پیچ و مهره های فتوولتائیک: انواع، مواد و راهنمای انتخاب

پیچ و مهره های فتوولتائیک اتصال دهنده‌هایی هستند که پانل‌های خورشیدی، ریل‌های نصب، قاب‌های قفسه‌بندی و لنگرهای زمین را در یک سیستم PV کامل و از نظر ساختاری سالم محکم می‌کنند. آنها پیچ و مهره های فروشگاه سخت افزاری عمومی نیستند. محیط بیرونی که یک تاسیسات خورشیدی در آن کار می‌کند - اشعه ماوراء بنفش، چرخه حرارتی از 40- تا 85 درجه سانتیگراد، اسپری نمک ساحلی، یا آلودگی صنعتی - الزاماتی را برای اتصال دهنده‌ها ایجاد می‌کند که فولاد کربنی معمولی نمی‌تواند در طول عمر سیستم 25 تا 30 سال برآورده کند.

انتخاب درجه یا مواد اشتباه پیچ می‌تواند منجر به خوردگی گالوانیکی، شل شدن زیر بار باد یا خرابی ساختاری شود که ضمانت‌های تجهیزات را از بین می‌برد و خطرات ایمنی را ایجاد می‌کند. این راهنما انواع، مواد، استانداردها، الزامات گشتاور و معیارهای انتخابی را که در تاسیسات PV واقعی بیشترین اهمیت را دارند، پوشش می‌دهد.

محل استفاده از پیچ و مهره های فتوولتائیک در یک سیستم خورشیدی

یک سیستم PV معمولی روی پشت بام یا روی زمین از اتصال دهنده ها در چندین اتصال ساختاری استفاده می کند که هر کدام با نیازهای بار و شرایط مواجهه متفاوت هستند:

• پیچ و مهره های گیره پانل: گیره های میانی و گیره های انتهایی را که قاب پانل را روی ریل نصب نگه می دارند، محکم کنید. اینها بیشترین چرخه حرارتی را مشاهده می کنند زیرا دمای پانل روزانه در نوسان است.
• اتصال ریل و پیچ ریل به براکت: بخش های ریل را وصل کنید و ریل ها را به براکت های نصب سقف یا پایه های زمینی وصل کنید. برای انتقال بارهای باد و برف از طریق سازه حیاتی است.
• پیچ و مهره های تاخیری نفوذ سقف: پایه‌های چشمک زن یا پایه‌های بالاست را به تیرهای سقف متصل کنید. برای جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی در داخل ساختار سقف، به فولاد ضد زنگ نیاز دارید.
• پیچ های لنگر پایه زمینی: شمع های رانده، لنگرهای مارپیچ یا پایه های بتنی را روی قاب قفسه ای محکم کنید. اغلب بزرگترین اتصال دهنده ها در سیستم - M16 تا M24 در تاسیسات در مقیاس بزرگ.
• پیچ و مهره های نصب جعبه اینورتر و کمباین: محفظه های الکتریکی را به دیوارها یا قاب ها وصل کنید. برای جلوگیری از جریان‌های سرگردان، در برخی از پیکربندی‌ها به عایق الکتریکی نیاز دارید.
• سخت افزار اتصال به زمین: پیچ‌های فلنج دندانه‌دار یا گیره‌های اتصال به زمین که سطح آنودایز ریل‌های آلومینیومی را سوراخ می‌کنند تا تداوم الکتریکی برقرار شود.

انواع پیچ که معمولا در سیستم های قفسه PV استفاده می شود

سازندگان قفسه‌های PV سیستم‌های خود را حول هندسه‌های پیچ و مهره خاصی طراحی می‌کنند که امکان نصب سریع و بستن قابل اطمینان را بدون پیچش بیش از حد پروفیل‌های نازک آلومینیومی فراهم می‌کند. رایج ترین انواع عبارتند از:

انتخاب مواد: چرا فولاد ضد زنگ بر اتصال دهنده های PV غالب است

تنها تصمیم مهم مواد برای پیچ های فتوولتائیک مقاومت در برابر خوردگی است. سیستم های خورشیدی برای طول عمر عملیاتی 25 تا 30 سال و بست ها باید در کل آن دوره بدون شل شدن، گرفتگی یا تخریب ساختاری ناشی از زنگ زدگی زنده بمانند.

فولاد ضد زنگ A2 (304) در مقابل A4 (316)

اکثر سیستم های قفسه PV پیچ های فولادی ضد زنگ A2 یا A4 را مشخص می کنند. تفاوت عملی محتوای مولیبدن است: ضد زنگ A4 (316) حاوی 2 تا 3 درصد مولیبدن است ، که به طور چشمگیری مقاومت در برابر خوردگی حفره ای ناشی از کلرید - حالت شکست خاص در محیط های ساحلی و دریایی را بهبود می بخشد. A2 (304) برای تاسیسات داخلی مناسب است. A4 (316) باید در داخل استفاده شود 1-5 کیلومتر از خط ساحلی یا در مناطق صنعتی با کلریدهای موجود در هوا.

فولاد گالوانیزه گرم (HDG) برای نصب روی زمین

تاسیسات بزرگ روی زمین - به ویژه مزارع خورشیدی در مقیاس کاربردی - اغلب از پیچ‌های ساختاری گالوانیزه گرم (HDG) برای پیچ‌های لنگر و اتصالات قاب اولیه استفاده می‌کنند. ضخامت پوشش HDG از 85 میکرومتر یا بیشتر (بر اساس ASTM A153 یا ISO 1461) 30 تا 50 سال حفاظت در برابر خوردگی را در اکثر محیط های خاکی با هزینه قابل توجهی کمتر از سخت افزارهای ضد زنگ در مقیاس بزرگ فراهم می کند. به دلیل خطر خوردگی گالوانیکی، HDG در جاهایی که تماس مستقیم با قفسه های آلومینیومی رخ می دهد توصیه نمی شود.

خوردگی گالوانیکی: خطر پنهان در رابط های آلومینیوم و فولاد

تقریباً تمام ریل های قفسه PV از آلومینیوم اکسترود شده (6005-T5 یا 6061-T6) هستند. هنگامی که پیچ و مهره های فولادی ضد زنگ با آلومینیوم در یک محیط مرطوب تماس می گیرند، یک سلول گالوانیکی تشکیل می شود. فولاد ضد زنگ و آلومینیوم در سری گالوانیکی 0.25-0.50 ولت از هم فاصله دارند. - به اندازه کافی نزدیک است که پیچ های A2/A4 به طور کلی در این جفت شدن قابل قبول در نظر گرفته شوند. با این حال، پیچ‌های فولاد کربنی یا HDG در تماس مستقیم با آلومینیوم مشکل‌ساز هستند - اختلاف پتانسیل باعث تسریع خوردگی آلومینیوم در محل اتصال می‌شود. همیشه از سخت افزار ضد زنگ یا سازگار با آلومینیوم در رابط های آلومینیوم به بست استفاده کنید.

درجه و استحکام پیچ مورد نیاز برای کاربردهای PV

پیچ و مهره های PV باید بارهای بالابرنده باد پایدار، بارهای برف و نیروهای لرزه ای را در طول دهه ها تحمل کنند. استحکام پیچ با کلاس ویژگی (متریک) یا درجه (اینچ) تعریف می شود:

برای اکثر سیستم های پشت بام مسکونی و تجاری، ضد زنگ A2-70 مشخصات استاندارد است . ارتقاء به A4-80 برای مکان‌های ساحلی، مناطق با باد شدید (سرعت باد ASCE 7 ≥ 130 مایل در ساعت) یا هر نصبی که محاسبات سازه‌ای مهندس قفسه‌بندی مستلزم پیش‌بارگیری بیشتر پیچ است، توصیه می‌شود.

مشخصات گشتاور پیچ و مهره های PV: چرا سفت شدن بیش از حد به اندازه کم سفت شدن خطرناک است

مشخصات گشتاور پیچ و مهره های فتوولتائیک محکم تر از آن چیزی است که اکثر نصاب ها انتظار دارند. اکستروژن های آلومینیومی مورد استفاده در قفسه های خورشیدی نسبتاً نرم هستند. آلومینیوم 6005-T5 دارای قدرت تسلیم تنها 240 مگاپاسکال است در مقایسه با 700 مگاپاسکال برای پیچ و مهره های ضد زنگ که در آن رزوه می شوند. پیچش بیش از حد رزوه ها را در مهره آلومینیومی یا کانال ریلی می کشد که نیاز به تعویض کل بخش ریل دارد.

گشتاور کم باعث می شود مفصل به اندازه کافی از قبل بارگذاری نشده باشد، و امکان حرکت تحت ارتعاش باد را فراهم می کند که باعث خستگی آزاردهنده و شل شدن تدریجی می شود. مقادیر گشتاور مشخص شده توسط سازنده برای اندازه های معمولی پیچ PV:

همیشه از آچار گشتاور مدرج برای سفت شدن نهایی استفاده کنید. درایورهای ضربه ای تنظیم شده روی حداکثر گشتاور برای پیچ و مهره های گیره پانل PV قابل قبول نیستند - آنها معمولاً از محدودیت های سازنده فراتر می روند. بسیاری از تولید کنندگان قفسه بندی مقادیر گشتاور خشک (بدون روان کننده) را مشخص می کنند. در صورت استفاده از روان کننده ضد چسبندگی یا رزوه، گشتاور را تقریباً 20 تا 25 درصد کاهش دهید تا نیروی گیره یکسانی حاصل شود.

ویژگی های ضد شل شدن: جلوگیری از شل شدن پیچ در 25 سال

تاسیسات خورشیدی ارتعاش مداوم با دامنه کم از باد و انبساط حرارتی و انقباض روزانه ریل آلومینیومی را تجربه می کنند (آلومینیوم در 23.6μm/m·°C - یک بخش ریلی 6 متری بین یک شب زمستانی -10 درجه سانتیگراد و دمای سطح پانل تابستانی 60 درجه سانتیگراد تقریباً 12 میلی متر رشد می کند و کوچک می شود. این حرکت می تواند به تدریج پیچ هایی را که فاقد مقررات ضد شل شدن هستند، پس بزند.

راه حل های رایج ضد شل شدن مورد استفاده در سیستم های PV عبارتند از:

• مهره های قفلی نایلونی (Nyloc): پرکاربردترین راه حل در PV پشت بام. یقه نایلونی رزوه پیچ را گرفته و در برابر چرخش مقاومت می کند. موثر تا حدود 100 درجه سانتیگراد - اگر محفظه های جعبه اتصال گرمای موضعی ایجاد می کنند، مناسب بودن را بررسی کنید.
• پیچ و مهره فلنج دندانه دار: دندانه ها به سطح جفت گیری می خورند و در برابر چرخش مکانیکی مقاومت می کنند. برای اتصالات به زمین و اتصالات ساختاری استفاده می شود که در آن سختی سطح اجازه می دهد تا دندانه ها به درستی درگیر شوند.
• واشرهای فنری: معمولاً در آزمایش ارتعاش DIN 65151 نسبت به مهره‌های نایلوک در بارگذاری دینامیکی کمتر قابل اعتماد در نظر گرفته می‌شود - فقط در مواردی که توسط سازنده قفسه‌بندی مشخص شده است استفاده کنید.
• چسب قفل کننده نخ (Loctite 243 یا معادل آن): برای پیچ و مهره های با قطر کوچک در مکان های کم لرزش موثر است. برای اتصالات میدانی که ممکن است در آینده نیاز به گشتاور مجدد یا تغییر موقعیت پانل داشته باشند، عملی نیست.
• پیکربندی دو مهره (مهره مربا): روی پایه های تنظیمی روی زمین که مقاومت در برابر لرزش و قابلیت تنظیم میدان هر دو مورد نیاز است استفاده می شود.

استانداردها و گواهینامه های مربوط به پیچ و مهره های فتوولتائیک

گواهینامه های سیستم PV و مجوزهای سازه ای به طور فزاینده ای مستلزم این است که اتصال دهنده ها استانداردهای مستند شده مواد و ابعاد را رعایت کنند. استانداردترین استانداردها عبارتند از:

• ISO 3506: استاندارد بین المللی اولیه حاکم بر خواص مکانیکی اتصال دهنده های فولادی ضد زنگ. کلاس های دارایی A2-70، A2-80، A4-70 و A4-80 را مشخص می کند. گواهینامه های انطباق ارجاع به ISO 3506 توسط بسیاری از پیمانکاران EPC در مقیاس ابزار مورد نیاز است.
• ASTM F593 / F594: معادل ایالات متحده برای پیچ و مهره فولاد ضد زنگ. برای پروژه‌های تحت کدهای ساختمانی ایالات متحده که سخت‌افزار ISO متریک مشخص نشده است، مورد نیاز است.
• ASTM A307 / A325 / A490: پیچ و مهره های ساختاری فولاد کربن و آلیاژی که در سازه های فولادی نصب شده روی زمین HDG استفاده می شود.
• ISO 1461 / ASTM A153: حداقل ضخامت پوشش را برای اتصال دهنده های گالوانیزه گرم تعیین کنید - برای تأیید عمر خوردگی پیچ های لنگر HDG ضروری است.
• IEC 61215 / IEC 61730: در حالی که اینها استانداردهای ماژول هستند، به طور غیرمستقیم سخت افزار نصب را با مشخص کردن شرایط بار مکانیکی (باد، برف، تگرگ) که قفسه ها و بست ها باید برای مقاومت طراحی شوند، کنترل می کنند.

برای نصب‌های مورد نیاز مجوز، گزارش‌های آزمایش مواد (MTR) یا گواهی‌های انطباق را از تامین‌کنندگان پیچ که به این استانداردها اشاره می‌کنند، درخواست کنید. اتصال دهنده های تقلبی یا نامرغوب که با علامت گذاری طبقه اموال نادرست برچسب گذاری شده اند یک مشکل مستند هستند در زنجیره‌های تامین کم‌هزینه - تایید ترکیب شیمیایی و سختی شخص ثالث برای پروژه‌های بزرگی که سخت‌افزار خارج از کانال‌های توزیع تاسیس شده را تامین می‌کنند، توصیه می‌شود.

چک لیست عملی برای انتخاب پیچ و مهره فتوولتائیک

هنگام تعیین یا تهیه اتصال دهنده ها برای یک پروژه PV از چک لیست زیر استفاده کنید:

1. نوع پیچ مورد نیاز دفترچه راهنمای نصب سازنده قفسه را تأیید کنید - سر تی، سر شش گوش، پیچ کالسکه یا پیچ و مهره عقب - و بدون تایید مهندسی، مدل های مختلف سر را جایگزین نکنید.
2. انتخاب کنید A4-316 ضد زنگ برای محیط های ساحلی، دریایی یا با رطوبت بالا؛ ضد زنگ A2-304 برای آب و هوای خشک داخلی قابل قبول است.
3. مشخص کنید حداقل کلاس املاک A2-70 یا A4-70 برای سیستم های استاندارد پشت بام؛ در محاسبات سازه‌ای برای مکان‌های بارگیری با باد یا برف زیاد به A4-80 ارتقا دهید.
4. اطمینان حاصل کنید که همه مهره‌ها و واشرها از درجه ضد زنگ مشابه پیچ هستند - مخلوط کردن پیچ‌های A2 با مهره‌های فولاد کربنی یک جفت گالوانیکی ایجاد می‌کند که خوردگی مهره را تسریع می‌کند.
5. مقررات ضد شل شدن را بررسی کنید: مهره های نایلوک برای گیره های پانل و اکثر اتصالات ریلی. سخت افزار فلنج دندانه دار که در آن تداوم اتصال به زمین مورد نیاز است.
6. گواهی انطباق (ISO 3506 یا معادل ASTM) را به همراه مستندات پروژه برای اهداف مجوز و ضمانت دریافت و ثبت کنید.
7. برای سفت شدن نهایی از آچار گشتاور استفاده کنید - نه یک محرک ضربه ای - و مقادیر گشتاور را در گزارش راه اندازی برای هر مرجع بازرسی O&M در آینده ثبت کنید.