O instalație fotovoltaică este proiectată pentru o perioadă de funcționare de 25-30 de ani. Structura de montaj trebuie să reziste acest interval, întrucât repararea ei pe un obiectiv aflat în funcțiune presupune demontarea modulelor și implică o întrerupere a producției de energie. Avariile structurilor încep însă rar de la grinzile portante. Punctul de plecare al degradării îl reprezintă de obicei șuruburile, piulițele și zonele de contact dintre elemente. Acolo procesele de coroziune se desfășoară cel mai rapid, iar efectele lor devin vizibile abia atunci când durabilitatea întregului sistem este deja diminuată.

Publicăm un articol pus la dispoziție de Enzeit Technik, un producător european de sisteme de montaj pentru instalații fotovoltaice, parte a Grupului GTV. Compania desfășoară cercetări privind rezistența la coroziune a acoperirilor de protecție împreună cu Universitatea din Warmia și Mazuria din Olsztyn, Polonia.

 

Ce accelerează coroziunea

Coroziunea este un proces care are loc la contactul materialului cu mediul. Cel mai agresiv acționează salinitatea, ploile acide și gazele industriale care conțin oxizi de sulf și azot. În combinație cu umiditatea, acestea creează un mediu acid, favorabil oxidării metalelor.

Umiditatea în sine joacă aici un rol esențial. Ea permite transferul de ioni între zona care se degradează și zona protejată. Fără umiditate, procesul decurge considerabil mai lent.

 

De ce tocmai îmbinările

În structurile fotovoltaice, elementele mari se montează cu ajutorul unor șuruburi și piulițe relativ mici. Când în același loc se ating două metale diferite, iar între ele se află umiditate, se formează o pilă. Metalul mai puțin nobil corodează mai repede, protejându-l pe cel mai nobil. Contează totodată proporția suprafețelor. Dacă elementul mai puțin nobil este un șurub mic aflat în contact cu o suprafață mare a structurii, degradarea acestuia decurge deosebit de rapid.

La aceasta se adaugă deteriorările acoperirilor apărute în timpul montajului și interstițiile dintre elemente.

 

De ce este o problemă a investitorului, nu doar a proiectantului

Elementele de îmbinare reprezintă o fracțiune din valoarea structurii. Costul înlocuirii lor nu decurge însă din prețul piesei, ci din accesul la ea. Pentru a înlocui un șurub corodat într-o instalație aflată în funcțiune, trebuie demontate modulele, asigurate echipa și utilajele, iar în acest timp secțiunea respectivă nu produce energie.

Efectele sunt distribuite în timp și dificil de surprins în cadrul unei inspecții standard. O îmbinare slăbită modifică distribuția sarcinilor în structură, ceea ce, în condiții de vânt sau de zăpadă, poate conduce la deteriorări care depășesc îmbinarea în sine.

Din perspectiva investitorului, aceasta înseamnă că evaluarea condițiilor de mediu ale amplasamentului ar trebui să preceadă alegerea structurii, la fel ca analiza radiației solare sau a condițiilor de racordare. În România, acest aspect privește în mod deosebit amplasamentele din Dobrogea și de pe litoralul Mării Negre, unde salinitatea atmosferică este ridicată, precum și vecinătatea platformelor industriale de la Galați, Ploiești sau Năvodari. Drumurile tratate cu sare pe timp de iarnă modifică la rândul lor cerințele privind protecția anticorozivă și influențează costul total al investiției pe un orizont de câteva decenii.

 

Coroziunea în crevasă

Deosebit de periculoasă este coroziunea în crevasă, care apare în spațiile ascunse dintre elementele îmbinate. Umiditatea reținută în interstițiu își schimbă compoziția chimică: acumulează impurități și produși de coroziune, iar accesul oxigenului este limitat. Condițiile din interstițiu diferă de cele de pe suprafața expusă.

Acest tip de coroziune afectează și materialele care în condiții standard prezintă o rezistență bună. Apare în locuri dificil de verificat în timpul inspecțiilor.

 

Cum se testează rezistența

Metoda de bază este testul în camera de ceață salină. Probele sunt expuse acțiunii ceții obținute dintr-o soluție de clorură de sodiu cu concentrația de cinci procente, iar durata expunerii, în funcție de standard, este între 24 și 1440 de ore. Variantele testului cu adaos de acid acetic sau de clorură de cupru permit scurtarea duratei încercării.

Metodele electrochimice folosesc relația dintre procesul de coroziune și trecerea curentului electric. Acestea permit estimarea ritmului de uzură a materialului într-un mediu concret, fără o expunere de mai multe luni.

 

 

Rezultatele cercetărilor

Enzeit Technik desfășoară cercetări privind rezistența la coroziune în colaborare cu Universitatea din Warmia și Mazuria din Olsztyn, Polonia, atât în camera de ceață salină, cât și prin metode electrochimice.

Cercetările au fost realizate în condiții corespunzătoare categoriei de corozivitate C5 conform ISO 12944, adică mediilor industriale și de litoral cu agresivitate ridicată. Acoperirile zinc-magneziu-aluminiu și-au păstrat rezistența în aceste condiții. Degradării i-au fost supuse elementele de îmbinare, în timp ce suprafețele acoperite nu au prezentat semne vizibile de coroziune.

Acoperirile de acest tip funcționează diferit față de materialele protejate printr-un strat de oxid. Zincul are un potențial electrochimic mai scăzut decât oțelul de dedesubt, prin urmare, în cazul deteriorării acoperirii, se degradează primul, protejând materialul de bază inclusiv în zonele zgâriate. Prezența magneziului stabilizează totodată pH-ul mediului de la suprafață, astfel încât se formează compuși stabili ai zincului, cu o stabilitate mai mare în medii agresive.

 

 

În cercetările electrochimice au fost utilizate medii cu pH variat și cu conținut diferit de cloruri, sulfați și sulfuri. Cea mai mare influență asupra durabilității a avut-o prezența clorurilor. A contat de asemenea aciditatea: în soluțiile cu pH mai scăzut, durata protecției acoperirii a fost cu aproximativ 30 de procente mai scurtă.

Rezultatele acestor lucrări au fost publicate, printre altele, în revista Coatings și în The Paton Welding Journal.

 

Concluzii pentru practică

Coroziunea nu poate fi eliminată, însă ritmul ei poate fi controlat. În structurile fotovoltaice atenția trebuie îndreptată în primul rând către îmbinări: alegerea materialului elementelor de îmbinare, limitarea contactului dintre metale diferite și evitarea interstițiilor în care se acumulează umiditatea.

 

Autori

Dr. ing. Wojciech Rejmer este lector universitar la Catedra de Tehnologia Materialelor și a Mașinilor din cadrul Facultății de Științe Tehnice a Universității din Warmia și Mazuria din Olsztyn, Polonia. Este specializat în chimie și ingineria materialelor, iar activitatea sa de cercetare vizează, printre altele, corozivitatea materialelor și proprietățile fizico-chimice ale combustibililor. Este autor și coautor al unor lucrări științifice în domeniul ingineriei materialelor. Colaborează cu Enzeit Technik la cercetările privind rezistența la coroziune a acoperirilor de protecție utilizate în structurile fotovoltaice.

Ing. Dominik Połoniewicz este șeful departamentului de proiectare din cadrul Enzeit Technik. De zece ani activează în domeniul fotovoltaic. Este autorul unor sisteme de montaj aflate astăzi în funcțiune pe acoperișuri și la sol în numeroase țări europene, iar proiectele de structuri realizate sub coordonarea sa au acoperit investiții însumând sute de megawați. Susține traininguri și webinarii pentru instalatorii de sisteme fotovoltaice, dedicate alegerii și montajului sistemelor de montaj.

Enzeit Technik proiectează și produce sisteme de montaj pentru instalații fotovoltaice, cu acoperiri selectate în funcție de condițiile de mediu ale amplasamentului.