc bằng 2,0. Thử nghiệm tải cơ học tuân theo tiêu chuẩn IEC 61215, bao gồm tải tĩnh (2.400 Pa) và tải động (1.000 Pa, 10.000 chu kỳ).

 

 

Hệ thống lắp đặt chủ yếu bao gồmcủa các đầu nối dầm chính/xà gồ và giá đỡ nẹp chéo, được thiết kế để đạt được độ bền kéo cao (Lớn hơn hoặc bằng 230 MPa) và chịu được áp lực gió (ví dụ: 2400 Pa) và tải trọng tuyết (ví dụ: 5400 Pa).

Các thành phần cố định mô-đunchủ yếu bao gồm kẹp-giữa, kẹp cuối{1}} và kẹp lò xo kẹp; chúng có đặc điểm biến dạng đàn hồi Lớn hơn hoặc bằng 1 mm và khả năng chống mỏi (chịu được 100.000 chu kỳ mà không bị gãy).

Linh kiện kết nối điệnbao gồm các kẹp nối đất (kẹp dẫn điện) và kẹp cáp, mang lại độ dẫn điện Lớn hơn hoặc bằng 55% IACS và điện trở tiếp xúc Nhỏ hơn hoặc bằng 0,5 Ω (để đảm bảo tính liên tục nối đất).

Các thành phần hệ thống theo dõibao gồm các đầu nối truyền động xoay và vỏ ổ trục, được đặc trưng bởi khả năng chống mài mòn (độ cứng bề mặt Lớn hơn hoặc bằng HV500) và độ chính xác cao (dung sai ± 0,1 mm).

Vỏ hộp biến tần/combiner chủ yếubao gồm tản nhiệt và giá đỡ, có độ dẫn nhiệt Lớn hơn hoặc bằng 150 W/(m·K) và đáp ứng định mức bảo vệ IP65.

 

Thông qua việc lựa chọn vật liệu khoa học, lắp đặt theo tiêu chuẩn và bảo trì thường xuyên, bạn có thể kéo dài tuổi thọ củalinh kiện lắp PV hợp kim nhômtừ tiêu chuẩn 15 năm đến trên 25 năm-hoàn toàn phù hợp với tuổi thọ thiết kế của mô-đun quang điện. Điều này không chỉ thể hiện sự đầu tư kỹ thuật mà còn là biện pháp bảo vệ chiến lược cho lợi tức đầu tư dài hạn của nhà máy điện.

 

Nếu bạn đang lên kế hoạch cho một dự án PV mới hoặc muốn nâng cấp khả năng chống ăn mòn của nhà máy hiện có, vui lòng liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi. Với hơn một thập kỷ kinh nghiệm trong việc thiết kế và sản xuất các bộ phận lắp đặt PV, chúng tôi cung cấp:-các giải pháp chống ăn mòn tùy chỉnh phù hợp với môi trường dự án cụ thể (chẳng hạn như khu vực ven biển, khu công nghiệp hoặc vùng núi cao); lựa chọn cấu hình nhôm có khả năng chống-ăn mòn-cao (C4/C5) và phần cứng bằng thép không gỉ; và hướng dẫn lắp đặt cùng với hướng dẫn sử dụng thông số mô-men xoắn.

 

Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để nhận được giải pháp phù hợp và đảm bảo nhà máy điện PV của bạn vận hành thực sự{0}}không cần lo lắng trong 25 năm.