浅析耐候钢在光伏支架中的应用

浅析耐候钢在光伏支架中的应用

发表时间：2018-04-11T16:14:36.537Z 来源：《电力设备》2017年第32期作者：王红梅匙梦雪吴青锋

[导读] 摘要：传统的光伏支架大多采用镀锌钢支架，镀锌钢的生产过程会造成严重的环境污染，随着环保政策的日趋严格，传统光伏支架面临镀锌成本高、生产周期长等问题。耐候钢是在普通钢中加入合金元素，在锈蚀初期，在锈层表面形成一层保护膜，阻止进一步腐蚀。 (中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安 710065)

摘要：传统的光伏支架大多采用镀锌钢支架，镀锌钢的生产过程会造成严重的环境污染，随着环保政策的日趋严格，传统光伏支架面临镀锌成本高、生产周期长等问题。耐候钢是在普通钢中加入合金元素，在锈蚀初期，在锈层表面形成一层保护膜，阻止进一步腐蚀。耐候钢光伏支架利用耐候钢耐腐蚀性，在降低光伏支架成本的同时还能减少镀锌污染，缩短生产周期，使工程工期得到了有力的保障，解决了传统支架的短板。本文主要介绍了耐候钢的概念及特性，分析了耐候钢光伏支架的优、缺点，以及耐候钢光伏支架在工程实践中的应用和发展前景。

关键词：光伏支架；耐候钢；耐腐蚀性

1 耐候钢的概念及特性

1.1 耐候钢的概念

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是通过在普通钢中添加一定量的合金元素制成的低合金钢，其主要合金成分为Cu、P、Cr、Ni等元素。耐候钢在冶炼时，废钢随炉料一起加入炉内，按常规工艺冶炼，出钢后加入脱氧剂及合金，钢水经吹氩处理后，随即进行浇铸，吹氩调温后的钢水经连铸机铸成板坯。由于钢中加入稀土元素，耐候钢得到净化，夹杂物含量大为减少。耐候钢的研究始于20世纪30年代的美国，随后日本、德国相继开发耐候钢的应用。我国对耐候钢的开发起步较晚，1961年，鞍钢结合我国资源特点研制了一批含有铜、磷、钛及稀土的耐候钢。1969年武钢等研制出09MnCuPTi耐候钢用于铁路货车。1978年后开始仿制国外的耐大气腐蚀钢，加入镍、铬等元素，开启了耐候钢发展之路。

1.2 耐候钢的耐腐蚀性

耐候钢在受到腐蚀初期腐蚀较为严重，但随着时间的变化，腐蚀速度逐渐减慢，甚至停止。在腐蚀初期，锈层主要为α-FeOOH，α-FeOOH是最稳定的羟基氧化铁，也是保护性锈层的主要构成。碳钢的锈层的主要成分Fe₂O₃，在普通钢中加入铜、磷、铬、镍等元素后，这些合金元素改变了锈层组织的成分和结构，促进了α-FeOOH的形成，从而抑制了Fe₂O₃的形成。Fe₂O₃锈层疏松且多孔，不具有保护性。α-FeOOH晶体呈致密团状，互相之间紧密堆积，锈层具有很好的保护性。α-FeOOH使钢材表面形成致密和附着性很强的保护膜，阻碍锈蚀往里扩散和发展，保护锈层下面的基体，以减缓其腐蚀速度。在锈层和基体之间形成的约50μm~100μm厚的保护层，阻止了大气中氧和水向钢铁基体渗入，减缓了锈蚀向钢铁材料纵深发展，大大提高了钢铁材料的耐大气腐蚀能力。耐候钢的锈层具有钝化作用，对基体有良好的保护性。所以，耐候钢的锈层首先出现在局部，形成深坑，腐蚀坑横向发展，连在一起形成一片。

1.3 耐候钢的耐磨性能

耐候钢的耐磨性能要高于普通碳素钢。相关实验结果表明，耐候钢的磨损量是普通碳素钢的40%～60%，在腐蚀环境下，耐候钢仍可以保持良好的耐磨性。

1.4 耐候钢的焊接性能

Cu和P的加入使得耐候钢具有较高的耐腐蚀性，但同时也促进了焊接裂纹的生成。当P含量大于1%时，P促进低熔点杂质的生成，此时极易产生高温裂纹，同时也会增加低温裂纹的敏感性，导致焊缝的延展性和韧性变差。C含量的多少也会影响P对刚的有害作用，当P和C的总含量不超过0.25%时，可以防止刚的冷脆倾向。因此，只要控制P和C的总含量就可以解决耐候钢的耐候性与焊接性之间的利害矛盾。

2 耐候钢光伏支架的优缺点

2.1 耐候钢的优点

在合理添加合金元素的情况下，耐候钢的冶炼方法与普通钢几乎没有区别，也不会改变钢材的机械性能，耐候钢的生产过程简便，应用方便；耐候钢的耐腐蚀性好，相比普通钢材，可以简化防腐措施，节约投资成本，节省维护费用；与普通热镀锌钢材相比，制造过程能减少环境污染，加快制造流程，减少转运次数，性价比较高。与不锈钢相比，耐候钢的造价较低，性价比较高；在大气污染较轻，不是特别潮湿或者非海洋大气条件下可以直接裸露使用，不需要需涂装，既经济又方便。

2.2 耐候钢光伏支架的优点

在我国，许多传统的光伏电站都建于戈壁滩、荒野等干燥且大气污染较轻的地区，这样的环境下使用无涂层的耐候钢光伏支架即可满足其防腐蚀要求。光伏电站地处野外，其本身维护成本较高，光伏支架采用无涂层的耐候钢，其耐腐蚀性可以大大减少光伏支架维护，甚至达到免维护的目标。处在戈壁的光伏电站风沙大，若采用普通涂层方法防腐蚀，图层极易因磨损而导致失效，耐候钢的耐磨性好，不容易磨损失效。此外，光伏电站一般采用小规格、薄壁型钢支架，如果采用普通热镀锌钢，镀锌表面积大，成本高且污染严重，使用耐候钢可降低15%的支架成本，还能减少污染。在光伏电站抢工期，赶发电的工期紧张情况下，采用耐候钢支架可以缩短支架的生产周期，从而达到赶工期的目标，满足并网发电要求。

2.3 耐候钢光伏支架的缺点

和所有材料一样，耐候钢有着比普通钢优越的方面，但同时也存在一定的缺点。在海洋大气气候条件下或是大气污染较严重的地区，耐候钢支架也需要加涂层使用，增加了一定的成本。耐候钢在使用初期腐蚀较为严重，外观锈蚀不太均匀，有色差，影响光伏支架的美观。

3 耐候钢光伏支架应用

3.1 耐候钢光伏支架的现状

早在20世纪60年代，我国就将耐候钢应用于铁路货运车，随后，耐候钢以其良好耐腐蚀性，被广泛的应用于铁道、车辆、桥梁等长期暴露在大气中使用的钢结构中。现如今，耐候钢被逐渐应用于光伏领域。耐候钢在光伏电站中，以其良好的耐腐蚀性能及环保性能，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生产成本。在今年抢“630”的大潮中，陕西甘泉22MW光伏电站总承包工程采用了耐候钢光伏支架，基于耐候钢光伏支架生产周期短的优点，用了不到三个月时间，将全部光伏支架到场并安装完成，最终实现630全部并网发电。耐候钢光伏支架在甘泉项目上成功应用，降低约15%的生产成本，同时也为赶工期提供了有效的保障。甘泉项目共采用耐候钢光伏支架近700吨，农业大棚支架300余吨，成为当前中国最大的耐候钢支架应用项目。

3.2 采用耐候钢光伏支架的注意事项

在实际工程中，耐候钢光伏支架要有配套的螺栓，工厂焊接，焊缝也要达到与耐候钢支架同样耐腐蚀标准。对柱脚节点进行细部设计时，应不能有积水，否则会造成局部锈蚀。在海洋大气气候地区或大气污染较重地区，首先应对耐候钢光伏支架表面进行清洁，再刷防腐蚀涂料。在耐候钢与铝材直接贴紧处，应有采取相应措施防止电位差产生电流，从而使得较活跃的金属一侧产生腐蚀。

4 展望

目前，我国耐候钢支架在光伏电站的应用仍属于发展初期，在工程实际中，做到勤检查，根据不同的工程实际情况，多积累经验，发现问题，从而更好的解决工程实际中出现的问题。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，以便耐候钢支架在光伏领域得到更广泛的应用。

参考文献：

[1]刘丽宏等. 耐大气腐蚀钢的研究概况.腐蚀科学与防护技术.第15卷第2期.2003.3.

[2]陆匠心等. 宝钢耐候钢产品开发的现状及展望.中国冶金.第12期.2004.12.

[3]朴秀玉等. 耐候钢耐腐蚀性能的评定.北京科技大学学报.第27卷第5期.2005.10.