浅谈光伏电站耐厚钢的使用与推广

浅谈光伏电站耐厚钢的使用与推广

付少伟1姚强2

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西省西安市710065

摘要：随着新能源的不断发展和城市节能减排、绿色环保需求的日益增加，环保政策的趋势严格化，传统光伏支架开始面临镀锌成本高、周期长等问题。尤其是2017年6月30日，光伏大潮期间，镀锌厂数量在环保压力剧减，镀锌成本持续上涨，致使支架企业彩铃成本大大增加，合格支架及时供应得不到保证。同样，也直接导致光伏电站并网时间得不到保障，耐厚钢使用与推广迫在眉睫，使用耐候钢可减低支架成本15%和减少不镀锌工艺环节的环境污染。耐候钢耐腐蚀性好，简化防腐蚀措施，节约投资，节约维护费用；

关键词：光伏电站；耐候钢使用与推广

一、概述

随着国家去产能政策的推进、供给侧改革的加速，节能环保材料的研发和应用迫在眉睫，耐候钢在光伏行业的应用将成为一种时代的趋势。如今，在我国光伏产业政策向好和节能环保压力的需求下，在火热的大型光伏电站开发和民用分布式电站普及中，控制成本提高发电效益，为早日实现平价上网是行业从业者的责任，而西北院正积极将耐候钢应用于光伏电站支架领域。光伏发电项目，如果在2018年1月1日备案，要想享受到2017年优惠的上网电价。随着耐候钢的支架研发，心系环保与责任，创新性地以性能优良的耐候钢替代热浸渍钢，有效规避了传统支架热镀锌工艺带来的污染问题，在缩短支架生产周期的同时还能降低约15%的生产成本。

据同济大学建筑设计研究院土木建筑设计院副院长、教授马人乐在推介会上表示，耐候钢在太阳能光伏支架领域的应用具有其良好的优越性：其一，大型商用太阳能光伏电站很多都建于干燥、空气污染较轻的野外，无涂层的耐候钢即可满足防腐蚀的要求；其二，大型商用太阳能光伏电站在野外，维护成本高，所以应以“免维护”为目标，其免维护的最重要指标之一就是防腐蚀，而耐候钢就满足这一要素；第三光伏支架一般采用小规格薄壁型钢材，如果采用热浸锌表面积大，造价高、且对环境有污染；而用耐候钢的取代即节约造价又减少污染；第四因一般光伏电站必须满足25年的使用寿命，而目前在干燥、少污染地区，在使用耐候钢作为支架的光伏电站一般都能达到30年的使用寿命，也刚好满足这一使用要求；第五对于大型商用光伏电站较多建于戈壁荒野，风沙大，原来的涂层方法都易磨损失效，加速钢结构的老化，而耐候钢具有不易磨损失效等良好特性。

二、耐候钢术语

耐候钢，又称耐大气腐蚀钢，是通过在普通钢中添加一定量的合金元素制成的一种低合金钢，主要合金成分为Cu、P、C，Ni、几fo、Nb、Ti、Z，、V等元素。耐候钢的特点是能够抵御自然大气条件下的腐蚀。钢铁的锈蚀是钢结构损坏的主要原因之一，腐蚀损耗也是相当可观的，据报导北美每年因腐蚀损耗的钢占年产量的20%，在加拿大每年腐蚀损失达到6亿美元。人们解决大型钢结构的防腐蚀问题的方法一般是加大腐蚀余量，并涂以防锈油漆。前者会造成材料的浪费，后者因为需要定期进行维护性重涂，造成维护成本提高，有时还会影响正常使用。耐候钢是一种新型材料不需要热镀锌，耐候钢定义耐大气腐蚀钢，是由普碳钢添加少量铜、铬等耐腐蚀元素发展而成。在大气环境下使用具有较高耐蚀性能的低合金结构钢。耐候钢合金元素含量的影响：Cu是耐候钢中提高耐大气腐蚀性能最主要、最普遍使用的合金元素，Cu与其他元素（如P、Cr）复合使用时获得的耐大气腐蚀性能更好。cu含量为0.25％时己能使钢具有良好的耐候性能，含量超过0.30％时，耐蚀性能提高缓慢，继续增加cu含量效果不大。P也是合金元素中提高耐大气腐蚀性能最有效的元素，一般不单独使用，而是和Cu、Cr等元素复合使用才能取得更好的效果。Cr和Cu元素配合使用时能显著提高钢的耐候性，特将Cr含量设计为0.40％～0.50％。

三、耐候钢的研发历史

1）1900年美国首先试验研究；2）1933年美国钢铁公司研制成功Corten-A系列耐候钢，耐腐蚀性能为一般碳素钢的4-8倍；3）20世纪60年代美、日、德相继开展耐候钢的应用。4）我国早期研究与应用

耐候钢其他大型项目使用情况：1、上海世博澳大利亚馆；2、同济大学中法中心；3、朝天门长江大桥；4、加拿大冰川天空步道5、上海世博卢森堡馆；6、连接拉萨林芝-拉林铁路桥。以上项目均成功采用耐候钢。

四、耐候钢的在陕西甘泉项目应用

由中国电建集团西北勘测设计研究院承建的陕西甘泉20MW扶贫光伏电站EPC总承包项目中耐候钢支架的前期决策、后期生产制作、安装验收，顺利通过质量监督机构的验收并成功并发电。也正是基于耐候钢支架材料在陕西甘泉20MW扶贫光伏电站EPC总承包项目中的应用，督促设备供应单位能够在较短工期内，顺利交付陕西甘泉20MW耐候钢支架项目的材料供应，为业主提前完成全部项目并网奠定坚实基础。组件电池板，使用寿命在25年以上项目整体系统效率在80%以上光伏系统所发的电全。耐腐蚀钢具有优良的抗腐蚀性，与不锈钢相比造价更低，与热浸渍钢相比污染更小，今后它将被更为广泛地应用于光伏领域。

五、耐候钢的优势与不足

优势：只要合理添加合金元素，不改变冶炼方法，不改变钢材机械性能，材料生产简便，应用便利；与不锈钢相比造价低，性价比更易于接受；与热浸锌钢材相比，减少环境污染，加快制造流程，减少转运次数，节约造价，性价比也可接受。

不足：在海洋大气气候条件下或大气污染较严重的地区，耐候钢一般还要加涂层；耐候钢使用后期效果：耐候钢使用初期，外观锈蚀不均匀，有色差。耐候钢在太阳能光伏支架中的应用：太阳能光伏支架的特点及采用耐候钢的优越性。

目前在干燥、少污染地区，耐候钢光伏支架的使用寿命一般为30年，满足使用要求；大型商用太阳能光伏电站较多建于戈壁荒野，风沙大，涂层方法都易磨损失效，耐候钢不易磨损失效。

六、耐候钢在光伏支架运用中应注意的问题

要有配套的工地安装螺栓，如工厂焊接，焊缝也要达到同样耐腐蚀标准；对柱脚节点进行细部设计要关注不能积水，否则局部还会锈蚀；在沿海水域或大气污染较重地区，耐候钢构件表面应清理洁净后刷简单防腐蚀涂料；耐候钢与铝材直接贴紧处应有措施防止电位差产生电流而使较活跃的金属一侧产生腐蚀；定期检查工程实际情况，积累经验，改善实践中出现的问题；根据工程实际经验的总结，制定耐候钢光伏支架企业标准，进而上升为行业标准或国家标准。

七、镀锌厂污染主要包括

酸、碱污染：主要来源是电镀前工件清洗。锌污染：主要是污染水体，对鱼类等冷血动物危害大，对人体危害相对较小。铬污染：来源是镀锌后的钝化工序。铬属于重污染源，特别是六价铬，有强致癌性，属于环保严控项目。

裸露使用即可：在无严重大气污染，非特别潮湿的地区或者海盐粒子浓度较低的地区可以无需涂装直接裸露使用涂装使用：含Ni、Ti而不含Cr的耐大气腐蚀用钢．涂装后可以使用于海盐浓度较高的海洋大气。

八、耐厚钢在其它光伏电站用部位：

1、屋顶光伏安装解决方案；2、地面光伏安装解决方案；3、追踪光伏安装解决方案；4、棚架光伏安装解决方案；5、柔性光伏安装解决方案。

综上所述，光伏电站的后期建设中推广使用耐候钢支架，对光伏项目的总体质量、工期、环保等目标都能得以实现。为此，我们对推广耐候钢的使用与推广中要注意的问题进行了详细的分析和探讨，希望能够给相关的组织和机构有所启发和借鉴。

参考文献

[1]据同济大学建筑设计研究院土木建筑设计院副院长教授马人乐

[2]苏州爱康金属科技有限公司推广会材料工程师张亚川