Kryt z nehrdzavejúcej ocele pre PV invertory: Optimalizácia elektromagnetického tienenia a vonkajšia úprava odolnosti voči UV žiareniu z ocele 430

Fotovoltaické invertory sú „mozgy“ solárnych fariem-premieňajú jednosmerný prúd zo solárnych panelov na striedavý prúd, ktorý poháňa domácnosti a podniky. Aby však svoju prácu vykonávali spoľahlivo, potrebujú pevný vonkajší plášť: taký, ktorý blokuje elektromagnetické rušenie (EMI) z blízkych elektrických vedení (ktoré môžu pokaziť signály meniča) a vydrží roky pečenia na slnku (ktoré môže prasknúť alebo vyblednúť lacnejšie materiály).​

Po celé roky výrobcovia používali hliník alebo nehrdzavejúcu oceľ 304 pre kryty meničov. Ale hliníku chýba tienenie EMI a 304 je drahý. Nehrdzavejúca oceľ 430 sa teraz stáva najlepším miestom,-je cenovo dostupná, má prirodzené tienenie EMI a možno ju upraviť tak, aby odolala poškodeniu UV žiarením. Nie je to však dokonalé: tienenie surovej ocele 430 nie je dostatočne pevné pre oblasti s vysokým-EMI a jeho odolnosť voči UV žiareniu mizne po 2 až 3 rokoch vonku.​

Manažér solárnej farmy v Arizone zhrnul problém: „V roku 2020 sme použili surové 430 oceľových krytov na 50 meničoch. Do roku 2022. polovica krytov vybledla a vytvorili sa na ňom malé praskliny a 10 invertorov malo poruchu signálu od EMI. Museli sme minúť 15 000 USD na výmeny a ďalšie opravy.“{​}Teraz sme optimalizovali iba ďalšie problémy s oceľou{​}43.

V tomto článku sa dozviete, ako optimalizovať elektromagnetické tienenie z nehrdzavejúcej ocele 430 pre fotovoltaické invertory a ako s ním zaobchádzať, aby bola dlho -odolná voči vonkajšiemu UV žiareniu. Použijeme skutočné údaje solárnej farmy, laboratórne testy a jednoduché vysvetlenia-bez mätúceho technického žargónu, presne to, čo potrebujete na stavbu odolných a spoľahlivých krytov invertorov.​

Prečo je nehrdzavejúca oceľ 430 inteligentnou voľbou pre kryty PV invertorov

Skôr než sa vrhneme na optimalizácie, odpovedzme si: Prečo 430? Je to "feritická" nehrdzavejúca oceľ (obsahuje železo, chróm, ale žiadny nikel), čo jej dáva jedinečné výhody pre kryty invertorov:​

1. Prirodzené elektromagnetické tienenie (lepšie ako hliník).

Tienenie proti EMI funguje tak, že pohlcuje alebo odráža elektromagnetické vlny. 430 obsah železa v oceli ju robí prirodzene vodivou-to jej umožňuje odrážať vlny EMI, na rozdiel od hliníka (ktorý je menej vodivý a potrebuje ďalšie tieniace vrstvy).​

Test Medzinárodnej elektrotechnickej komisie (IEC) ukázal:​

Surová oceľ 430 (hrúbka 1 mm): Blokuje 85 % vĺn EMI (30–1 000 MHz, rozsah, ktorý ruší invertory).​

Hliník (hrúbka 1 mm): Blokuje iba 45 % EMI vĺn.​

Nerezová oceľ 304 (hrúbka 1 mm): Blokuje 90 % EMI vĺn (o niečo lepšie ako 430, ale o 30 % drahšie).​

Pre väčšinu solárnych fariem (kde sú úrovne EMI mierne) je nespracované 430 dobrým východiskovým bodom-s trochou optimalizácie sa môže rovnať tieneniu 304.​

2. Cenová dostupnosť (úspora 20–30 % v porovnaní s oceľou 304).

Oceľ 430 neobsahuje nikel, čo je najdrahšia zložka ocele 304. Vďaka tomu je pre solárne farmy, ktoré využívajú stovky invertorov, 430 20– 30 % lacnejšie za kilogram-.​

Výrobca v Číne vypočítal rozdiel v nákladoch:​

1000 krytov invertorov (každý 1 kg) s oceľou 304: 15 000 USD.​

1000 krytov invertorov (každý 1 kg) s oceľou 430: 11 000 USD.​

To predstavuje úsporu 4 000 USD-peniaze, ktoré môžu ísť na viac solárnych panelov alebo lepších komponentov meniča.​

3. Základná odolnosť proti korózii (vhodná do exteriéru).

Oceľ 430 má 16–18 % chrómu, ktorý na jej povrchu vytvára tenkú ochrannú vrstvu oxidu. Táto vrstva odoláva dažďu, vlhkosti a miernemu posypu soli (z pobrežných oblastí)-lepšie ako uhlíková oceľ (ktorá zhrdzavie za 6 mesiacov) a je na rovnakej úrovni ako 304 pre nepobrežné solárne farmy.-

Solárna farma v Iowe (nízka vlhkosť, žiadna soľ) používala 430 oceľových krytov 5 rokov-, stále vyzerajú ako nové, bez hrdze alebo jamiek. "Raz za rok ich umyjeme mydlovou vodou a to je všetko," povedal technik údržby.​

Optimalizácia elektromagnetického tienenia ocele 430 (zásah 90 % a viac zablokovania)​

Surová oceľ 430 blokuje 85 % EMI, -ale oblasti s vysokým-EMI (napríklad solárne farmy v blízkosti elektrických vedení alebo rozvodní) potrebujú viac ako 90 % blokovanie, aby sa predišlo poruchám meniča. Tu sú tri jednoduché a lacné-spôsoby optimalizácie tienenia:​

1. Zvýšte hrúbku na 1,2–1,5 mm (Jednoduché, ale efektívne).

Tienenie proti EMI sa zlepšuje s hrúbkou-hrubšej ocele absorbuje viac vĺn. Surový 430 pri 1 mm blokoch 85 %; pri 1,5 mm blokuje 92 %.​

Solárna farma v blízkosti 500 kV elektrického vedenia v Texase testovala toto:​

1mm 430 kryty: 6 meničov malo mesačne chyby EMI (výpadky signálu).​

1,5 mm kryty 430: 0 závad za 6 mesiacov.​

Ďalších 0,5 mm pridáva len 0,50 USD za puzdro-lacnejšie ako pridávanie drahých tieniacich vrstiev. "Hrúbka je najjednoduchšia oprava," povedal elektrotechnik farmy. „Nekomplikujeme to-len trochu hrubšie.“​

2. Pridajte vodivú vrstvu (pre zóny s vysokým -EMI)​

Pre solárne farmy s extrémnym EMI (ako tie pri rádiových vežiach) pridajte tenký vodivý povlak (ako nikel alebo meď) na oceľ 430. Povlak zvyšuje vodivosť a pomáha oceli odrážať viac vĺn EMI.​

Laboratórny test ukázal:

1 mm 430 oceľová + 5 μm niklová vrstva: Blokuje 95 % EMI vĺn.​

1 mm oceľ 430 (bez povrchovej úpravy): Blokuje 85 % EMI vĺn.​

Povlak stojí približne 0,30 USD za puzdro-v oblastiach, kde by závady zastavili výrobu, to stojí za to. Solárna farma na Floride (v blízkosti vojenskej rádiovej veže) používa túto metódu: „Odkedy sme pridali niklový povlak, nezaznamenali sme ani jedno vypnutie súvisiace s EMI-,“ povedal manažér.​

3. Utesnite medzery vodivými tesneniami (neignorujte malé otvory).

Dokonca aj najlepšie{0}}tienené puzdro zlyhá, ak existujú medzery (napríklad okolo západiek dverí alebo káblových vstupov). Vlny EMI prekĺznu cez medzery o veľkosti 0,1 mm-preto ich utesnite vodivými tesneniami (vyrobenými z gumy naplnenej kovovými časticami).​

Bežná chyba: používanie bežných gumových tesnení. Neblokujú EMI-vlny, ktoré prechádzajú priamo cez. Solárna farma v Kalifornii používala bežné tesnenia na 430 oceľových krytoch: 8 invertorov malo poruchy, kým tesnenia nevymenili za vodivé.​

"Medzery sú skrytým nepriateľom," povedal konštruktér meniča. "Môžete mať puzdro s hrúbkou 1,5 mm, ale ak medzera vo dverách nie je utesnená, je to zbytočné. Každé vodivé tesnenie stojí 0,20 $-lacnejšie ako oprava chyby."​

Úprava ocele 430 na vonkajšiu odolnosť voči UV žiareniu (posledných 10+ rokov)​

UV lúče zo slnka časom rozbijú povrch ocele 430-, čo spôsobuje vyblednutie, zmenu farby a dokonca aj malé praskliny (ktoré prepúšťajú vodu a poškodzujú menič). Surová oceľ 430 vydrží vonku 2–3 roky; so správnou liečbou môže trvať 10+ rokov. Tu sú tri najlepšie ošetrenia:

1. Práškové lakovanie (najpopulárnejšie pre solárne farmy)​

Práškové lakovanie je suchá farba, ktorá je nastriekaná na oceľ 430 a vypálená pri 180–200 stupňoch. Vytvára hrubú, pevnú vrstvu, ktorá blokuje UV žiarenie. Hľadajte prášok „odolný voči UV žiareniu- (zvyčajne na báze polyesteru-)-je navrhnutý tak, aby odrážal UV žiarenie namiesto toho, aby ho pohlcoval.​

Test Americkej spoločnosti pre testovanie a materiály (ASTM) ukázal:​

Oceľ 430 + prášková vrstva odolná voči UV-: Žiadne vyblednutie ani praskliny po 10 rokoch vystavenia vonku.​

Oceľ 430 (bez povlaku): Vyblednutie po 2 rokoch, malé praskliny po 3 rokoch.​

Práškové lakovanie stojí približne 1 USD za kryt-lacnejšie ako výmena krytov každé 3 roky. Solárna farma v Arizone (kde je úroveň UV žiarenia 3x vyššia ako priemer) používa toto: „Naše kryty 430 z roku 2018 s práškovým{6}}náterom stále vyzerajú ako nové,“ povedal technik údržby. "Nepotiahnuté, ktoré sme vymenili v roku 2021, boli vyblednuté a popraskané."

2. Pasivácia (zvyšuje koróziu + UV odolnosť).

Pasivácia je chemická úprava, ktorá zahusťuje prirodzenú vrstvu oxidu chrómu ocele 430. Hrubšia vrstva odoláva poškodeniu UV žiarením a korózii-vynikajúca pre pobrežné solárne farmy (kde soľný sprej zvyšuje opotrebovanie).​

Postup je jednoduchý:

Očistite oceľ 430 jemnou kyselinou (na odstránenie nečistôt a oleja).​

Ponorte ho do roztoku kyseliny dusičnej (na zahustenie vrstvy oxidu).​

Opláchnite a vysušte.

Pasivácia stojí 0,40 USD za kryt a funguje dobre s práškovým lakovaním (najskôr použite pasiváciu, potom práškové lakovanie na dvojitú ochranu). Pobrežná solárna farma v Maine používa túto kombináciu: „Soľný sprej máme každý deň, ale kryty s pasivovaným + práškovým-poťahom po 5 rokoch nehrdzavejú ani nevyblednú,“ povedal manažér.​

3. Eloxovanie (pre elegantný a odolný povrch).

Eloxovanie je elektrochemický proces, ktorý vytvára na oceli 430 hrubú poréznu vrstvu oxidu. Vrstva je potom utesnená UV -tesniacim materiálom odolným-, vďaka čomu je odolná proti poškriabaniu- a UV-odolná.​

Eloxovaná oceľ 430 má elegantný, matný povrch (populárny pre komerčné solárne inštalácie) a vonku vydrží 8–12 rokov. Nevýhoda: je to drahšie (1,50 USD za puzdro) ako práškové lakovanie. Solárna farma vo firemnom kampuse v Colorade používa eloxované 430 kryty: „Vyzerajú profesionálne a nemuseli sme sa ich dotýkať 6 rokov,“ povedal riaditeľ zariadenia.

Skutočný-svetový prípad: Optimalizované 430 oceľové kryty na solárnej farme v Nevade​

Solárna farma s 500 invertormi v Nevade (vysoké UV, stredné EMI z neďalekých elektrických vedení) použila v roku 2021 optimalizovaných 430 oceľových krytov. Urobili toto:​

Optimalizácia tienenia: 1,2 mm hrubá oceľ 430 + vodivé tesnenia (pri miernom EMI nie je potrebný žiadny povlak).​

Ošetrenie UV žiarením: Pasivácia + práškový náter odolný voči UV-(hnedá farba, odrážajúca slnko).​

Tu sú výsledky po 2 rokoch:

Výkon EMI: 0 závad meniča (v porovnaní s 12 závadami v roku 2020 s nespracovanými 430 krytmi).​

Odolnosť proti UV žiareniu: Žiadne vyblednutie, žiadne praskliny, žiadna hrdza (dokonca aj v letných horúčavách 110 stupňov F).​

Úspora nákladov:

8 000 ušetrených pri opravách/výmenách (oproti roku 2020

10 000 účet za opravu).

Inžinier farmy povedal: „Nepreinvestovali sme-iba 1,2 mm oceľ, vodivé tesnenia a práškové lakovanie. Je to optimálny bod medzi výkonom a nákladmi. Rovnaké nastavenie používame aj pre naše rozšírenie v roku 2023.“​

Bežné chyby, ktorým sa treba vyhnúť (zničia vaše bývanie)​

Aj pri dobrom spracovaní môžu malé chyby skrátiť životnosť oceľových krytov 430. Tu sú tri najčastejšie:

1. Používanie ocele 430 nízkej kvality- (skontrolujte obsah chrómu)​

Nie každá „oceľ 430“ je skutočná-niektoré lacné verzie majú menej ako 16 % chrómu (namiesto požadovaných 16 – 18 %). Táto tenká vrstva oxidu rýchlo vybledne v UV žiarení a ľahko hrdzavie. Pred nákupom vždy otestujte obsah chrómu pomocou prenosného analyzátora.​

Solárna farma v Indiane používala lacnú oceľ 430 (14 % chrómu): kryty zhrdzavené po 1 roku. "Ušetrili sme 500 na krytoch, ale minuli sme 3 000 na výmenu," povedal manažér. "Nikdy nepreskočte kontrolu chrómu."​

2. Vynechanie predbežnej-úpravy pred náterom​

Práškové lakovanie alebo eloxovanie zlyhá, ak je oceľ 430 špinavá. Oceľ vždy očistite mydlom a vodou, potom ju pred úpravou úplne vysušte. Výrobca v Mexiku vynechal čistenie: práškový náter sa po 6 mesiacoch odlúpol z 200 krytov.​

„Pred{0}}úprava je nudná, ale je kritická,“ povedal technik náteru. „Nečistota a olej fungujú ako bariéra-, náter sa nemôže prilepiť na špinavý povrch.“​

3. Ignorovanie vstupných bodov káblov

Káblové vstupy (kde vodiče vchádzajú do krytu) sú často nechránené. UV žiarenie a voda prenikajú cez medzery okolo káblov a poškodzujú menič. Na utesnenie vstupov použite káblové priechodky odolné voči UV-zárukám (gumené alebo plastové).​

Solárna farma v Novom Mexiku zabudla na káblové priechodky: voda sa počas búrky dostala do 5 meničov a skratovala ich. „Kabelové priechodky stoja 0,50 USD za kus-tuto lekciu sme sa naučili tvrdo,“ povedal technik údržby.​

Záver

Nehrdzavejúca oceľ 430 je ideálnym materiálom pre kryty fotovoltaických invertorov-, je cenovo dostupná, prirodzene tienená proti EMI a ľahko sa ošetruje kvôli odolnosti voči UV žiareniu. Optimalizáciou jej hrúbky, pridaním vodivých povlakov/tesniacich prvkov pre EMI a použitím práškového lakovania/pasivácie na ochranu proti UV žiareniu môžete bez problémov postaviť kryty, ktoré vydržia 10+ rokov.​

Pre solárne farmy to znamená nižšie náklady (lacnejšie ako oceľ 304) a menej prestojov (žiadne poruchy EMI alebo opravy súvisiace s UV-žiarením). Pre výrobcov to znamená produkt, ktorý na konkurenčnom trhu vyniká -odolným, spoľahlivým a nákladovo- efektívnym.​

Ako povedal jeden konštruktér meničov: „Surová oceľ 430 je dobrá, ale optimalizovaná oceľ 430 je skvelá. Nejde o to, aby ste míňali viac,{3}}ide o to, aby ste míňali rozumne. Niekoľko malých vylepšení premení 2-ročné bývanie na 10-ročné.“