Welche Materialien werden hauptsächlich für Solarklammern verwendet?

Materialien für Solarmontagestrukturen: verzinkter Stahl gegen Aluminium - Eine vergleichende Analyse

Einführung

Gemeinsame Materialien für Solarmontagestrukturen

• Verzinkter Stahl: mit einer Zinkschicht (Galvanisierung) überzogener Kohlenstoffstahl zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit.

• Aluminium: Typischerweise legiert (z. B. 6061-T6) für eine verbesserte Festigkeit, leichte und natürliche Korrosionsbeständigkeit.

Verzinkter Stahl: Vor- und Nachteile

1. Stärke und Haltbarkeit

• Vorteile:

• Hohe Zugfestigkeit (bis zu 400–550 MPa für Kohlenstoffstahl), wodurch sie ideal für großflächige Solarparks, Hochleistungsinstallationen oder Regionen mit extremem Wetter (z. B. hohe Windgeschwindigkeiten, starke Schneelasten).

• Die starre Struktur widersetzt sich der Biegung oder Deformation unter längerem Stress, um eine langfristige Stabilität zu gewährleisten.

• Nachteile:

• Schwergewichtig (Dichte ~ 7,85 g/cm³) erhöht die Transportkosten und erfordert mehr Arbeitskräfte für die Installation.

• Anfällig für Rost, wenn die Zinkbeschichtung beschädigt ist (z. B. Kratzer, Schnittkanten), obwohl die Galvanisierung einen erheblichen Schutz bietet.

2. Kosten

• Anfangskosten: Im Allgemeinen billiger als Aluminium, insbesondere für große Mengen. Kohlenstoffstahl wird weit verbreitet und die Galvanisierung ist eine kostengünstige Oberflächenbehandlung.

• Langzeitkosten: Eine geringere Wartung in nichtkorrosiven Umgebungen, Reparaturen für Beschichtungsschäden (z. B. Ausbesserungsfarbe) können jedoch unter harten Bedingungen erforderlich sein.

3. Korrosionsbeständigkeit

• Die Galvanisierung erzeugt eine Opferbarriere: Zink oxidiert vor Stahl und schützt das Grundmetall.

• Einschränkungen:

• In Küstengebieten oder industriellen Umgebungen mit hohem Salz/Feuchtigkeit kann sich die Zinkbeschichtung im Laufe der Zeit verschlechtern, was regelmäßig Inspektion erfordert.

• Durch Schneiden oder Schweißen während der Installation können Sie bloßen Stahl freilegen und nach der Installation Galvanisierung oder Schutzbeschichtungen erforderlich sind.

4. Nachhaltigkeit

• Recyclabilität: Stahl ist unendlich recycelbar und mit hohen globalen Recyclingraten (~ 90%).

• Umweltauswirkungen:

• Die Stahlproduktion ist energieintensiv (hohe Co₂-Emissionen, ~ 1,8–2,5 Tonnen CO₂ pro Tonne Stahl).

• Die Galvanisierung kann gefährliche Chemikalien (z. B. Zinkchlorid) beinhalten, wenn sie nicht nachhaltig behandelt werden.

Aluminium: Vor- und Nachteile

1. Stärke und Haltbarkeit

• Vorteile:

• Das Hochfestigkeits-Gewicht-Verhältnis (z. B. 6061-T6-Aluminium hat eine Zugfestigkeit von ~ 276 MPa) macht es für mittelschwere Anwendungen wie Solar- oder Handelsprojekte auf dem Dach geeignet.

• Leichtes Gewicht (Dichte ~ 2,7 g/cm³) senkt die Transportkosten und vereinfacht die Installation, wobei häufig weniger Arbeiter oder Maschinen erforderlich sind.

• Nachteile:

• Niedrigere absolute Festigkeit als Stahl, begrenzende Verwendung in ultra-morschalen Lasten oder groß angelegten Arrays.

• Anfälliger für Kriechenverformungen unter konstantem hohen Stress über lange Zeiträume (obwohl moderne Legierungen dies mildern).

2. Kosten

• Anfangskosten: teurer als verzinkter Stahl (Aluminium -Rohstoffkosten ~ 2–3 -mal höher als Stahl).

• Langzeitkosten: geringere Aufrechterhaltung aufgrund natürlicher Korrosionsbeständigkeit; Keine Notwendigkeit für Schutzbeschichtungen, es sei denn, in extremen Umgebungen.

3. Korrosionsbeständigkeit

• Aluminium bildet eine selbstheilende Oxidschicht (Aluminiumoxid), wenn sie Luft ausgesetzt ist und eine hervorragende Beständigkeit gegen Rost und Feuchtigkeit bietet.

• In harten Umgebungen überlegen: In den Küstenregionen, hohe Luftfeuchtigkeit oder Gebieten mit industriellen Schadstoffen, in denen verzinkter Stahl schneller korrodieren kann.

4. Nachhaltigkeit

• Recyclabilität: Aluminium ist sehr recycelbar, wobei ~ 95% seiner Energie in der Produktion während des Recyclings eingesetzt werden.

• Umweltauswirkungen:

• Die primäre Aluminiumproduktion ist energieintensiv (hohe Co₂-Emissionen, ~ 12–15 Tonnen CO₂ pro Tonne Aluminium).

• Die Verwendung von recyceltem Aluminium (Post-Consumumer oder Schrott) reduziert den CO2-Fußabdruck erheblich (z. B. recyceltes Aluminium verwendet ~ 5% der Energie der Primärproduktion).

Kopf-an-Kopf-Vergleichstabelle

Wichtige Überlegungen zur Materialauswahl

1. Projektskala und Lastanforderungen:

• Verwenden Sie verzinkte Stahl für Projekte oder Bereiche im Versorgungsmaßstab mit extremem Wetter.

• Wählen Sie Aluminium für Wohn-/Dachsysteme oder wo das Gewicht eine Einschränkung ist (z. B. ältere Dächer mit Lastgrenzen).

2. Umweltfaktoren:

• In korrosiven Umgebungen (Küsten, Industrie) überwiegt der natürliche Widerstand von Aluminium häufig die anfänglichen Kosten von Stahl.

• In trockenen, nicht korrosiven Regionen kann verzinkter Stahl kostengünstiger sein.

3. Nachhaltigkeitsziele:

• Bei kohlenstoffarmen Projekten priorisieren Sie Aluminium aus recyceltem Gehalt oder Stahl von Produzenten mit niedriger Aufnahme.

• Beide Materialien sind unendlich recycelbar und unterstützen die Prinzipien der kreisförmigen Wirtschaft.

4. Lebenszykluskosten:

• Die geringere Wartung von Aluminium und die längere Lebensdauer in harten Umgebungen können die höheren Vorabkosten über 20 bis 25 Jahre ausgleichen.

Abschluss