Photovoltaik-Halterungen (Stahlkonstruktionen) dienen als „Skelett“ von Photovoltaik-Kraftwerken. Sie tragen die gesamte Photovoltaik-Anlage und wirken sich direkt auf die Sicherheit, die Effizienz der Stromerzeugung und die langfristige Betriebsstabilität des Kraftwerks aus. Ihre Auslegungslebensdauer muss in der Regel der Gesamtlebensdauer des Photovoltaikkraftwerks (mehr als 25 Jahre) entsprechen. In komplexen Außenumgebungen müssen sie Herausforderungen wie Windlasten, Schneelasten, Korrosion und anderen standhalten. Dieser Leitfaden sortiert systematisch die Kernstandards, die Anpassungsfähigkeit an die Umwelt und die gängigen Materiallösungen von Photovoltaik-Stahlkonstruktionen und hilft Projektentwicklern, EPC-Unternehmen und Eigentümern bei der wissenschaftlichen Auswahl von Typen.
I. Kernstandards und Designanforderungen der Branche
Das Design und die Akzeptanz von Photovoltaikhalterungen müssen strikt den relevanten nationalen und Industriestandards entsprechen, um strukturelle Sicherheit und langfristige Haltbarkeit zu gewährleisten:
JG/T 490-2016 „Allgemeine technische Anforderungen für Halterungen für Solar-Photovoltaik-Systeme“: Hierbei handelt es sich um eine Produktnorm in der Bauindustrie, die eindeutig festlegt, dass Halterungen über ausreichende Festigkeit, Steifigkeit und gute Korrosions- und Rostschutzeigenschaften verfügen müssen. Die Materialauswahl muss den Korrosionsschutzanforderungen genügen. Berechnungen und Abnahmen für Wind- und Schwerkraftlasten müssen der Norm GB 50205-2020 „Steel Structure Engineering Construction Quality Acceptance Specification“ entsprechen.
Auslegungslebensdauer: Nachführhalterungen für Boden-Photovoltaik-Kraftwerke haben in der Regel eine Auslegungslebensdauer von 25 Jahren; Gebäudeintegrierte Photovoltaik-Projekte (BIPV) müssen mit der Hauptlebensdauer der Gebäudestruktur im Einklang stehen. Das bauliche Sicherheitsniveau liegt in der Regel bei Stufe drei.
Korrosionsschutz- und Fundamentanforderungen: Für die Halterungen müssen korrosions- und korrosionsbeständige Materialien verwendet werden, die Bolzenverbindungen müssen zuverlässig sein (hochfeste Bolzen entsprechen der JGJ 82-Norm) und für die Fundamente sollte Beton über C25 verwendet werden. Der Schwerpunkt der Projektabnahme liegt auf der Prüfung der Wind- und Erdbebensicherheit.
Anpassung der Leistungsgarantie: Photovoltaikmodule bieten normalerweise eine lineare Leistungsgarantie von 25-Jahren (Dämpfung im ersten Jahr 2–3 %, dann 0,5–0,65 % pro Jahr, Leistung nicht weniger als 80–81,4 % nach 25 Jahren). Hochwertige Stahlkonstruktionshalterungen, durchgehendFeuerverzinkungoder Zink-Aluminium-Magnesium und andere -Korrosionsschutzbehandlungen können eine Lebensdauer von 25–30 Jahren oder sogar länger erreichen.
Aktuelle Branchentrends betonen den Einsatz umweltfreundlicher Materialien, wie zum Beispiel den Ersatz einiger traditioneller Feuerverzinkungen durch Zink-Aluminium-Magnesiumbeschichtungen, um die Ziele der CO2-Neutralität und die Anforderungen an einen langfristig stabilen Betrieb besser zu erfüllen.
II. Fehlerarten und Herausforderungen in unterschiedlichen Klimaumgebungen
Photovoltaik-Stahlkonstruktionen sind langfristig-im Freien ausgesetzt und anfällig für Korrosion, Wind und Sand, Frost-Tauwetter und andere Faktoren. Die Fehlermodi variieren je nach Region erheblich:
Wüsten-/trockene Gebiete (z. B. Nordwest-Gobi, Wüsten): Hauptsächlich mit Wind- und Sandabrieb sowie Staubansammlungsproblemen konfrontiert. Wind- und Sandströme führen zu Staubansammlungen auf den Komponentenoberflächen, Erosion und Abrieb sowie strukturellen Schäden und verringern so die Effizienz der Stromerzeugung. Oberflächenerosion und Ansammlung verstärken die Winderosion zusätzlich. Beschichtungen von Stahlkonstruktionen unterliegen einem beschleunigten Verschleiß durch Sandpartikeleinwirkung. Es ist erwähnenswert, dass Photovoltaikanlagen die bodennahe Windgeschwindigkeit um 20–60 % reduzieren können, was eine gewisse Rolle bei der Windprävention und der Sandfixierungsökologie spielt, aber die Bodenverdichtung während des Baus erhöht vorübergehend das Risiko der Bodenwinderosion.
Küstengebiete/Gebiete mit hohem Salznebel: Salznebelkorrosion ist die größte Bedrohung. Hohe Luftfeuchtigkeit und Umgebungen mit hohem Salzgehalt beschleunigen die Metallkorrosion. Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl oder feuerverzinkte Schichten neigen zu schnellem Versagen, was zu einer verringerten Festigkeit der Halterung führt und die strukturelle Sicherheit beeinträchtigt.
Hochebene/kalte Bereiche: Frost-{0}}Tauzyklen führen leicht zu Materialversprödung, Rissen in der Beschichtung und Abblättern der Rückseitenfolie. Große Temperaturunterschiede erhöhen außerdem die Belastung der Beschichtung.
Andere extreme Klimazonen: In tropischen Gebieten mit hoher Luftfeuchtigkeit kommt es hauptsächlich zu Korrosion durch feuchte Hitze; In Gebieten mit Hagel, starkem Schneefall und Taifunen muss der Schwerpunkt auf eine Konstruktion mit hoher-Stabilität und Schlagfestigkeit gelegt werden.
Insgesamt weist die herkömmliche Feuerverzinkung in rauen Umgebungen eine unzureichende Haltbarkeit auf, während neue Materialien wie z. BZink Aluminium Magnesiumhaben eine Korrosionsbeständigkeit, die bis zum 6- bis 15-fachen (normalerweise etwa 10-fach) höher ist, was die Lebensdauer der Brackets erheblich verlängert.
III. Mainstream-Materiallösungen für Stahlkonstruktionen
Derzeit werden für Photovoltaikhalterungen hauptsächlich Substrate aus Kohlenstoffstahl verwendet, die durch eine Oberflächenbehandlung einen Korrosionsschutz erreichen, der hauptsächlich in Bodenkraftwerken sowie industriellen und kommerziellen Dachprojekten eingesetzt wird. Das Folgende ist ein Vergleich der Mainstream-Kategorien:
Feuerverzinkter Stahl (Q235/Q355 usw.)
Spezifikationen: Dicke 1,5–8 mm (Pfahlgründungen dicker).
Vorteile: Hohe Festigkeit, geringere Kosten, gute Zähigkeit, ausgezeichnete seismische Leistung.
Nachteile: Nach der Verarbeitung ist eine Feuerverzinkung erforderlich, die Logistikkosten sind hoch; Schnittflächen bilden leicht Korrosionsansatzpunkte; Die Haltbarkeit ist in rauen Umgebungen wie Küste und Wüste durchschnittlich.
Anwendbare Szenarien: Allgemeine Binnengebiete, Systeme mit fester Halterung.
Lebensdauer: Ungefähr 25 Jahre.
Mit Zink-Aluminium-Magnesium (Zn-Al-Mg) beschichteter Stahl (aufstrebender Mainstream)
Beschichtungseigenschaften: Enthält Zn + Al (1,5–11 %) + Mg (1,5–3 %).
Hauptvorteile: Die Korrosionsbeständigkeit ist 6-15-mal höher als bei herkömmlicher Feuerverzinkung, mit der Fähigkeit zur Selbstheilung (Selbstreparatur) der Schnittkanten, hoher Verschleißfestigkeit, Umweltfreundlichkeit und geringer Schadstoffbelastung; Kaltumformbar, einfache Verarbeitung.
Nachteile: Nicht zum Hochtemperaturschweißen geeignet (beeinträchtigt die lokale Festigkeit), Anschaffungspreis etwas höher.
Spezifikationen: Dicke 1,5-5 mm, häufig verwendeter hochfester Stahl S350GD, S420GD.
Anwendbare Szenarien: Große Bodenkraftwerke, Wüsten, Wattflächen, Küsten- und andere Projekte in rauen Umgebungen.
Lebensdauer: Bis zu 30-35 Jahre, ein Trendprodukt, das die Feuerverzinkung ersetzt.
Edelstahl
Hohe Korrosionsbeständigkeit, geeignet für extrem korrosive Umgebungen (z. B. Bereiche mit starkem Salznebel). Gute Festigkeit, aber höchste Kosten, gehört zu den nicht-Mainstream-Wirtschaftsoptionen und einem engen Anwendungsbereich.
Andere Materialien
Halterungen aus Aluminiumlegierung: Leicht, starke Korrosionsbeständigkeit, aber Festigkeits- und Kosteneigenschaften sind unterschiedlich, geeignet für gewichtsempfindliche Dachprojekte.
Witterungsbeständiger Stahl: Funktioniert gut in atmosphärischen Umgebungen, benötigt jedoch in Bereichen mit hohem Salzgehalt oder verschmutzter Umgebung noch zusätzliche Schutzbeschichtungen.
Auswahlvorschläge: Gezielte Materialauswahl + Schichtverdickung + regelmäßige Wartung ist die Kernstrategie. In allgemeinen atmosphärischen Umgebungen funktioniert witterungsbeständiger Stahl gut; In Gebieten mit starkem Salznebel oder starkem Wind und Sand geben Sie Zink-Aluminium-Magnesium beschichtetem Stahl den Vorzug und erhöhen Sie die Beschichtungsdicke entsprechend.
IV. Fazit und Zukunftsausblick
Photovoltaik-Stahlkonstruktionen sind eine wichtige Infrastruktur, um die langfristige zuverlässige Stromerzeugung von Kraftwerken zu gewährleisten. Mit der Weiterentwicklung der Dual-Carbon-Ziele und der Zunahme großer Basisprojekte werden die Anforderungen an die lange Lebensdauer, die hohe Korrosionsbeständigkeit und den kohlenstoffarmen Umweltschutz der Halterungsmaterialien immer höher. Neue beschichtete Stähle wie Zink-Aluminium-Magnesium ersetzen schnell die traditionelle Feuerverzinkung und werden zum Mainstream der Branche. Bei der Projektentscheidung-wird empfohlen, spezifische Klimabedingungen und Projektlebenszykluskosten (LCOE) für eine umfassende Bewertung zu kombinieren, passende Stahlkonstruktionslösungen auszuwählen und Standards für Design, Bau sowie Betrieb und Wartung strikt einzuhalten, um einen stabilen Betrieb von mehr als 25–30 Jahren zu erreichen.
