Фотоэлектрические болты: типы, материалы и руководство по выбору

Фотоэлектрические болты — это крепеж, который скрепляет солнечные панели, монтажные направляющие, стеллажные рамы и заземляющие анкеры в целостную, структурно прочную фотоэлектрическую систему. Это не обычные болты из хозяйственного магазина. Наружная среда, в которой работает солнечная установка (УФ-излучение, циклическое изменение температуры от -40°C до 85°C, прибрежные солевые брызги или промышленное загрязнение), предъявляет к крепежным элементам требования, которым обычная углеродистая сталь не может соответствовать в течение 25–30 лет срока службы системы.

Выбор неправильной марки или материала болта может привести к гальванической коррозии, ослаблению под ветровой нагрузкой или разрушению конструкции, что приведет к аннулированию гарантии на оборудование и создаст угрозу безопасности. В этом руководстве описаны типы, материалы, стандарты, требования к крутящему моменту и критерии выбора, которые наиболее важны в реальных фотоэлектрических установках.

Где в солнечной системе используются фотоэлектрические болты

Типичная фотоэлектрическая система, монтируемая на крыше или на земле, использует крепеж на нескольких структурных соединениях, каждый из которых имеет разные требования к нагрузке и условиям воздействия:

• Болты зажима панели: Закрепите средние и концевые зажимы, которые удерживают раму панели на монтажной рейке. В них наблюдаются наиболее частые температурные циклы, поскольку температура панелей колеблется ежедневно.
• Стык рельсов и болты крепления рельса к кронштейну: Соедините секции направляющих и прикрепите направляющие к монтажным кронштейнам на крыше или стойкам заземления. Критически важен для передачи ветровых и снеговых нагрузок через конструкцию.
• Болты для прохода через крышу: Закрепите крепления оклада или балластные опоры к стропилам крыши. Требуется нержавеющая сталь, чтобы предотвратить появление ржавчины и коррозию внутри конструкции крыши.
• Анкерные болты для крепления к земле: Закрепите забивные сваи, винтовые анкеры или бетонные опоры на раме стеллажа. Часто самые большие крепежные детали в системе — от M16 до M24 в крупных коммунальных установках.
• Болты крепления коробки инвертора и сумматора: Прикрепите электрические шкафы к стенам или рамам. В некоторых конфигурациях требуется электрическая изоляция, чтобы избежать блуждающих токов.
• Заземляющее оборудование: Болты с зубчатым фланцем или зажимы заземления, которые протыкают анодированную поверхность алюминиевых рельсов для обеспечения непрерывности электрической цепи.

Типы болтов, обычно используемые в фотоэлектрических стеллажных системах

Производители фотоэлектрических стеллажей проектируют свои системы на основе болтов определенной геометрии, которые обеспечивают быструю установку и надежный зажим без чрезмерного затягивания тонких алюминиевых профилей. Наиболее распространенными типами являются:

Выбор материала: почему нержавеющая сталь доминирует в крепеже для фотоэлектрических систем

Самым важным выбором материала для фотоэлектрических болтов является коррозионная стойкость. Солнечные системы предназначены для Срок эксплуатации 25–30 лет. , и крепежные детали должны выдержать весь этот период без ослабления, заедания или разрушения конструкции из-за ржавчины.

Нержавеющая сталь A2 (304) и A4 (316)

В большинстве фотоэлектрических стеллажных систем используются болты из нержавеющей стали A2 или A4. Практическая разница заключается в содержании молибдена: Нержавеющая сталь А4 (316) содержит 2–3% молибдена. , что значительно повышает устойчивость к питтинговой коррозии, вызванной хлоридами — специфическому виду разрушения в прибрежных и морских средах. A2 (304) подходит для установки внутри помещений; А4 (316) следует использовать в течение 1–5 км береговой линии или в промышленных зонах с переносимыми по воздуху хлоридами.

Горячеоцинкованная сталь (HDG) для крепления на земле

В крупных наземных установках, особенно в солнечных электростанциях коммунального масштаба, в качестве анкерных болтов и соединений первичной рамы часто используются конструкционные болты из горячеоцинкованной стали (HDG). Толщина покрытия HDG 85 мкм или больше (согласно ASTM A153 или ISO 1461) обеспечивает 30–50 лет защиты от коррозии в большинстве почвенных сред при значительно меньших затратах, чем оборудование, изготовленное полностью из нержавеющей стали, в больших масштабах. HDG не рекомендуется использовать в местах прямого контакта с алюминиевыми стеллажами из-за риска гальванической коррозии.

Гальваническая коррозия: скрытый риск на границах раздела алюминий-сталь

Практически все фотоэлектрические стойки изготовлены из экструдированного алюминия (6005-T5 или 6061-T6). Когда болты из нержавеющей стали контактируют с алюминием во влажной среде, образуется гальванический элемент. Нержавеющая сталь и алюминий имеют разность 0,25–0,50 В в гальваническом ряду. — достаточно близко, чтобы болты A2/A4 обычно считались приемлемыми в этой паре. Однако болты из углеродистой стали или HDG, находящиеся в прямом контакте с алюминием, создают проблемы — разница потенциалов ускоряет коррозию алюминия в месте соединения. Всегда используйте оборудование из нержавеющей стали или совместимое с алюминием в местах соединения алюминия с крепежом.

Требования к классу болтов и прочности для фотоэлектрических приложений

Фотоэлектрические болты должны выдерживать устойчивые ветровые нагрузки, снеговые нагрузки и сейсмические нагрузки на протяжении десятилетий. Прочность болта определяется классом прочности (метрический) или классом (дюймы):

Для большинства жилых и коммерческих систем на крыше, Нержавеющая сталь A2-70 является стандартной спецификацией. . Модернизация до A4-80 рекомендуется для прибрежных площадок, зон с сильным ветром (скорость ветра по ASCE 7 ≥ 130 миль в час) или для любой установки, где структурные расчеты инженера по стеллажам требуют более высокого предварительного натяга болтов.

Характеристики крутящего момента для болтов фотоэлектрических систем: почему чрезмерная затяжка так же опасна, как и недостаточная затяжка

Спецификации крутящего момента для фотоэлектрических болтов более жесткие, чем ожидает большинство монтажников. Алюминиевые профили, используемые в стеллажах для солнечных батарей, относительно мягкие. Алюминий 6005-Т5 имеет предел текучести всего 240 МПа. по сравнению с 700 МПа для ввинчивающихся в него болтов из нержавеющей стали. Чрезмерная затяжка срывает резьбу в алюминиевой гайке или канале рельса, что требует замены всей секции рельса.

Недостаточная затяжка приводит к недостаточной предварительной нагрузке на соединение, что позволяет ему двигаться под воздействием вибрации ветра, что приводит к фрикционной усталости и постепенному ослаблению. Типичные значения крутящего момента, указанные производителем для обычных размеров фотоэлектрических болтов:

Для окончательной затяжки всегда используйте калиброванный динамометрический ключ. Ударные отвертки, установленные на максимальный крутящий момент, неприемлемы для зажимных болтов фотоэлектрических панелей — они обычно превышают ограничения производителя. Многие производители стеллажей указывают значения крутящего момента в сухом состоянии (без смазки); Если применяется противозадирная смазка или смазка для резьбы, уменьшите крутящий момент примерно на 20–25 %, чтобы добиться того же усилия зажима.

Функции предотвращения ослабления: предотвращение ослабления болтов в течение 25 лет

Солнечные установки испытывают постоянную низкоамплитудную вибрацию от ветра и ежедневного теплового расширения и сжатия алюминиевого рельса (алюминий расширяется при 23,6 мкм/м·°С — 6-метровый участок рельса увеличивается и сжимается примерно на 12 мм при температуре зимней ночи -10°C и температуре поверхности панели летом 60°C). Это движение может постепенно вывернуть болты, в которых отсутствуют средства предотвращения ослабления.

Общие решения против расшатывания, используемые в фотоэлектрических системах, включают:

• Контргайки с нейлоновыми вставками (Nyloc): Наиболее широко используемое решение для фотоэлектрических систем на крыше. Нейлоновый воротник захватывает резьбу болта и препятствует вращению. Эффективен примерно до 100°C — проверьте пригодность, если корпуса распределительных коробок создают локальное тепло.
• Зубчатые фланцевые гайки и болты: Зубцы впиваются в сопрягаемую поверхность и механически сопротивляются вращению. Используется для заземления соединений и структурных соединений, где твердость поверхности позволяет зубцам правильно зацепляться.
• Пружинные стопорные шайбы: Обычно считаются менее надежными, чем нейлоковые гайки, при динамической нагрузке согласно испытаниям на вибрацию по стандарту DIN 65151 — используйте только там, где указано производителем стеллажей.
• Клей для фиксации резьбы (Loctite 243 или аналогичный): Эффективен для болтов малого диаметра в местах с низкой вибрацией. Непрактично для полевых соединений, которые в будущем могут потребовать повторной затяжки или изменения положения панели.
• Конфигурация с двумя гайками (контргайкой): Используется на регулировочных опорах, монтируемых на земле, где требуется как виброустойчивость, так и возможность регулировки в полевых условиях.

Стандарты и сертификаты, относящиеся к фотоэлектрическим болтам

Сертификация фотоэлектрических систем и разрешения на строительство все чаще требуют, чтобы крепежные детали соответствовали документально подтвержденным стандартам материалов и размеров. Наиболее часто упоминаемые стандарты:

• ИСО 3506: Основной международный стандарт, определяющий механические свойства крепежных изделий из нержавеющей стали. Указывает классы свойств A2-70, A2-80, A4-70 и A4-80. Сертификаты соответствия со ссылкой на ISO 3506 требуются многим EPC-подрядчикам в масштабах коммунальных предприятий.
• АСТМ Ф593/Ф594: Американский эквивалент болтов и гаек из нержавеющей стали. Требуется для проектов в соответствии со строительными нормами США, где не указано метрическое оборудование ISO.
• АСТМ А307/А325/А490: Управляйте конструкционными болтами из углеродистой и легированной стали, используемыми в наземных стальных конструкциях HDG.
• ИСО 1461/АСТМ А153: Укажите минимальную толщину покрытия для горячеоцинкованных крепежных деталей, что имеет решающее значение для проверки коррозионной стойкости анкерных болтов HDG.
• МЭК 61215/МЭК 61730: Хотя это модульные стандарты, они косвенно регулируют монтаж оборудования, определяя условия механической нагрузки (ветер, снег, град), на которые должны быть рассчитаны стойки и крепежные элементы.

Для установки, требующей разрешения, запросите протоколы испытаний материалов (MTR) или сертификаты соответствия у поставщиков болтов, которые ссылаются на эти стандарты. Поддельные или некачественные крепежные детали с ложной маркировкой класса прочности являются документально подтвержденной проблемой. в недорогих цепочках поставок — проверка химического состава и твердости третьей стороной рекомендуется для крупных проектов, закупающих оборудование за пределами установленных каналов сбыта.

Практический контрольный список для выбора фотоэлектрических болтов

Используйте следующий контрольный список при выборе или приобретении крепежа для фотоэлектрического проекта:

1. Подтвердите тип болта, указанный в руководстве по установке производителя стеллажа (Т-образная головка, шестигранная головка, болт с квадратным подголовком или болт с задержкой) и не заменяйте другие типы головок без одобрения инженеров.
2. Выбрать А4-316 нержавеющая для прибрежной, морской среды или среды с высокой влажностью; Нержавеющая сталь A2-304 приемлема для внутреннего сухого климата.
3. Укажите Минимальный класс недвижимости А2-70 или А4-70 для стандартных крышных систем; модернизация до A4-80 для участков с сильными ветровыми или снеговыми нагрузками согласно структурным расчетам.
4. Убедитесь, что все гайки и шайбы изготовлены из той же марки нержавеющей стали, что и болт — смешивание болтов А2 с гайками из углеродистой стали создает гальваническую пару, которая ускоряет коррозию гайки.
5. Проверьте положения, предотвращающие ослабление: нейлоновые гайки для зажимов панелей и большинства рельсовых соединений; зубчатое фланцевое оборудование, где требуется непрерывность заземления.
6. Получите и подайте сертификаты соответствия (ISO 3506 или эквивалент ASTM) к проектной документации для получения разрешений и гарантий.
7. Для окончательной затяжки используйте динамометрический ключ, а не ударный ключ, и запишите значения крутящего момента в отчете о вводе в эксплуатацию для использования в будущем при проверке эксплуатации и технического обслуживания.