Fotovoltaiske bolte: Typer, materialer og valgvejledning

Fotovoltaiske bolte er fastgørelseselementerne, der fastgør solpaneler, monteringsskinner, reolrammer og jordankre til et komplet, strukturelt solidt PV-system. De er ikke generiske isenkræmmerbolte. Det udendørs miljø et solcelleanlæg opererer i - UV-stråling, termisk cykling fra -40 °C til 85 °C, kystsaltspray eller industriel forurening - stiller krav til fastgørelseselementer, som almindeligt kulstofstål ikke kan opfylde over en 25-30 års systemlevetid.

Valg af den forkerte boltkvalitet eller -materiale kan føre til galvanisk korrosion, løsning under vindbelastning eller strukturelle fejl, der ugyldiggør udstyrsgarantier og skaber sikkerhedsrisici. Denne vejledning dækker de typer, materialer, standarder, drejningsmomentkrav og udvælgelseskriterier, der betyder mest i rigtige PV-installationer.

Hvor solcellebolte bruges i et solsystem

Et typisk tag- eller jordmonteret PV-system bruger fastgørelseselementer ved flere strukturelle samlinger, hver med forskellige belastningskrav og eksponeringsforhold:

• Panelklemmebolte: Fastgør midterklemmer og endeklemmer, der holder panelrammen til monteringsskinnen. Disse ser den mest hyppige termiske cykling, da paneltemperaturerne svinger dagligt.
• Skinne splejsning og skinne-til-beslag bolte: Forbind skinnesektioner og fastgør skinner til tagmonteringsbeslag eller jordstolper. Kritisk til overførsel af vindløft og snebelastninger gennem strukturen.
• Taggennemføringsbolte: Anker blinkbeslag eller ballastfødder til tagspær. Kræv rustfrit stål for at forhindre rustfarvning og korrosion inde i tagkonstruktionen.
• Jordmonterede ankerbolte: Fastgør neddrevne pæle, spiralformede ankre eller betonfoder til reolrammen. Ofte de største fastgørelseselementer i systemet - M16 til M24 i installationer i stor brugsskala.
• Inverter og kombinationsboks monteringsbolte: Fastgør elektriske kabinetter til vægge eller rammer. Kræv elektrisk isolation i nogle konfigurationer for at undgå vildfarne strømme.
• Jordforbindelseshardware: Takkede flangebolte eller jordingsklemmer, der gennemborer den anodiserede overflade af aluminiumsskinner for at etablere elektrisk kontinuitet.

Boltetyper, der almindeligvis anvendes i PV-reolsystemer

Producenter af PV-reoler designer deres systemer omkring specifikke boltgeometrier, der giver mulighed for hurtig installation og pålidelig fastspænding uden at overspænde tynde aluminiumsprofiler. De mest almindelige typer er:

Materialevalg: Hvorfor rustfrit stål dominerer PV-fastgørelseselementer

Den vigtigste materialebeslutning for fotovoltaiske bolte er korrosionsbestandighed. Solcelleanlæg er designet til 25-30 års driftslevetid , og fastgørelseselementerne skal overleve hele den periode uden rust-induceret løsning, fastklemning eller strukturel nedbrydning.

Rustfrit stål A2 (304) vs. A4 (316)

De fleste PV-reolsystemer specificerer enten A2 eller A4 rustfri stålbolte. Den praktiske forskel er indholdet af molybdæn: A4 (316) rustfrit indeholder 2-3 % molybdæn , som dramatisk forbedrer modstanden mod klorid-induceret grubetæring - den specifikke fejltilstand i kyst- og havmiljøer. A2 (304) er velegnet til indlandsinstallationer; A4 (316) skal bruges indenfor 1-5 km af en kystlinje eller i industrizoner med luftbårne klorider.

Varmgalvaniseret (HDG) stål til jordmontering

Store jordmonterede installationer - især solenergifarme i brugsskala - bruger ofte varmgalvaniserede (HDG) strukturelle bolte til ankerbolte og primære rammeforbindelser. HDG belægningstykkelse på 85 µm eller mere (i henhold til ASTM A153 eller ISO 1461) giver 30-50 års korrosionsbeskyttelse i de fleste jordmiljøer til væsentligt lavere omkostninger end helt rustfrit hardware i stor skala. HDG anbefales ikke, hvor der forekommer direkte kontakt med aluminiumsreoler på grund af galvanisk korrosionsrisiko.

Galvanisk korrosion: Den skjulte risiko ved grænseflader mellem aluminium og stål

Stort set alle PV-reolskinner er ekstruderet aluminium (6005-T5 eller 6061-T6). Når rustfri stålbolte kommer i kontakt med aluminium i et vådt miljø, dannes en galvanisk celle. Rustfrit stål og aluminium er 0,25–0,50 V fra hinanden på den galvaniske serie — tæt nok til, at A2/A4-bolte generelt anses for acceptable i denne parring. Kulstofstål eller HDG-bolte i direkte kontakt med aluminium er imidlertid problematiske - potentialforskellen fremskynder aluminiumskorrosion ved samlingen. Brug altid rustfrit eller aluminium-kompatibelt hardware ved aluminium-til-fastener-grænseflader.

Boltkvalitets- og styrkekrav til PV-applikationer

PV-bolte skal modstå vedvarende vindløft, snebelastninger og seismiske kræfter over årtier. Boltstyrke er defineret af egenskabsklasse (metrisk) eller kvalitet (tommer):

For de fleste bolig- og kommercielle tagsystemer, A2-70 rustfri er standardspecifikationen . Opgradering til A4-80 er tilrådeligt for kystområder, områder med høj vind (ASCE 7 vindhastighed ≥ 130 mph) eller enhver installation, hvor reolingeniørens strukturelle beregninger kræver højere boltforspænding.

Momentspecifikationer for PV-bolte: Hvorfor overspænding er lige så farligt som underspænding

Momentspecifikationerne for fotovoltaiske bolte er strammere, end de fleste installatører forventer. Aluminiumsekstruderingerne, der bruges i solar reoler, er relativt bløde — 6005-T5 aluminium har en flydespænding på kun 240 MPa sammenlignet med 700 MPa for de rustfrie bolte, der skrues ind i den. Overdrejning strimler gevind i aluminiumsmøtrikken eller skinnekanalen, hvilket kræver udskiftning af hele skinnesektionen.

Under-vridning efterlader leddet utilstrækkeligt forspændt, hvilket tillader bevægelse under vindvibrationer, der forårsager spændingstræthed og gradvis løsning. Typiske producentspecificerede drejningsmomentværdier for almindelige PV-boltestørrelser:

Brug altid en kalibreret momentnøgle til den endelige tilspænding. Slagdrivere indstillet til maksimalt drejningsmoment er ikke acceptable for PV-panelklemmebolte - de overskrider rutinemæssigt fabrikantens grænser. Mange reolproducenter angiver drejningsmomentværdier tørt (ingen smøremiddel); hvis der påføres anti-fastsmøring eller gevindsmøremiddel, skal drejningsmomentet reduceres med ca. 20–25 % for at opnå den samme klemkraft.

Anti-løsningsfunktioner: Forhindrer, at bolten løsner sig over 25 år

Solcelleanlæg oplever kontinuerlig lavamplitudevibration fra vind og den daglige termiske ekspansion og sammentrækning af aluminiumsskinne (aluminium udvider sig kl. 23,6 µm/m·°C — en 6 meter lang skinnesektion vokser og krymper med ca. 12 mm mellem en -10°C vinternat og en 60°C sommerpaneloverfladetemperatur). Denne bevægelse kan gradvist trække bolte ud, der mangler anti-løsningsmidler.

Almindelige anti-løsninger, der anvendes i PV-systemer, omfatter:

• Nylon-indsats låsemøtrikker (Nyloc): Den mest udbredte løsning inden for PV på tagterrassen. Nylonkraven griber boltgevindet og modstår rotation. Effektiv op til ca. 100°C — bekræft egnetheden, hvis indkapsling af samledåser skaber lokal varme.
• Takkede flangemøtrikker og bolte: Tætninger bider sig ind i parringsoverfladen og modstår rotation mekanisk. Anvendes til jordforbindelser og strukturelle samlinger, hvor overfladens hårdhed tillader, at savtakket går i indgreb.
• Fjederlåseskiver: Anses generelt for mindre pålidelige end nyloc-møtrikker under dynamisk belastning i henhold til DIN 65151 vibrationstestning - brug kun, hvor det er specificeret af reolproducenten.
• Trådlåsende klæbemiddel (Loctite 243 eller tilsvarende): Effektiv til bolte med lille diameter på steder med lav vibration. Ikke praktisk til feltforbindelser, der kan kræve fremtidig omdrejning eller omplacering af paneler.
• Konfiguration med to møtrikker (kontramøtrik): Anvendes på jordmonterede justeringsben, hvor både vibrationsmodstand og feltjustering er påkrævet.

Standarder og certificeringer, der er relevante for fotovoltaiske bolte

Solcelleanlægscertificeringer og strukturelle tilladelser kræver i stigende grad, at fastgørelseselementer opfylder dokumenterede materiale- og dimensionsstandarder. De mest refererede standarder er:

• ISO 3506: Den primære internationale standard for mekaniske egenskaber for fastgørelseselementer i rustfrit stål. Angiver ejendomsklasser A2-70, A2-80, A4-70 og A4-80. Overensstemmelsescertifikater, der henviser til ISO 3506, kræves af mange EPC-entreprenører i forsyningsskala.
• ASTM F593 / F594: amerikansk ækvivalent for rustfrit stål bolte og møtrikker. Påkrævet for projekter under amerikanske byggekoder, hvor metrisk ISO-hardware ikke er specificeret.
• ASTM A307 / A325 / A490: Styr strukturelle bolte i kulstof og legeret stål, der bruges i HDG jordmonterede stålkonstruktioner.
• ISO 1461 / ASTM A153: Angiv minimum belægningstykkelse for varmgalvaniserede fastgørelseselementer - afgørende for at verificere korrosionslevetiden for HDG-ankerbolte.
• IEC 61215 / IEC 61730: Selvom disse er modulstandarder, styrer de indirekte monteringshardware ved at specificere de mekaniske belastningsforhold (vind, sne, hagl), som reoler og fastgørelsesanordninger skal være designet til at modstå.

For tilladelseskrævede installationer, anmod om materialetestrapporter (MTR'er) eller overensstemmelsescertifikater fra boltleverandører, der henviser til disse standarder. Forfalskede eller substandard fastgørelseselementer mærket med falske egenskabsklassemærker er et dokumenteret problem i billige forsyningskæder — tredjeparts kemisk sammensætning og hårdhedsverifikation anbefales til store projekter, der indkøber hardware uden for etablerede distributionskanaler.

Praktisk tjekliste til valg af fotovoltaiske bolte

Brug følgende tjekliste, når du specificerer eller anskaffer fastgørelseselementer til et PV-projekt:

1. Bekræft den bolttype, der kræves af reolproducentens installationsvejledning - T-hoved, sekskanthoved, slædebolt eller lagbolt - og udskift ikke forskellige hovedtyper uden ingeniørgodkendelse.
2. Vælg A4-316 rustfri til kyst-, hav- eller miljøer med høj luftfugtighed; A2-304 rustfrit er acceptabelt til tørt indre klima.
3. Angiv A2-70 eller A4-70 minimum ejendomsklasse til standard tagsystemer; opgrader til A4-80 til steder med høj vind eller høj snebelastning pr. strukturelle beregninger.
4. Sørg for, at alle møtrikker og spændeskiver er af samme rustfri kvalitet som bolten - blanding af A2-bolte med møtrikker af kulstofstål skaber et galvanisk par, der accelererer møtrikkorrosion.
5. Bekræft anti-løsningsbestemmelser: nylocmøtrikker til panelklemmer og de fleste skinneforbindelser; takket flangebeslag, hvor jordforbindelse er påkrævet.
6. Anskaf og indsend overensstemmelsescertifikater (ISO 3506 eller ASTM-ækvivalent) med projektdokumentation til tilladelses- og garantiformål.
7. Brug en momentnøgle - ikke en slagdriver - til den endelige tilspænding, og noter momentværdier i idriftsættelsesrapporten til enhver fremtidig O&M inspektionsreference.