Объяснение гаек для солнечных батарей: как выбрать, использовать и затянуть их правильно для установки солнечной панели

Гайки для солнечных батарей являются одним из наиболее игнорируемых компонентов фотоэлектрической установки, однако они непосредственно отвечают за безопасность ваших панелей в течение десятилетий от ветра, дождя, термических циклов и механических напряжений. Независимо от того, устанавливаете ли вы жилой массив на крыше, коммерческую систему, монтируемую на земле, или конструкцию навеса для машины, выбранные вами гайки и способ их установки определяют, останется ли ваша стеллажная система герметичной в течение 25 лет или начнет ослабевать и смещаться в течение нескольких сезонов. В этом руководстве рассматривается все практическое: что такое солнечные гайки, какие типы используются в современных стеллажных системах, выбор материалов, требования к моменту затяжки и что происходит не так, когда монтажники срезают углы.

Что такое солнечные орехи и почему они важны

Гайки для солнечных батарей — это резьбовые крепежные детали, специально выбранные или разработанные для использования в системах крепления солнечных панелей и стеллажных системах. Этот термин охватывает широкий спектр типов гаек — от стандартных шестигранных гаек и фланцевых гаек до специализированных гаек с Т-образными пазами, канальных гаек и подпружиненных позиционирующих гаек, которые являются неотъемлемой частью стеллажных систем на алюминиевых рельсах. Они работают в сочетании с болтами, болтами с квадратным подголовком и крепежными винтами для скрепления рам модулей, средних зажимов, концевых зажимов, стыков рельсов и монтажных ножек в единую структурную сборку.

Причина, по которой гайки для солнечных панелей заслуживают особого внимания, а не просто выхватывают оборудование из общего корзины с крепежами, сводится к трем факторам: коррозионная стойкость, гальваническая совместимость и виброустойчивость. Ожидается, что солнечная батарея прослужит от 25 до 30 лет на открытом воздухе. Стандартные оцинкованные или непокрытые гайки из углеродистой стали будут быстро корродировать в этом окне воздействия, особенно в прибрежных районах или регионах с высокой влажностью, циклическим замораживанием-оттаиванием или кислыми осадками. Ржавый крепеж заклинивает, что чрезвычайно затрудняет будущее обслуживание и замену панелей, а в тяжелых случаях они полностью теряют структурную целостность.

Гальваническая совместимость не менее важна. Большинство направляющих для солнечных батарей изготовлены из анодированного алюминия. Соединение алюминия с крепежными деталями из углеродистой стали создает гальваническую пару, которая ускоряет коррозию менее благородного металла (в данном случае стали), что резко сокращает срок службы крепежных деталей. Вот почему практически все профессиональное монтажное оборудование для солнечных батарей оснащено крепежами из нержавеющей стали или алюминия для использования в алюминиевых стеллажных системах.

Типы солнечных гаек, используемых в монтажных системах

В современных стеллажных системах на солнечных батареях используется несколько различных типов гаек, каждый из которых выполняет определенную структурную или монтажную функцию. Понимание того, что делает каждый тип, поможет вам заказать подходящее оборудование и правильно его установить.

Гайки с Т-образными пазами (Швеллерные гайки)

Гайки с Т-образными пазами, также называемые канальными гайками или Т-образными гайками, являются наиболее часто используемыми гайками для крепления солнечных панелей в рельсовых стеллажных системах от таких производителей, как Unirac, IronRidge, Schletter и K2. Они предназначены для вставки в открытый Т-образный канал на верхней поверхности монтажной направляющей, что позволяет расположить средние зажимы, концевые зажимы и соединительные детали в любом месте по длине направляющей, прежде чем зафиксировать их на месте, затянув болт. Эта возможность регулировки необходима для адаптации к различной ширине рамы модуля, положениям стыков рельсов и расстояниям между проходами через крышу.

Гайки с Т-образными пазами для солнечных батарей обычно изготавливаются из нержавеющей стали (наиболее распространенной) или анодированного алюминия и выпускаются в двух вариантах: стандартные скользящие Т-образные гайки, для которых требуется, чтобы гайка была вставлена ​​с конца направляющей, и подпружиненные гайки с Т-образными пазами, которые можно вставить в паз канала сверху в любой точке и повернуть в заблокированное положение при затягивании болта. Подпружиненные варианты значительно ускоряют установку, особенно на длинных коммерческих массивах.

Шестигранные гайки и стопорные гайки с нейлоновой вставкой (Nyloc)

Стандартные шестигранные гайки размеров M6, M8, M10 или 1/4"-20 и 5/16"-18 используются во всех сборках стоек для солнечных батарей для соединения монтажных ножек с креплениями на крыше, крепления стыков рельсов, а также крепления наконечников заземления и соединительных перемычек. В любом положении, подверженном вибрации, особенно в металлических кровельных системах или системах, монтируемых на земле, подверженных ветровым колебаниям, предпочтительны стопорные гайки с нейлоновыми вставками (обычно называемые нейлоковыми гайками), поскольку нейлоновые вставки захватывают резьбу болта и противостоят ослаблению под действием вибрации, не требуя применения фиксирующих составов.

Фланцевые гайки

Фланцевые гайки имеют в основании широкий, зубчатый или гладкий круглый фланец, который распределяет зажимную нагрузку на большую площадь поверхности. При монтаже на солнечных батареях зубчатые фланцевые гайки часто используются для установления электрического соединения между алюминиевыми секциями рельса и монтажным оборудованием, поскольку зубцы вгрызаются в анодированную поверхность алюминия, прорезая непроводящий оксидный слой и создавая электрический контакт между металлами. Эта функция делает их компонентом двойного назначения: механическое крепление и заземление/соединение.

Желудевые гайки и колпачковые гайки

Желудевые гайки (куполообразные гайки) используются в солнечных установках в первую очередь на открытых концах болтов на концевых зажимах и окончаниях рельсов, где выступающий конец болта с резьбой в противном случае представлял бы опасность травмирования обслуживающего персонала или вызывал бы абразивное повреждение кровельных мембран. Они также герметизируют резьбу болта от прямого воздействия влаги, снижая риск коррозии резьбы в критических точках соединения.

Соединительные гайки (шестигранные стойки)

Соединительные гайки, также известные как шестигранные стойки или удлинительные гайки, представляют собой шестигранные гайки длинной формы, используемые для соединения двух резьбовых стержней встык или для удлинения резьбы болта. В солнечных установках они появляются в балластных стеллажных системах с плоской крышей и в регулируемых узлах опор для наземных конструкций, где необходима регулировка высоты для выравнивания массива на неровной местности.

Выбор материала: нержавеющая сталь, алюминий или другие варианты.

Материал гаек крепления солнечных батарей определяет их долговременную устойчивость к коррозии и совместимость с остальной частью стеллажной системы. Вот прямое сравнение материалов, наиболее часто используемых для крепежных гаек солнечных панелей:

Для большинства солнечных систем на крыше жилых и легких коммерческих помещений, в которых используются алюминиевые стойки, стандартным и подходящим выбором являются гайки для солнечных панелей из нержавеющей стали 304. Проекты в пределах одной мили от соленой воды должны быть полностью заменены нержавеющей сталью 316. На стальных конструкциях, монтируемых на земле, где все компоненты изготовлены из стали, допускается использование горячеоцинкованных гаек, но убедитесь, что толщина цинкового покрытия соответствует минимальным требованиям ASTM A153 класса C или D для воздействия на открытом воздухе.

Характеристики момента затяжки гаек крепления солнечной батареи

Правильный крутящий момент — один из наиболее часто пропускаемых этапов при установке солнечных батарей, однако от него напрямую зависит, сохранится ли механическая и электрическая целостность батареи в течение всего срока ее службы. Недостаточный момент солнечные орехи позволяют зажимам смещаться под ветровой нагрузкой, рискуют микротрещины панели от движения и создают электрические соединения с высоким сопротивлением в точках соединения. Чрезмерно затянутые гайки срывают алюминиевую резьбу на направляющей, трескают анодированную поверхность и могут сломать профили рамы панели.

Характеристики крутящего момента зависят от размера крепежа, производителя стойки и типа соединения. Всегда следуйте руководству по установке производителя стеллажной системы как авторитетному источнику. В таблице ниже показаны типичные значения крутящего момента для обычных размеров монтажных гаек солнечной батареи:

Используйте калиброванный динамометрический ключ или динамометрическую отвертку для всех соединений крепежа солнечной батареи, а не ударную отвертку, настроенную на «чувство». Ударные отвертки подходят для быстрой завинчивания крепежных элементов, но их никогда не следует использовать в качестве заключительного этапа затяжки стоек для солнечной энергии. После приложения начального крутящего момента пометьте каждую гайку полосой крутящего момента (линия, проведенная через гайку и болт красочным маркером), чтобы любое последующее вращение из-за ослабления было сразу видно во время проверки.

Как работают гайки с Т-образными пазами для солнечных батарей в железнодорожных стеллажных системах

Поскольку гайки с Т-образными пазами являются наиболее широко используемыми монтажными гайками для солнечных батарей и часто неправильно понимаются начинающими монтажниками, в этом разделе подробно рассматривается их механика и установка.

Установка стандартной скользящей гайки с Т-образным пазом

Стандартные гайки с Т-образными пазами необходимо вставить в канал рельса с открытого конца рельса перед установкой торцевых заглушек или ограничителей рельса. Они свободно скользят по каналу до тех пор, пока болт не будет вставлен сверху через зажим или прикрепляемое оборудование, не ввинчен в Т-образную гайку и не затянут вниз. Когда болт затягивается, крылья Т-образной гайки прижимаются к нижней стороне кромок канала, фиксируя гайку на месте. Ограничением этого типа является то, что если концы рельса закрыты или заблокированы, дополнительные Т-образные гайки нельзя добавить без разборки.

Установка подпружиненной гайки с Т-образным пазом

Подпружиненные гайки с Т-образным пазом, также называемые вставными Т-образными гайками или Т-образными гайками на четверть оборота, оснащены пружиной, которая удерживает корпус гайки под углом 45 градусов, что позволяет вставлять его через узкое отверстие паза сверху. После вставки пружина поворачивает гайку до плоского состояния, и крылышки входят в зацепление с нижней стороной кромок канала. Такая конструкция позволяет добавлять Т-образные гайки в любом месте вдоль уже установленной направляющей в любой момент во время установки, что значительно упрощает корректировку компоновки в середине установки. В крупных коммерческих проектах экономия труда за счет использования подпружиненных швеллерных гаек вместо стандартных скользящих Т-образных гаек значительна.

Проверка зацепления Т-образной гайки перед окончательным моментом затяжки

Прежде чем окончательно затянуть любое гайковое соединение с Т-образным пазом, убедитесь, что гайка полностью зафиксирована, осторожно пытаясь сдвинуть крепеж вдоль направляющей, слегка нажимая на болт рукой. Если оборудование скользит свободно, гайка не зацеплена — возможно, она смещена, перевернута или находится поверх кромки канала, а не под ней. Незацепленная Т-образная гайка будет затягиваться правильно, но под нагрузкой вытянется. Этот вид отказа ответственен за значительную долю структурных отказов солнечных батарей во время сильных ветров.

Выбор размера солнечной гайки: подбор правильной гайки к вашей стеллажной системе

Гайки крепления солнечной панели должны соответствовать как спецификации резьбы болта, так и размерам пазов рельсового канала. Смешение крепежных деталей с метрической и дюймовой резьбой — распространенная ошибка при смешивании оборудования от разных поставщиков — приводит к созданию соединений, которые кажутся собранными, но имеют минимальное зацепление резьбы и выходят из строя под нагрузкой.

• Шаг резьбы должен точно соответствовать болту. Для болта M8 x 1,25 требуется гайка M8 x 1,25, а не гайка с мелким шагом M8 x 1,0. Перекрестная резьба возможна при несовпадении шага, что приводит к ложным показаниям крутящего момента и незначительной силе зажима.
• Размеры корпуса Т-образной гайки должны соответствовать профилю рельсового канала. Разные производители стеллажей используют разную ширину и глубину каналов. Т-образная гайка, рассчитанная на направляющую IronRidge XR10, не будет правильно подходить к направляющей Unirac SolarMount. Всегда покупайте гайки с Т-образными пазами у производителя стеллажной системы или у проверенного совместимого поставщика послепродажного обслуживания.
• Высота гайки имеет значение при работе с тонкими секциями. В тех случаях, когда зазор между гайкой и внутренней частью канала мал, слишком большая высота корпуса гайки может помешать полному зацеплению крыльев гайки, что снижает усилие на выдергивание.
• Использование стиральной машины должно осуществляться в соответствии с рекомендациями производителя. В некоторых стеллажных системах под гайкой предусмотрены плоские шайбы для распределения нагрузки; другие предназначены для использования без них. Добавление шайб, не указанных в руководстве по установке, может изменить геометрию зажима и снизить эффективную силу зажима на раме модуля.

Электрическое соединение и заземление: роль солнечных гаек в безопасности системы

Помимо своей механической функции, монтажные гайки солнечных панелей играют непосредственную роль в обеспечении электробезопасности фотоэлектрической системы. Статья 690 NEC и стандарт IEC 62548 требуют, чтобы все открытые металлические части фотоэлектрической батареи, включая каркасы модулей, стеллажные направляющие и монтажные конструкции, были соединены вместе и подключены к системе заземляющих электродов. Такое эквипотенциальное соединение предотвращает опасную разницу напряжений между проводящими поверхностями в случае замыкания на землю.

Некоторые методы достижения этого соединения основаны непосредственно на солнечных гайках и крепеже в каждой точке соединения. Зубчатые фланцевые гайки, соединительные шайбы (например, шайбы Wiley Electronics WEEB) и перечисленные в списке соединительные средние зажимы используют механическую силу крепежа для проникновения в анодированный слой на алюминиевых компонентах и ​​создания электрического пути между металлами с низким сопротивлением. Если эти крепежные детали затянуты недостаточно, зубцы или соединительные зубцы не полностью проникают в оксидный слой, а соединительное соединение имеет чрезмерно высокое сопротивление, которое может быть не обнаружено во время стандартного теста на целостность, но может не обеспечить безопасное проведение тока повреждения во время фактического замыкания на землю.

При установке гаек солнечного коллектора, используемых для склеивания, перед сборкой убедитесь, что приложен правильный момент затяжки и что на контактных поверхностях нет грязи, влаги и чрезмерного окисления. При модернизации или техническом обслуживании, когда соединительные детали были сняты и переустановлены, используйте новые зубчатые гайки, а не повторно используйте оригинальные — зубцы с зубцами деформируются во время первой установки и не будут так эффективно проникать в оксидный слой при повторной установке.

Распространенные проблемы, вызванные неправильной или плохо установленной гайкой для солнечных батарей

Полевые проверки солнечных батарей, особенно тех, которые были установлены во время быстрого роста отрасли в 2010-х годах, постоянно выявляют проблемы, связанные с крепежом, которые ставят под угрозу структурную целостность, электробезопасность и долгосрочную работу системы. Вот наиболее часто документируемые проблемы:

• Корродированные или заклинившие крепежные детали: Углеродистая сталь или оцинкованные гайки подвергаются коррозии и прихватываются к болтам в течение пяти-десяти лет на открытом воздухе, что чрезвычайно затрудняет снятие панели для обслуживания или замены и при этом повреждает стеллажное оборудование.
• Ослабленные средние зажимы и сдвиговые панели: Недостаточно затянутые гайки с Т-образными пазами позволяют средним зажимам скользить при повторяющихся ветровых нагрузках, вызывая смещение панелей из расчетного положения, увеличивая нагрузку на проводку и разъемы, а в тяжелых случаях позволяя панелям частично отрываться от монтажной системы.
• Сорванная рельсовая резьба: Чрезмерная затяжка гаек в алюминиевых направляющих каналах приводит к разрушению формы резьбы в алюминии, что снижает сопротивление выдергиванию практически до нуля. Эти повреждения не видны снаружи и могут оставаться незамеченными до тех пор, пока не наступит сильный ветер.
• Нарушение целостности заземления: Соединительное оборудование, установленное с неправильными гайками или с недостаточным моментом затяжки, не обеспечивает надлежащую электрическую непрерывность массива, что создает нарушение норм и реальную угрозу безопасности, которую трудно обнаружить без специального оборудования для тестирования низкого сопротивления.
• Гальваническая коррозия на границах раздела смешанных металлов: Использование углеродистой стали или оцинкованных гаек на алюминиевых стойках приводит к появлению белой порошкообразной коррозии (оксида алюминия) и красной ржавчины, которые со временем ослабляют как крепеж, так и рельс в точке контакта.

Покупка солнечных орехов: что проверить перед заказом

При поиске гаек и оборудования для солнечных панелей для новой установки или проекта технического обслуживания используйте этот контрольный список, чтобы убедиться, что вы заказываете правильный продукт:

• Подтвердите марку стеллажной системы и профиль направляющих: Гайки с Т-образными пазами предназначены для конкретной рейки. Перед заказом укажите производителя и модель рельса. Использование универсальной или «совместимой» Т-образной гайки стороннего производителя без сверки размеров с чертежом рельсового канала является распространенным источником проблем с установкой.
• Проверьте размер и шаг резьбы: Проверьте, используются ли в вашей стеллажной системе метрические (M6, M8, M10) или британские (1/4"-20, 5/16"-18, 3/8"-16) крепления. В большинстве стеллажей для жилых помещений в Северной Америке используются британские системы; во многих европейских и некоторых коммерческих системах используются метрические системы.
• Укажите марку материала: Для алюминиевых стеллажей закажите нержавеющую сталь 304 или 316. Запросите сертификацию материала или, как минимум, подтвердите класс, указанный в перечне продукции. Обычное оборудование из «нержавеющей стали» из непроверенных источников иногда представляет собой нержавеющую сталь серии 200, которая имеет значительно более низкую коррозионную стойкость, чем марки 304 или 316.
• Проверьте, включены ли в комплекты крепежа зажимы: Многие производители стеллажей поставляют средние и концевые зажимы с гайками и болтами с Т-образными пазами. Заказ дополнительных гаек для этих компонентов создает риск смешивания несовместимого оборудования. Прежде чем заказывать дополнительные крепления, посчитайте, что входит в комплект зажимов.
• Закажите надбавку 10–15%: Небольшие крепежные детали легко уронить на крышу или потерять во время установки. Наличие буферного количества предотвращает задержки проекта, вызванные нехваткой гаек определенного размера в день установки.