耐蚀钢在光伏支架中的应用

2018-08-28梁吉连周承军江伟杨松

中国新技术新产品 2018年12期

梁吉连周承军江伟杨松

摘要：目前太阳能光伏行业使用最广泛的支架材质为镀锌钢，即Q235热镀锌，其属于电镀行业，而电镀业是目前污染较重的行业。随着环保意识的增强，需求导入一款耐腐蚀性强、低成本、无污染的光伏支架成为大势所趋。耐蚀钢由于具有较强的耐腐蚀性能，且生产周期短，节约成本约10%以上，每投资1MW光伏容量可以节约成本约4万，即耐蚀钢可在光伏支架推广应用。

关键词：耐蚀钢；光伏支架；环保；降本

中图分类号：TM615 文献标志码：A

Abstract： At present， galvanized steel Q235 is widely used in photovoltaic （PV） solar industry， however， electroplating industry is a heavy pollution industry. With the enhancement of environmental awareness， it is necessary to introduce a high corrosion-resistant， low cost and without pollution PV support. Because of its excellent quality in corrosion resistant and short production cycle， the corrosion-resistant steel could bring about 10% cost saving. As a result， it can save forty thousand from per 1 MW photovoltaic power capacity investment.

Keywords： corrosion resistant steel； photovoltaic support； environmental； low cost

0 引言

由于腐蚀，特别是钢的腐蚀，每年造成的经济损失非常大，随着钢结构的强度不断提高，截面尺寸不断减少，腐蚀问题就越趋突出，目前常规的防腐方法是依靠表面涂层，这种依靠人为的方案一方面面临日益增加的维护成本问题；另一方面由于工业化程度的不断提高和社会经济的快速发展，导致空气中的污染物对钢结构的腐蚀作用加快，故各行各业都对抗腐蚀性能的钢有新要求。

新能源行业的太阳能光伏重要配件之一为光伏支架，最重要的特征是需要耐腐蚀性强，需保证25年内钢的结构一直牢固可靠，能承受恶劣环境侵蚀，风、雪荷载和其他外部效应。需以最小的安装成本达到最大的使用效果、几乎免维护，是做光伏方案时需要考虑的重要因素。目前行业内光伏支架普遍使用太阳能支架的材料主要有表面阳极氧化铝合金、304不锈钢和Q235+ 热镀锌钢件。一方面铝合金支架通常在民用建筑屋顶上使用，由于铝合金的其承载力较低，无法应用在大型的太阳能光伏电站项目。另一方面铝合金的价格比热镀锌后的钢材要高，无价格优势。镀锌支架由于性能稳定，制造工艺成熟，承载力较高，安装简便，故目前广泛应用于民用、工业太阳能光伏和太阳能电站中。但是镀锌的缺点是材料最终回收利用价值不高，镀锌工艺污染较重，对环境不利。故急需导入一种环保，耐腐蚀性强，成本低的光伏支架。

1 耐腐蚀钢的耐蚀原理

耐腐蚀钢是锈蚀一定时间后由于钢表面存在富集的微量元素如P、Cu、Cr和Ni等，这些富集区会形成一层致密的非晶态组织，这些非晶态组织即锈层与基体结合得非常紧密。这层稳定的锈层能够抵御大气中水气等有害离子的入侵，避免基体金属进一步被腐蚀。原理公式如下：

（1）阳极反应：Fe —— Fe2+ +2e ；

（2）阴极反应： 2y-FeOOH+2e+2H- —— 2（Fe-OH-OH）；

（3）阴极反应物质的再生：2（Fe-OH-OH） + 1/2O2——2y-FeOOH+ H2O

①初期的锈层组织成分主要为α-FeOOH，而α-FeOOH是绝缘的非活性物质，也是最稳定的羟基铁氧化物。耐蚀钢中合金元素改变了锈层的組织成分和结构，促进了a-FeOOH的形成，而抑制Fe2O3的形成。

②α-FeOOH的晶体枝晶是纤细形状，晶体形貌呈致密团状，晶体团之间紧密堆积，该锈层具有保护特性。

③耐蚀钢锈层具有钝化作用，对基体有优越的保护性能，而耐蚀钢锈层以局部腐蚀为基础，先局部腐蚀出深坑，后腐蚀坑再横向发展成一片。同常规的碳钢锈层生长方式不同，常规碳钢锈是均匀锈层，锈层均匀增厚。

2 耐蚀钢在光伏支架领域的优势与不足

（1）只需合理添加合金元素，不改变冶炼方法，不改变钢材机械性能，材料生产简便，应用便利，腐蚀性好，简化防腐蚀措施，节约投资，节约维护费用，与不锈钢相比造价低，性价比更易于接受；与热浸锌钢材相比，减少环境污染，加快制造流程，减少转运次数，节约造价，性价比也可接受。

（2）大型商用太阳能光伏电站很多都建于干燥、空气污染较轻的野外，无涂层的耐候钢即可满足防腐蚀的要求；商用太阳能光伏电站在野外，维护成本高，所以应以“ 免维护” 为目标，“ 免维护” 的最重要指标之一即防腐蚀，耐候钢可满足这一要求；光伏支架一般用小规格薄壁型钢，若用热浸锌，则浸锌表面积大，造价高，且有污染；用耐候钢替代既节约造价又减少污染；在干燥、少污染地区，耐候钢光伏支架的使用寿命一般为30年，满足使用要求；商用太阳能光伏电站较多建于戈壁荒野，风沙大，涂层方法都易磨损失效，耐候钢不易磨损失效。

（3）不足：在海洋大气气候条件下或大气污染较严重的地区，耐候钢一般还要加涂层，耐候钢使用初期，外观锈蚀不均匀，有色差，目前光伏支架应用较少，无统一对应标准用来监督实际工程情况，需要推广使用后制定耐蚀钢在光伏支架的企业标准，定期检查工程实际情况，积累经验，改善实践中出现的问题。

3 在光伏行业注意事项

（1）工地安装螺栓需要与耐蚀钢材质匹配，如工厂焊接，焊缝也要达到同样耐腐蚀标准；柱脚的节点在进行细部设计时要注意不能有积水位置，不然结点处会出现局部的锈蚀。

（2）在沿海水域或者大气污染比较重的地区，耐蚀钢的表面应在洁净后刷防腐蚀涂料；且耐蚀钢与铝材直接接触的位置应该有处理措施，目的是防止电位差产生电流从而导致较活跃的金属一侧产生腐蚀现象。

4 镀锌支架与耐蚀支架对比

如从原材料的性能，成本等方面对比分析耐蚀支架在光伏中对的应用可行性，具体对比见表1。

从表1可以看出，镀锌支架和耐蚀钢材的化学成分稍微不同，屈服强度一样，各元素的具体含量可以根据需求协商而定。

由表2可知，耐蚀钢的耐蚀年限比镀锌长，且不需要后期维护。

表3是以现行的原材料价格为基准进行对比，各项成本随着时间和行业的波动，都会变化，但总体耐蚀钢比镀锌钢便宜约10.59%。

按照理论估算对应支架的用钢量后得出耐蚀支架每瓦可以节约成本0.0423元。

结论

（1）耐蚀钢表面无需处理，规避了热镀锌的高污染现状，缩短支架的生产周期，能够快速的响应客户的交期。