Влияние песчаной эрозии на монтажные конструкции крупных фотоэлектрических установок
Аккумулятор Challenger A12-55
Испанские учёные проверили устойчивость к эрозии обычных оцинкованных покрытий с помощью методов свободного падения песка и пескоструйной обработки сжатым воздухом. Исследование показало, что покрытия из непрерывно оцинкованной стали демонстрируют самые низкие показатели эрозии, превосходя покрытия из горячего цинкования и Zn-Al-Mg.
Графическая аннотация
Исследовательская группа под руководством учёных из Национального центра металлургических исследований Испании (CENIM-CSIC) изучила устойчивость к эрозии широко используемых оцинкованных покрытий в крупномасштабных системах крепления фотоэлектрических панелей.
«Несмотря на то, что деградация фотоэлектрических панелей и коррозия конструктивных элементов хорошо изучены, лишь в немногих исследованиях рассматривалось конкретное влияние песчаной эрозии на металлические конструкции в пустынных и полупустынных регионах, — отмечают учёные. — В таких условиях опорные конструкции фотоэлектрических систем постоянно подвергаются воздействию переносимых ветром частиц песка. В результате эрозии постепенно разрушается защитное цинковое покрытие на оцинкованной стали. Как только этот слой повреждается, сталь становится очень восприимчивой к коррозии».
Устойчивость к эрозии в системах крепления фотоэлектрических панелей оценивалась с помощью двух стандартизированных методов: испытания на воздействие свободно падающего песка и испытания на воздействие песка, подаваемого под давлением. В исследовании рассматривались три распространённых вида цинкового покрытия, каждое из которых предназначено для определённых целей: непрерывное цинкование стали (Z275) для торсионных труб, сплав Zn-Mg-Al (ZM310) для стропил и горячее цинкование стали (HDG) для свай. Эти покрытия различаются по составу и долговечности, что заставляет задуматься о том, какое из них обеспечивает наилучшее сочетание эксплуатационных характеристик и долговечности в условиях эрозии.
Все образцы были коммерческими, размером 10 × 15 см. Также был протестирован дополнительный образец компонентов движения на основе алюминия с органическим покрытием.
При испытаниях с падающим песком образцы располагались под углом 45°, а кварцевый песок из Оттавы падал под действием силы тяжести. Покрытия HDG, Z275 и ZM310 подвергались испытаниям в течение 150 циклов, а органическое покрытие — в течение 180 циклов. В каждом цикле 2 л песка падали со скоростью 9094 г/мин, а расчётная скорость удара составляла 4–5 м/с.
В системе с принудительной подачей воздуха частицы кварцевого песка направлялись на образцы под углом 45° или 90° с помощью контролируемого потока воздуха со скоростью 0,13 л/с. Скорость удара составляла 10 м/с, а массовый расход — 7 г/мин и 15 г/мин.
Испытание в условиях свободного падения песка показало явные различия в стойкости к истиранию. Органическое покрытие показало хорошие результаты при 3,75 л/мкм, при этом на начальном этапе износ составлял около 7,8 мкм/ч, а затем ускорился до 33 мкм/ч. Среди оцинкованных покрытий Z275 изнашивалось медленнее всего (4,03 мкм/ч), HDG — немного быстрее (5,52 мкм/ч), а ZM310 — быстрее всего (9,43 мкм/ч).
В испытании с принудительной подачей воздуха Z275 снова показал наилучшую стойкость (1,38 ± 0,26 мкм/ч), ZM310 был менее долговечным (2,47 ± 0,16 мкм/ч), а HDG продемонстрировал двухэтапную эрозию: сначала ~1,7 мкм/ч, а затем 5,7 мкм/ч. Эти результаты свидетельствуют о том, что в то время как некоторые покрытия сохраняют стабильную стойкость, другие разрушаются быстрее в условиях длительной эрозии.
Увеличение скорости до 15 г/мин значительно увеличило эрозию: Z275 достигла 2,78 мкм/ч при 90° и 4,5 мкм/ч при 45°, а ZM310 достигла 6,9 мкм/ч при 45°.
«Результаты показывают, что покрытия из непрерывно оцинкованной стали имеют самую низкую скорость эрозии по сравнению с покрытиями из горячеоцинкованной стали и сплава Zn-Al-Mg, — заявили исследователи. — Это исследование также показывает, что более высокая твёрдость не обязательно повышает устойчивость к эрозии. Превосходные характеристики Z275 подчёркивают важность других факторов, в том числе пластичности, целостности покрытия и устойчивости к хрупкому разрушению, при определении устойчивости к эрозии».
Их выводы опубликованы в “Повреждениях от эрозии поверхности в монтажных конструкциях крупномасштабных фотоэлектрических систем”, опубликованных в Материалах для солнечной энергии и солнечных элементах. В исследовании приняли участие исследователи из испанского национального центра металлургических исследований (CENIM-CSIC), специалист по фотоэлектрическим решениям Soltec и Федерального центра технологического образования Бразилии “Селсу Сукоу да Фонсека".