Fotovoltaické skrutky: Typy, materiály a sprievodca výberom

Fotovoltaické skrutky sú upevňovacie prvky, ktoré upevňujú solárne panely, montážne lišty, stojanové rámy a zemné kotvy do kompletného, štrukturálne zdravého fotovoltaického systému. Nie sú to bežné skrutky z železiarstva. Vonkajšie prostredie, v ktorom solárna inštalácia funguje – UV žiarenie, tepelné cykly od -40 °C do 85 °C, pobrežná soľná hmla alebo priemyselné znečistenie – kladie nároky na spojovacie prvky, ktoré bežná uhlíková oceľ nedokáže splniť počas životnosti systému 25 – 30 rokov.

Výber nesprávnej triedy alebo materiálu skrutiek môže viesť ku galvanickej korózii, uvoľneniu pri zaťažení vetrom alebo štrukturálnej poruche, ktorá ruší záruku na zariadenie a vytvára bezpečnostné riziká. Táto príručka obsahuje typy, materiály, normy, požiadavky na krútiaci moment a výberové kritériá, ktoré sú najdôležitejšie v skutočných PV inštaláciách.

Kde sa používajú fotovoltaické skrutky v slnečnej sústave

Typický fotovoltaický systém na streche alebo na zemi používa upevňovacie prvky na viacerých konštrukčných spojoch, z ktorých každý má iné požiadavky na zaťaženie a podmienky vystavenia:

• Upínacie skrutky panelov: Zaistite stredné svorky a koncové svorky, ktoré držia rám panelu na montážnej koľajnici. Tieto zaznamenávajú najčastejšie tepelné cykly, pretože teploty panelov denne kolíšu.
• Koľajnicový spoj a skrutky medzi koľajnicou a konzolou: Pripojte časti koľajníc a pripevnite koľajnice k strešným montážnym konzolám alebo zemným stĺpikom. Rozhodujúce pre prenos zaťaženia vetrom a snehom cez konštrukciu.
• Skrutky s oneskorením prieniku strechy: Ukotvte držiaky lemovania alebo záťažové pätky na strešné krokvy. Vyžadujte nehrdzavejúcu oceľ, aby ste zabránili hrdzaveniu a korózii vo vnútri strešnej konštrukcie.
• Kotviace skrutky na zem: Zaistite hnané pilóty, špirálové kotvy alebo betónové pätky k rámu regálu. Často najväčšie upevňovacie prvky v systéme - M16 až M24 vo veľkých inštaláciách.
• Montážne skrutky invertorovej a zlučovacej skrinky: Pripevnite elektrické kryty na steny alebo rámy. Vyžaduje elektrickú izoláciu v niektorých konfiguráciách, aby sa zabránilo bludným prúdom.
• Hardvér na uzemnenie: Zúbkované prírubové skrutky alebo uzemňovacie svorky, ktoré prepichnú eloxovaný povrch hliníkových koľajníc, aby vytvorili elektrickú kontinuitu.

Typy skrutiek bežne používané v systémoch PV regálov

Výrobcovia fotovoltaických regálov navrhujú svoje systémy podľa špecifických geometrií skrutiek, ktoré umožňujú rýchlu inštaláciu a spoľahlivé upínanie bez nadmerného uťahovania tenkých hliníkových profilov. Najbežnejšie typy sú:

Výber materiálu: Prečo nehrdzavejúca oceľ dominuje medzi PV spojovacími prvkami

Jediným najdôležitejším rozhodnutím o materiáli pre fotovoltaické skrutky je odolnosť proti korózii. Solárne systémy sú určené pre Prevádzková životnosť 25-30 rokov a upevňovacie prvky musia prežiť celé toto obdobie bez uvoľnenia, zadierania alebo štrukturálnej degradácie spôsobeného hrdzou.

Nerezová oceľ A2 (304) vs. A4 (316)

Väčšina PV regálových systémov špecifikuje skrutky z nehrdzavejúcej ocele A2 alebo A4. Praktický rozdiel je v obsahu molybdénu: Nerez A4 (316) obsahuje 2–3 % molybdénu , ktorý dramaticky zlepšuje odolnosť voči bodovej korózii spôsobenej chloridmi – špecifickému poruchovému režimu v pobrežnom a morskom prostredí. A2 (304) je vhodný pre vnútrozemské inštalácie; A4 (316) by sa mal použiť v rámci 1-5 km pobrežia alebo v priemyselných zónach s chloridmi vo vzduchu.

Žiarovo pozinkovaná (HDG) oceľ pre montáž na zem

Veľké pozemné inštalácie – najmä solárne farmy v úžitkovom meradle – často používajú žiarovo pozinkované (HDG) konštrukčné skrutky pre kotviace skrutky a primárne spojenia rámu. Hrúbka HDG povlaku 85 µm alebo viac (podľa ASTM A153 alebo ISO 1461) poskytuje 30–50 ročnú ochranu proti korózii vo väčšine pôdnych prostredí pri výrazne nižších nákladoch ako celonerezový hardvér vo veľkom meradle. HDG sa neodporúča tam, kde dochádza k priamemu kontaktu s hliníkovým regálom, kvôli riziku galvanickej korózie.

Galvanická korózia: Skryté riziko na rozhraniach hliník-oceľ

Prakticky všetky PV regálové koľajnice sú z extrudovaného hliníka (6005-T5 alebo 6061-T6). Keď sa skrutky z nehrdzavejúcej ocele dostanú do kontaktu s hliníkom vo vlhkom prostredí, vytvorí sa galvanický článok. Nehrdzavejúca oceľ a hliník sú v galvanickom rade od seba vzdialené 0,25–0,50 V — dostatočne blízko, aby sa skrutky A2/A4 všeobecne považovali za prijateľné v tomto páre. Avšak skrutky z uhlíkovej ocele alebo HDG v priamom kontakte s hliníkom sú problematické – potenciálny rozdiel urýchľuje koróziu hliníka v spoji. Vždy používajte nerezový hardvér alebo hardvér kompatibilný s hliníkom na rozhraniach medzi hliníkom a príchytkou.

Požiadavky na triedu a pevnosť skrutiek pre PV aplikácie

PV skrutky musia vydržať trvalé zaťaženie vetrom, snehové zaťaženie a seizmické sily počas desaťročí. Pevnosť skrutiek je definovaná triedou vlastnosti (metrická) alebo stupňom (palec):

Pre väčšinu obytných a komerčných strešných systémov, Nerez A2-70 je štandardná špecifikácia . Aktualizácia na A4-80 sa odporúča pre pobrežné oblasti, oblasti so silným vetrom (rýchlosť vetra ASCE 7 ≥ 130 mph) alebo akúkoľvek inštaláciu, kde konštrukčné výpočty inžiniera regálov vyžadujú vyššie predpätie skrutiek.

Špecifikácie krútiaceho momentu pre PV skrutky: Prečo je nadmerné utiahnutie rovnako nebezpečné ako nedostatočné utiahnutie

Špecifikácie krútiaceho momentu pre fotovoltaické skrutky sú prísnejšie, než väčšina inštalatérov očakáva. Hliníkové výlisky používané v solárnych regáloch sú relatívne mäkké – Hliník 6005-T5 má medzu klzu iba 240 MPa v porovnaní so 700 MPa pre nerezové skrutky, ktoré sa do nej zasúvajú. Nadmerné utiahnutie závitov v hliníkovej matici alebo koľajnicovom kanáli, čo si vyžaduje výmenu celej časti koľajnice.

Pri nedostatočnom uťahovaní je kĺb nedostatočne predpätý, čo umožňuje pohyb pri vibráciách vetra, ktoré spôsobujú únavu a postupné uvoľňovanie. Typické výrobcom špecifikované hodnoty krútiaceho momentu pre bežné veľkosti PV skrutiek:

Na konečné utiahnutie vždy používajte kalibrovaný momentový kľúč. Rázové unášače nastavené na maximálny krútiaci moment nie sú prijateľné pre upínacie skrutky PV panela – bežne prekračujú limity výrobcu. Mnoho výrobcov regálov špecifikuje hodnoty krútiaceho momentu za sucha (bez maziva); ak použijete mazivo proti zadieraniu alebo závitu, znížte krútiaci moment približne o 20–25 %, aby ste dosiahli rovnakú upínaciu silu.

Vlastnosti proti uvoľneniu: Zabraňuje uvoľneniu skrutky počas 25 rokov

Solárne inštalácie zažívajú nepretržité vibrácie s nízkou amplitúdou spôsobené vetrom a každodennou tepelnou rozťažnosťou a kontrakciou hliníkovej koľajnice (hliník sa rozpína pri 23,6 um/m°C — 6-metrová časť koľajnice narastie a zmenší sa približne o 12 mm medzi zimnou nočnou teplotou -10 °C a letnou povrchovou teplotou panelov 60 °C). Tento pohyb môže postupne vysunúť skrutky, ktorým chýbajú opatrenia proti uvoľneniu.

Bežné riešenia proti uvoľneniu používané vo fotovoltaických systémoch zahŕňajú:

• Poistné matice s nylonovou vložkou (Nyloc): Najpoužívanejšie riešenie v strešnej FV. Nylonový golier zviera závit skrutky a odoláva otáčaniu. Účinné do približne 100 °C – overte si vhodnosť, či kryty rozvodnej skrinky vytvárajú lokálne teplo.
• Matice a skrutky s ozubenou prírubou: Zúbky sa zahryznú do spojovacieho povrchu a mechanicky odolávajú rotácii. Používa sa na uzemnenie spojov a konštrukčných spojov, kde tvrdosť povrchu umožňuje správne zapojenie zúbkov.
• Pružinové poistné podložky: Všeobecne sa považujú za menej spoľahlivé ako nylonové matice pri dynamickom zaťažení podľa vibračného testu DIN 65151 – používajte len tam, kde to špecifikuje výrobca regálov.
• Lepidlo na zaistenie závitov (Loctite 243 alebo ekvivalent): Účinné pre skrutky s malým priemerom v miestach s nízkymi vibráciami. Nie je to praktické pre pripojenia na mieste, ktoré môžu v budúcnosti vyžadovať opätovné utiahnutie alebo premiestnenie panela.
• Konfigurácia s dvoma maticami (zaisťovacia matica): Používa sa na nastavovacích nohách namontovaných na zemi, kde sa vyžaduje odolnosť voči vibráciám a nastaviteľnosť v poli.

Normy a certifikácie relevantné pre fotovoltaické skrutky

Certifikácie fotovoltických systémov a stavebné povolenia čoraz viac vyžadujú, aby spojovacie prvky spĺňali dokumentované materiálové a rozmerové normy. Najčastejšie sa uvádzajú tieto normy:

• ISO 3506: Primárna medzinárodná norma upravujúca mechanické vlastnosti spojovacích materiálov z nehrdzavejúcej ocele. Určuje triedy vlastností A2-70, A2-80, A4-70 a A4-80. Certifikáty o zhode s odkazom na ISO 3506 sú vyžadované mnohými dodávateľmi EPC v oblasti energetických služieb.
• ASTM F593 / F594: Americký ekvivalent pre skrutky a matice z nehrdzavejúcej ocele. Vyžaduje sa pre projekty podľa stavebných predpisov USA, kde nie je špecifikovaný metrický ISO hardvér.
• ASTM A307 / A325 / A490: Riadia konštrukčné skrutky z uhlíkovej a legovanej ocele používané v pozemných oceľových konštrukciách HDG.
• ISO 1461 / ASTM A153: Špecifikujte minimálnu hrúbku povlaku pre žiarovo pozinkované spojovacie prvky – rozhodujúce pre overenie koróznej životnosti kotevných skrutiek HDG.
• IEC 61215 / IEC 61730: Hoci ide o modulové štandardy, nepriamo riadia montážny hardvér špecifikovaním podmienok mechanického zaťaženia (vietor, sneh, krupobitie), ktorým musia byť regály a upevňovacie prvky navrhnuté tak, aby odolali.

Pre inštalácie vyžadujúce povolenie si vyžiadajte správy o skúške materiálu (MTR) alebo osvedčenia o zhode od dodávateľov skrutiek, ktoré odkazujú na tieto normy. Falošné alebo neštandardné spojovacie prvky označené falošným označením triedy vlastností sú zdokumentovaným problémom v nízkonákladových dodávateľských reťazcoch – pri veľkých projektoch, ktoré získavajú hardvér mimo zavedených distribučných kanálov, sa odporúča overenie chemického zloženia a tvrdosti treťou stranou.

Praktický kontrolný zoznam pre výber fotovoltaických skrutiek

Pri špecifikovaní alebo obstarávaní spojovacích prvkov pre projekt FV použite nasledujúci kontrolný zoznam:

1. Potvrďte typ skrutiek požadovaný v inštalačnej príručke výrobcu regálov – T-hlava, šesťhranná hlava, nosná skrutka alebo zadržiavacia skrutka – a nenahrádzajte rôzne štýly hlavy bez technického schválenia.
2. Vyberte Nerez A4-316 pre pobrežné, morské prostredie alebo prostredie s vysokou vlhkosťou; Nerez A2-304 je prijateľný pre vnútrozemské suché podnebie.
3. Uveďte Minimálna trieda vlastností A2-70 alebo A4-70 pre štandardné strešné systémy; upgrade na A4-80 pre miesta s veľkým zaťažením vetrom alebo snehom podľa konštrukčných výpočtov.
4. Uistite sa, že všetky matice a podložky majú rovnakú nehrdzavejúcu kvalitu ako skrutka – zmiešaním skrutiek A2 s maticami z uhlíkovej ocele sa vytvorí galvanický pár, ktorý urýchľuje koróziu matice.
5. Overte opatrenia proti uvoľneniu: nylonové matice pre panelové svorky a väčšinu koľajnicových spojov; zúbkovaný prírubový hardvér, kde sa vyžaduje kontinuita uzemnenia.
6. Získajte a uložte osvedčenia o zhode (ISO 3506 alebo ekvivalent ASTM) s projektovou dokumentáciou na účely povolenia a záruky.
7. Na konečné utiahnutie použite momentový kľúč – nie rázový uťahovák – a zaznamenajte si hodnoty krútiaceho momentu do správy o uvedení do prevádzky pre prípad budúcej kontroly O&M.