Объяснение алюминиевых солнечных зажимов: типы, как они работают и что проверить перед покупкой

Что такое алюминиевые солнечные зажимы и почему они важны

Алюминиевые солнечные зажимы — это механические крепления, которые крепят солнечные панели в рамке к монтажным направляющим фотоэлектрической стеллажной системы. Они захватывают раму панели сверху, применяя зажимное усилие, которое удерживает панель в положении против подъема ветра, снеговой нагрузки и теплового расширения, не требуя сверления или модификации самой панели. Каждая каркасная солнечная установка, от жилой крыши из 10 панелей до коммунальной фермы мощностью в несколько мегаватт, зависит от этих зажимов, которые обеспечивают механическую стабильность и правильное выравнивание модулей в течение срока службы, который, как ожидается, будет соответствовать 25-30-летней гарантии на сами панели.

Выбор алюминия в качестве стандартного материала является осознанным. Алюминиевый сплав легкий, прочный, естественно устойчивый к коррозии и легко экструдируется в точные профили — качества, которые делают его идеальным для наружного конструктивного элемента, который должен плотно сжиматься, противостоять погодным условиям в течение десятилетий и быстро обрабатываться во время установки на высоте. При правильном выборе и установке алюминиевые солнечные зажимы по сути являются компонентом «установил и забыл». При неправильном указании (неправильный размер каркаса панели, несоответствующая марка сплава или отсутствие возможности заземления) они становятся источником сбоев при установке, повреждения панели и риска для безопасности.

Средние зажимы и концевые зажимы: два типа, которые используются при каждой установке

Для каждого массива солнечных панелей, в котором используется обычная стеллажная система на рельсах, требуются два разных типа алюминиевых зажимов. Они не взаимозаменяемы — каждый выполняет определенную структурную роль в определенной позиции массива, а при правильно выполненной установке используются оба.

Средние зажимы: между соседними панелями

Средний зажим расположен в зазоре между двумя соседними солнечными панелями в одном ряду. Его профиль симметричен — он имеет два зажимных фланца, каждый из которых захватывает раму одной панели с каждой стороны — поэтому один средний зажим фиксирует две панели одновременно. Болт проходит через центр корпуса зажима и ввинчивается в Т-образный болт или гайку с молотковой головкой, которая скользит по направляющему рельсу внизу. Когда болт затянут с указанным моментом затяжки, фланцы зажима прижимают обе рамы панели с одинаковой силой, предотвращая подъем или смещение панелей вбок. Поскольку каждый средний зажим обслуживает две панели, количество средних зажимов, необходимое в любом ряду, равно количеству соединений между панелями — на одну панель меньше, чем общее количество в ряду.

Концевые зажимы: на внешних краях каждого ряда.

Концевой зажим фиксирует крайнюю панель в каждом ряду — панели на левом и правом концах, у которых нет соседних соседей, которые можно было бы удерживать средним зажимом. Концевой зажим имеет один зажимной фланец только с одной стороны, с выступом или профилем крючка, который охватывает внешний край рамы панели. Это предотвращает смещение панели с рельса наружу. Для каждого ряда необходимы два концевых зажима — по одному на каждом конце — независимо от того, сколько панелей находится в ряду. Концевые зажимы часто немного более прочны в поперечном сечении, чем средние зажимы, поскольку они должны выдерживать боковые нагрузки, приложенные к панели по периметру массива, где силы ветра обычно самые высокие.

Марки алюминиевых сплавов: почему 6005-Т5 является отраслевым стандартом

Не весь алюминий одинаков. Конкретный сплав и состояние, используемые при производстве солнечных зажимов, определяют структурную прочность компонента, коррозионную стойкость и долговечность. Понимание того, почему указаны определенные классы и что означает это обозначение, помогает покупателям отличать качественные компоненты от дешевых альтернатив, которые могут не работать в полевых условиях.

Доминирующей спецификацией алюминиевых солнечных зажимов является 6005-T5 , при этом 6061-T6 также используется некоторыми производителями. Первое число (серия 6xxx) указывает на то, что сплав изготовлен на основе кремния и магния — семейства, известного своим балансом прочности, коррозионной стойкости и способности к экструдированию. Обозначение T указывает на состояние (состояние термической обработки): T5 означает, что компонент был охлажден в процессе формования при повышенной температуре, а затем искусственно состарен для достижения прочности; Т6 означает, что он подвергся термообработке в растворе, а затем искусственно состарился. Обе компании производят компоненты с высокой прочностью на разрыв, подходящие для крепления конструкций.

Что имеет практическое значение: Алюминий 6005-T5 обеспечивает прочность на разрыв около 260 МПа. и превосходная устойчивость к коррозии на открытом воздухе, особенно при анодировании. Процесс анодирования — электрохимическое наращивание более толстого слоя оксида алюминия на поверхности детали — значительно повышает коррозионную стойкость и стойкость к истиранию. Большинство авторитетных производителей солнечных батарей указывают толщину анодирования 10–15 микрон. Компоненты без анодирования или с очень тонким анодным слоем будут быстрее окисляться в прибрежных, промышленных или условиях с высокой влажностью, что потенциально может привести к заеданию хомута на резьбе болта или потере целостности размеров в течение 25-летнего срока службы.

Функция заземления и соединения солнечных зажимов

В большинстве солнечных установок алюминиевые монтажные зажимы не только механически удерживают панели — они также выполняют важную электрическую функцию. Фотоэлектрические системы должны быть заземлены и подключены для защиты людей и оборудования от токов повреждения и молний. Зажимы, когда они обеспечивают надежный контакт металл-металл с рамой панели и монтажной рейкой, могут образовывать часть пути соединения, обеспечивающего такую ​​защиту. Эта двойная функция является одной из причин, по которой качество материала и состояние поверхности солнечных зажимов серьезно воспринимаются при профессиональных установках.

Как работает заземление с помощью зажимов

Заземленная фотоэлектрическая система соединяет все открытые металлические компоненты — каркасы панелей, направляющие, стеллажную конструкцию — в непрерывный электрический путь, который затем подключается к заземлению. Когда зажим установлен, он касается как рамы панели сверху, так и монтажной рейки снизу. Если и зажим, и направляющая изготовлены из проводящего алюминия, а контактные поверхности чистые и плотно прилегающие, зажим создает связующее соединение между этими двумя металлическими поверхностями. Многие современные алюминиевые солнечные зажимы имеют встроенные заземляющие зубцы, зубцы или соединительные штифты, которые прокалывают анодно-оксидный слой на раме панели и поверхности рельса, чтобы обеспечить надежное электрическое соединение с низким сопротивлением — анодный слой является изолятором, и без функций проникновения соединение может быть ненадежным.

Сертификация УЛ 2703 и соответствие заземлению

В Соединенных Штатах стандарт, регулирующий монтажные зажимы для солнечных батарей и их функцию заземления, UL 2703 — Стандарт на монтажные системы, монтажные устройства, зажимные/удерживающие устройства и наконечники заземления для использования с плоскими фотоэлектрическими модулями и панелями. UL 2703 охватывает системы монтажа в стойку и зажимные устройства в отношении путей заземления и соединения, механической прочности, огнестойкости и пригодности материалов для систем с максимальным напряжением системы до 1000 В. Зажим, имеющий сертификат UL 2703, прошел независимое тестирование и проверку на соответствие этим требованиям. Для коммерческих и коммунальных установок в США использование зажимов, внесенных в список UL 2703, обычно является требованием получения разрешения и проверки, а не просто рекомендацией. На европейских рынках эквивалентной основой является маркировка CE в сочетании со структурным соответствием IEC 61215 и EN 1090 для систем крепления.

Когда отдельные заземляющие наконечники все еще необходимы

Не все конструкции зажимов сами по себе обеспечивают заземление, соответствующее нормам. Для зажимов без встроенных соединительных зубцов или соединительных штифтов могут потребоваться отдельные наконечники заземления, прикрепленные к раме панели и направляющим для завершения пути соединения. В документации по установке зажимов, внесенных в список UL 2703, указано, обеспечивает ли зажим сам по себе путь соединения или требуется дополнительное оборудование для заземления. Монтажники, которые заменяют зажимы, не включенные в список, или пропускают проверку документации по заземлению, создают ответственность за нарушения правил, которые могут быть не обнаружены до окончательной проверки или, что еще хуже, после возникновения неисправности.

Совместимость высоты и размера рамы: правильное определение размеров

Алюминиевые солнечные зажимы изготавливаются в определенных размерах, соответствующих высоте рамы устанавливаемых панелей. Использование слишком маленького зажима не обеспечит надежного захвата рамы; использование слишком большого фланца приводит к тому, что зажимной фланец плавает над поверхностью рамы, не прилагая полезной силы. Высота рамы измеряется как глубина алюминиевого профиля, образующего рамку по периметру панели — обычно между 30 мм и 50 мм для современных коммерческих и жилых солнечных панелей, причем наиболее распространенными размерами на рынке являются 35 мм и 40 мм.

Стандартные размеры от известных производителей охватывают высоту рамы 30 мм, 32 мм, 33 мм, 35 ​​мм, 37 мм, 40 мм, 45 мм и 50 мм. Некоторые конструкции регулируемых зажимов позволяют использовать рамку разной высоты в одном компоненте — например, регулируемый концевой зажим, рассчитанный на 30–50 мм, — что полезно для монтажников, работающих со смешанными типами панелей или имеющих на складе один артикул зажима для нескольких проектов. Перед заказом зажимов всегда проверяйте точную высоту рамы конкретной модели устанавливаемой панели из таблицы данных производителя панели. Высота рамы панели различается не только у разных производителей, но иногда и у разных семейств продуктов одного и того же производителя.

Крепежное оборудование: болты из нержавеющей стали, Т-образные болты и шайбы.

Алюминиевый корпус зажима является лишь одной частью крепежного узла. Оборудование, передающее зажимное усилие — болт, гайка направляющей и любые шайбы — одинаково важно для долгосрочной целостности соединения. Гальваническая коррозия представляет собой основной риск: при контакте разнородных металлов в присутствии электролита (дождевая вода, влажность) преимущественно корродирует менее благородный металл. Алюминиевые зажимы, контактирующие со стандартными болтами из углеродистой стали, ускоряют коррозию стали, что приводит к выходу болта из строя в течение многих лет воздействия открытого воздуха.

Отраслевым стандартом для оборудования для солнечных зажимов является нержавеющая сталь 304 (SUS304) или 316 (SUS316) для всех болтов, шайб и гаек. SUS304 подходит для большинства внутренних установок; SUS316 — с более высоким содержанием молибдена, обеспечивающим превосходную стойкость к хлоридам — является подходящей спецификацией для прибрежных, морских и промышленных сред, где ожидается воздействие солей или химических веществ. Полный комплект крепежа для каждого зажима обычно включает алюминиевый корпус зажима, один болт из нержавеющей стали (M6 или M8 в зависимости от конструкции), один Т-образный болт или гайку с молотковой головкой, размер которой соответствует направляющему желобу, и плоскую шайбу. Предварительно собранные комплекты зажимов, упакованные в наборы по 100 штук для повышения эффективности работы на стройплощадке, являются стандартным форматом от основных поставщиков.

Установка: момент затяжки, положение и распространенные ошибки

Правильная установка алюминиевых солнечных зажимов проста, но несколько систематических ошибок в полевых условиях приводят к повреждению панелей, ослаблению массивов или неудачным проверкам. Соблюдение инструкций производителя по установке и требований производителя панели к зоне зажима имеет важное значение — это также является условием сохранения гарантии на панель и любого сертификата соответствия конструкции.

Требования к зоне зажима

Производители солнечных панелей указывают, где на раме панели можно размещать зажимы — это так называемые зоны зажима. Размещение зажима за пределами разрешенной зоны (например, слишком близко к углу панели) концентрирует механическое напряжение на стекле панели и раме, для которого модуль не предназначен, что может привести к образованию микротрещин в ячейках или деформации рамы. REC и большинство крупных производителей панелей требуют, чтобы каждая панель была закреплена хотя бы один раз в каждой из четырех определенных зон. Точные границы зоны зажима показаны в руководстве по установке панели и различаются в зависимости от модели панели — это означает, что расстояние между направляющими и положения зажимов должны быть рассчитаны с учетом конкретной устанавливаемой панели, а не в предыдущем проекте с использованием разных панелей.

Характеристики крутящего момента

Каждый алюминиевый зажим для солнечной батареи имеет определенный момент затяжки крепежного болта. Крутящий момент должен быть достаточным для создания зажимной нагрузки, требуемой UL 2703 или применимым стандартом — обычно в диапазоне От 7 до 10 фут-фунтов (приблизительно от 9,5 до 13,5 Н·м) в зависимости от конструкции зажима и размера болта. Недостаточная затяжка приводит к недостаточному усилию зажима и позволяет панели перемещаться под воздействием ветра или температурных циклов. Чрезмерное затягивание может привести к поломке алюминиевого корпуса зажима, сорванию резьбы болтов или повреждению рамы панели. Калибровочный динамометрический ключ не является обязательным при профессиональной установке — это единственный надежный способ убедиться в том, что был приложен правильный момент затяжки. На резьбу болтов сборок «алюминий-нержавеющая сталь» следует наносить противозадирный состав, чтобы предотвратить истирание и гарантировать, что показания крутящего момента точно отражают зажимную нагрузку, а не потери на трение на резьбе.

Зазор между панелями у средних зажимов

Средние зажимы устанавливают расстояние между соседними панелями. Большинство рекомендаций по стеллажным системам требуют минимального зазора 6 мм (приблизительно 1/4 дюйма) и максимум 25 мм (приблизительно 1 дюйм) между рамами панелей в каждом среднем положении зажима. Минимальный зазор учитывает температурное расширение и допуски на установку панелей без прижатия панелей друг к другу; максимальный зазор гарантирует, что фланцы зажима надежно зацепят обе рамы. Постоянное расстояние между панелями также влияет на эстетику массива — неровные зазоры видны с земли при установке в жилых помещениях и часто отмечаются во время окончательного осмотра домовладельцами.

Противозадирная защита и блокировка резьбы

Контакт алюминия с нержавеющей сталью может истираться (холодная сварка на резьбовом соединении) под действием крутящего момента, если не используется смазка для резьбы, что делает невозможным последующее отсоединение болта без повреждения. Нанесение тонкого слоя серебряного противозадирного состава на хвостовик болта перед установкой предотвращает истирание, обеспечивает точное приложение крутящего момента и позволяет снимать болт для обслуживания или замены, не разрушая зажим или гайку направляющей. После затяжки клей для фиксации резьбы, нанесенный на открытую резьбу, обеспечивает вторичную фиксацию от ослабления, вызванного вибрацией, в течение всего срока службы массива.

Безрамочные и тонкопленочные панельные зажимы: другая проблема

Стандартные средние и концевые зажимы предназначены для солнечных панелей в рамке — модулей с экструдированной алюминиевой рамкой, образующей поверхность, которую зажимает зажим. Все большее количество солнечных установок в настоящее время использует безрамные двусторонние стекло-стеклянные панели или тонкопленочные панели, которые требуют совершенно другого монтажного оборудования.

В безрамных зажимах для панелей используются зажимные поверхности с резиновой или полимерной подкладкой, которые непосредственно захватывают края стекла без использования жесткой рамы для передачи нагрузки. Усилие зажима должно распределяться равномерно, чтобы избежать концентрации напряжения на кромке стекла, что может привести к сколам и трещинам на краях, которые распространяются под воздействием термических и механических циклов. Тонкопленочные средние зажимы для гибких или ламинированных панелей, используемые в фотоэлектрических системах, встроенных в здания (BIPV), и в специальных приложениях, длиннее (обычно от 80 до 200 мм), чтобы распределять нагрузку по большей площади контакта и приспосабливаться к другому профилю панели. Это специальные продукты, изготовленные в соответствии с требованиями конкретного проекта и не взаимозаменяемые со стандартным оборудованием для каркасных панелей.

Что проверить перед покупкой алюминиевых солнечных зажимов

Рынок алюминиевых солнечных зажимов варьируется от высококачественных сертифицированных компонентов до дешевых несертифицированных альтернатив, которые могут выглядеть идентично, но неэффективны в обслуживании. Проработка следующего контрольного списка перед покупкой защитит как установку, так и долгосрочную работу системы.

• Подтвердите высоту рамы панели: Проверьте точную высоту рамы в миллиметрах по паспорту производителя панели, а не по фотографии продукта или эмпирическому правилу. Закажите зажимы, указанные для этого точного размера, или подтвердите, что диапазон регулировки любого зажима переменного размера покрывает высоту рамы вашей панели со значительным зацеплением, а не только в крайнем конце диапазона регулировки.
• Проверьте марку сплава и характеристики анодирования: Зажим должен быть изготовлен из алюминиевого сплава 6005-T5 или 6061-T6 с анодированием толщиной минимум 10 микрон. Подтвердите это в письменной форме у поставщика — не принимайте «алюминиевый сплав» как достаточную спецификацию материала для компонентов, рассчитанных на 25-летнюю эксплуатацию на открытом воздухе.
• Проверьте наличие списка UL 2703 или эквивалентной сертификации: При установке в США подтвердите внесение в список UL 2703. Для европейских рынков подтвердите маркировку CE и любое соответствующее соответствие IEC. Запросите листинговую документацию и подтвердите, что конкретная модель зажима, а не только более широкий ассортимент продукции поставщика, сертифицирована. Список UL 2703 предназначен для отдельных конструкций компонентов, а не для общекорпоративных разрешений.
• Подтвердите возможность встроенного заземления: Определите, обеспечивает ли зажим сам по себе путь соединения, соответствующий нормам — через встроенные заземляющие зубцы или штифты — или потребуется дополнительное оборудование для заземления. Это влияет как на стоимость, так и на время установки. Убедитесь в совместимости с анодированием рамы конкретной модели панели, поскольку для некоторых рамок панелей требуется особая геометрия соединительных штифтов для достижения необходимого соединения с низким сопротивлением.
• Подтвердите класс оборудования из нержавеющей стали: Все болты, гайки и шайбы в комплекте должны быть как минимум из нержавеющей стали марки SUS304. Для береговой или морской установки укажите SUS316. Подтвердите марку оборудования у поставщика — крепеж, продаваемый как «нержавеющая сталь», сильно различается по фактическому содержанию сплава, а низкосортная нержавеющая сталь корродирует гораздо быстрее, чем SUS304, при воздействии на открытом воздухе.
• Проверьте совместимость рельсов: Т-образный болт или гайка с молотковой головкой должны соответствовать профилю швеллера используемой монтажной рейки. Размеры рельсовых каналов различаются в зависимости от марки стеллажных систем. Большинство поставщиков зажимов указывают совместимые профили направляющих или предлагают Т-образные болты разной ширины — перед заказом подтвердите совместимость с вашей конкретной направляющей, особенно если смешиваются компоненты от разных производителей.
• Оцените гарантию и документацию: Авторитетные поставщики предлагают 10-летнюю гарантию на компоненты и 25-летний ожидаемый срок службы. Запросите данные нагрузочных испытаний — номинальное сопротивление зажима выдергиванию и выдвижению при статической нагрузке — особенно для коммерческих или коммунальных проектов, где для анализа проектирования конструкций требуются проверенные данные о производительности компонентов.