Os suportes fotovoltaicos (estruturas de aço) servem como o "esqueleto" das usinas fotovoltaicas, sustentando todo o conjunto fotovoltaico, afetando diretamente a segurança, a eficiência da geração de energia e a estabilidade operacional-de longo prazo da usina. A vida útil projetada geralmente precisa corresponder à vida útil geral da usina fotovoltaica (mais de 25 anos). Em ambientes externos complexos, eles precisam resistir a desafios como cargas de vento, cargas de neve, corrosão e outros. Este guia classifica sistematicamente os padrões básicos, a adaptabilidade ambiental e as principais soluções materiais de estruturas de aço fotovoltaicas, ajudando os desenvolvedores de projetos, empresas de EPC e proprietários a selecionar cientificamente os tipos.
I. Padrões Básicos da Indústria e Requisitos de Design
O projeto e a aceitação de suportes fotovoltaicos devem seguir rigorosamente os padrões nacionais e industriais relevantes para garantir a segurança estrutural e a durabilidade-de longo prazo:
JG/T 490-2016 "Requisitos técnicos gerais para suportes de sistemas solares fotovoltaicos": este é um padrão de produto na indústria de construção, estipulando claramente que os suportes devem ter resistência, rigidez e boas capacidades anti-corrosão e-ferrugem suficientes. A seleção do material deve atender aos requisitos anticorrosivos. Os cálculos e aceitação da carga de vento e gravidade devem estar em conformidade com GB 50205-2020 "Especificação de aceitação de qualidade de construção de engenharia de estrutura de aço".
Vida útil projetada: Os suportes de rastreamento de usinas fotovoltaicas terrestres geralmente têm uma vida útil projetada de 25 anos; Os projetos de Construção Fotovoltaica Integrada (BIPV) precisam ser consistentes com a vida útil da estrutura principal do edifício. O nível de segurança estrutural é geralmente o nível três.
Requisitos anti-corrosão e de fundação: os suportes precisam usar materiais anti-corrosão e-ferrugem, as conexões dos parafusos devem ser confiáveis (parafusos de alta-resistência estão em conformidade com o padrão JGJ 82) e as fundações devem usar concreto acima de C25. A aceitação do projeto concentra-se no exame da resistência ao vento e nas capacidades de resistência sísmica.
Correspondência de garantia de energia: Os módulos fotovoltaicos geralmente fornecem garantia de energia linear de 25-anos (atenuação no primeiro ano de 2 a 3%, depois de 0,5 a 0,65% ao ano, potência não inferior a 80 a 81,4% após 25 anos). Suportes de estrutura em aço de alta qualidade, através degalvanização-por imersão a quenteou zinco-alumínio-magnésio e outros tratamentos anti-corrosão, podem atingir de 25 a 30 anos ou até mais vida útil.
As tendências atuais do setor enfatizam a aplicação de materiais ecologicamente corretos, como a substituição de alguns revestimentos tradicionais de-galvanização por imersão a quente por revestimentos de zinco-alumínio-magnésio para melhor atender às metas de neutralidade de carbono e às necessidades de operação estável-de longo prazo.
II. Modos de falha e desafios em diferentes ambientes climáticos
As estruturas de aço fotovoltaico ficam-expostas ao ar livre por longo prazo, suscetíveis à corrosão, vento e areia, congelamento-degelo e outros fatores. Os modos de falha variam significativamente em diferentes regiões:
Áreas desérticas/áridas (como noroeste de Gobi, desertos): Enfrentam principalmente problemas de abrasão pelo vento e areia e acumulação de poeira. O fluxo de vento e areia causará acúmulo de poeira nas superfícies dos componentes, erosão e abrasão e danos estruturais, reduzindo a eficiência da geração de energia; a erosão e acumulação superficial agravam ainda mais a erosão eólica. Os revestimentos de estruturas de aço são propensos a desgaste acelerado devido a impactos de partículas de areia. Vale a pena notar que os conjuntos fotovoltaicos podem reduzir a velocidade do vento próximo ao solo em 20-60%, desempenhando um certo papel na prevenção do vento e na ecologia da fixação de areia, mas a compactação do solo durante a construção aumentará temporariamente o risco de erosão eólica do solo.
Áreas costeiras/com alta névoa salina: A corrosão por névoa salina é a maior ameaça. Ambientes com alta umidade e alto teor de sal acelerarão a corrosão do metal. Camadas comuns de aço carbono ou galvanizadas-por imersão a quente são propensas a falhas rápidas, levando à redução da resistência do suporte e afetando a segurança estrutural.
Áreas de platô/frias: os ciclos de congelamento-degelo causam facilmente fragilização do material, rachaduras no revestimento e descascamento da camada inferior. Grandes diferenças de temperatura também agravarão o estresse do revestimento.
Outros climas extremos: As áreas tropicais com alta umidade são principalmente corrosão por calor úmido; As áreas de granizo, neve pesada e tufões precisam se concentrar em projetos de alta-resistência ao impacto.
No geral, a galvanização-por imersão a quente tradicional tem durabilidade insuficiente em ambientes agressivos, enquanto novos materiais, comozinco alumínio magnésiotêm resistência à corrosão de 6 a 15 vezes (geralmente cerca de 10 vezes), prolongando significativamente a vida útil do suporte.
III. Soluções convencionais de materiais para estruturas de aço
Atualmente, os suportes fotovoltaicos utilizam principalmente substratos de aço carbono, alcançando anti-corrosão por meio de tratamento de superfície, aplicado principalmente em usinas terrestres e projetos de telhados industriais e comerciais. A seguir está uma comparação das categorias principais:
Aço-galvanizado por imersão a quente (Q235/Q355, etc.)
Especificações: Espessura 1,5-8mm (fundações de estacas mais espessas).
Vantagens: Alta resistência, menor custo, boa tenacidade, excelente desempenho sísmico.
Desvantagens: Após o processamento, é necessária galvanização-por imersão a quente, e os custos logísticos são altos; superfícies cortadas formam facilmente pontos de partida de corrosão; a durabilidade é média em ambientes agressivos, como costeiros e desertos.
Cenários aplicáveis: Áreas interiores gerais, sistemas de suporte fixo.
Vida: Cerca de 25 anos.
Aço revestido com zinco-alumínio-magnésio (Zn-Al-Mg) (convencional emergente)
Características do revestimento: Contém Zn + Al (1,5-11%) + Mg (1,5-3%).
Vantagens principais: A resistência à corrosão é 6-15 vezes maior que a galvanização por imersão a-a quente tradicional, com capacidade de auto-cura (auto{4}}reparo) de ponta, forte resistência ao desgaste, ecologicamente correta e baixa poluição; pode ser formado a frio, de fácil processamento.
Desvantagens: Não é adequado para soldagem em altas-temperaturas (afetará a resistência local), preço inicial um pouco mais alto.
Especificações: Espessura 1,5-5mm, comumente usado aço de alta resistência S350GD, S420GD.
Cenários aplicáveis: Grandes centrais elétricas terrestres, desertos, planícies de maré, projetos costeiros e outros projetos ambientais adversos.
Vida útil: até 30-35 anos, um produto de tendência que substitui a galvanização por imersão a quente.
Aço inoxidável
Alta resistência à corrosão, adequada para ambientes extremamente corrosivos (como áreas de forte névoa salina). Boa resistência, mas custo mais alto, pertence à-escolha econômica não convencional e faixa de aplicação estreita.
Outros materiais
Suportes de liga de alumínio: leves, com forte resistência à corrosão, mas as características de resistência e custo são diferentes, adequados para projetos de telhados-sensíveis ao peso.
Aço resistente a intempéries: Apresenta bom desempenho em ambientes atmosféricos, mas ainda precisa de revestimentos protetores adicionais em áreas com alto teor de sal ou poluídas.
Sugestões de seleção: Seleção direcionada de materiais + espessamento do revestimento + manutenção regular é a estratégia central. Em ambientes atmosféricos gerais, o aço intemperizado tem um bom desempenho; em áreas com muita névoa salina ou ventos fortes e areia, priorize o aço revestido com zinco-alumínio-magnésio e aumente adequadamente a espessura do revestimento.
4. Conclusão e perspectivas futuras
Estruturas de aço fotovoltaicas são infraestruturas essenciais para garantir geração de energia confiável-de longo prazo em usinas de energia. Com o avanço das metas de duplo carbono e o aumento de grandes projetos de base, os requisitos para longa vida útil dos materiais de braquetes, alta resistência à corrosão e proteção ambiental de baixo-carbono são cada vez mais elevados. Novos aços revestidos, como zinco-alumínio-magnésio, estão substituindo rapidamente a tradicional-galvanização por imersão a quente e se tornando a principal tendência do setor. Na tomada de decisões-do projeto, recomenda-se combinar condições climáticas específicas e custos do ciclo de vida do projeto (LCOE) para uma avaliação abrangente, selecionar soluções de estrutura de aço correspondentes e seguir rigorosamente os padrões de projeto, construção, operação e manutenção para alcançar uma operação estável por mais de 25 a 30 anos.
