Energy5: Výběr zinkového nátěru na základě zkoušek agresivity půdy
Mnoho výrobců fotovoltaických konstrukcí uvádí odolnost svých výrobků v půdních podmínkách, ale tato prohlášení často nejsou podložena solidním výzkumem nebo analýzou. V praxi to může vést k vážným problémům souvisejícím s korozí a degradací konstrukce, což může ohrozit nejen energetickou účinnost zařízení ale také jeho životnost.
Společnost Energy5 reaguje na tyto výzvy a nabízí zkoušky agresivity půdy podle normy DIN 50 929-3, která definuje metodiku hodnocení korozní agresivity půdy na bodové stupnici. Významnou výhodou společnosti v této oblasti je pokročilý výzkum materiálů, nátěrů a celých konstrukčních sestav.
Společnost Energy5 provedla testy v renomovaných akreditovaných laboratořích, aby vyhodnotila chování zinkových nátěrů v různých korozních prostředích. Díky tomu, stejně jako díky rozsáhlé databázi výsledků a konzultacím s renomovanými výzkumnými institucemi, je společnost schopna tyto výsledky extrapolovat na jakékoli terénní podmínky. Tento jedinečný přístup zajišťuje, že tloušťka zinkového nátěru je přizpůsobena konkrétním půdním podmínkám, což přispívá k prodloužení životnosti konstrukce ak minimalizaci rizika koroze. Pro zákazníky společnosti Energy5 to znamená jistotu, že jejich fotovoltaická instalace bude spolehlivě fungovat po dlouhou dobu, což je na trhu důležitá konkurenční výhoda.
Vliv půdních parametrů na korozní životnost oceli
Půda představuje komplexní korozní prostředí, v němž jsou destrukční procesy kovů intenzivnější než v atmosférických podmínkách a které se zároveň vyznačuje kolísavostí v čase. Ta je způsobena dynamickými změnami podzemního prostředí i atmosférických podmínek, jako jsou srážky nebo vliv člověka. Převážná většina korozních procesů kovů uložených v půdě je založena na elektrochemických mechanismech, které závisí především na chemických a fyzikálních vlastnostech půdy, v níž jsou uloženy. Mezi klíčové faktory ovlivňující tyto procesy patří mimo jiné textura půdy, její provzdušnění, vlhkost, pH, obsah rozpustných živin, především síranů a chloridů, hladina podzemní vody a schopnost zadržovat vodu.
Pochopení těchto aspektů je důležité pro efektivní návrh fotovoltaických konstrukcí, aby byla zajištěna jejich trvanlivost a odolnost proti korozi v půdních podmínkách. Níže je popsáno, jak parametry půdy ovlivňují korozní životnost oceli uložené v půdě:
– sktruktura půdy, tj. rozklad velikosti minerálních částic, určuje její složení a strukturu. V závislosti na hodnotách procentuálního zastoupení písku, jílu a bahna se klasifikace půdy pro různé rodiny určuje podle třísložkového diagramu zobrazeného na obr. 1 rys. č. 1;
Jemnější částice, jako jsou jílové frakce, mohou být pro ocelové konstrukce uložené v půdě obzvláště korozivní, protože mají schopnost absorbovat vodu a vytvářet prostředí příznivé pro korozi kovů.
– provzdušnění půdy, zejména v neutrálních nebo alkalických půdách má významný vliv na korozi, protože ovlivňuje dostupnost kyslíku, což může vést k oxidaci kovů. Redoxní potenciál, který určuje stupeň provzdušnění půdy, může být indikátorem rizika koroze, kdy vysoká hladina kyslíku může urychlit proces koroze;
– vlhkost půdy je důležitým faktorem ovlivňujícím korozní procesy, protože vlhkost vytváří elektrolyt, v němž probíhají elektrochemické reakce způsobující korozi;
– pH půdy může také ovlivňovat korozní agresivitu – kyselé půdy mohou zvyšovat riziko koroze kovů, zatímco zásadité půdy mohou na kovových površích vytvářet ochranné usazeniny;
– chemické složení půdy, zejména přítomnost chloridů a síranů může ovlivnit korozní procesy, protože přítomnost těchto iontů může zvýšit riziko koroze kovů;
– rezistivita půdy, tj. její elektrická vodivost, je klíčovým ukazatelem korozní agresivity; snížení rezistivity může zvýšit riziko koroze;
– přítomnost bakterií v půdě může také urychlit korozní procesy, zejména v případě anaerobních mikroorganismů, které mohou redukovat sloučeniny síry a vyvolat korozní procesy.
Metody hodnocení korozní agresivity půdy
Typologii údajů používaných při korozních zkouškách lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: elektrochemické a neelektrochemické.
U elektrochemických zkoušek jsou hlavními měřenými veličinami korozní potenciál, impedance a elektrochemický šum. Potenciálem se rozumí napětí na korodující elektrodě měřené při otevřeném obvodu v elektrolytu. Proud nebo jeho hustota obvykle koreluje s korozní rychlostí nebo vlastnostmi procesu, jako jsou redoxní reakce na povrchu, které mohou měnit korozní charakteristiky. Polarizační odpor je dalším parametrem souvisejícím s rychlostí koroze, který je nepřímo úměrný koroznímu proudu. Novou metodu měření potenciálů polarizovaných elektrod v půdních korozních buňkách, založenou na zdokonalení Hicklingovy metody, použili Denison a Darnielle.
Neelektrochemické údaje se zaměřují na přímé vizuální nebo hmotnostní hodnocení korozního úbytku kovových vzorků uložených v půdě, a to jak v terénních podmínkách, tak v simulovaném laboratorním prostředí.
Vzhledem k historickému významu rezistivity z hlediska jejího působení při korozi kovů existuje několik tabulek, které spojují rezistivitu půdy se stupněm koroze. Nejpoužívanější metody pro hodnocení agresivity poskytla organizace NACE a American Society for Testing and Materials (ASTM) a jsou shrnuty v tabulce č. 1.
Tabulka č. 1. Hodnocení korozní agresivity na základě rezistivity půdy podle Americké společnosti pro testování a materiály (ASTM G187-12a): Standardní zkušební metoda pro měření rezistivity půdy metodou dvouelektrodové půdní komory) a Národní asociace korozních inženýrů (NACE).
| Rezistivita půdy (Ω.cm) | NACE | ASTM |
| > 10 000 | Není relevantní | Velmi mírně korozivní |
| 5001–10 000 | Mírně korozivní | Mírně korozivní |
| 2001–5000 | Mírně korozivní | Středně korozivní |
| 1001-2000 | Středně korozivní | Vysoce korozivní |
| 501-1000 | Korozivní | Extrémně korozivní |
| 0-500 | Velmi korozivní | Extrémně korozivní |
Byla vypracována klasifikace koroze v půdě v závislosti na jejím redoxním potenciálu a pH.
Evropská norma EN 12501-2:2003 o ochraně kovových materiálů proti korozi uvádí metodiku pro posouzení koroze. Norma poskytuje kvalitativní posouzení korozní agresivity půdy s přihlédnutím ke dvěma proměnným: pH a rezistivita. Tato metoda navrhuje některé pokyny pro stanovení korozního zatížení půd. Její omezení spočívá v tom, že stanovuje pouze tři různé stupně koroze: vysoký, střední nebo nízký, jak je uvedeno v tabulce č. 2.
Tabulka č. 2. Korozní nebezpečí půdy v závislosti na pH a rezistivitě podle EN 12501-2:2003.
| pH | Rezistivita (Ω.cm) | Koroze |
| <3,5 | Každý | Vysoká |
| 3,5–4,5 | <4500 >4500 | Vysoká Středně vysoká |
| 4,5–5,5 | <4500 4500–5000 >5000 | Vysoká Středně vysoká Střední |
| 5,5–6,0 | <1000 1000–5000 5000–10000 >10 000 | Vysoká Středně vysoká Střední Středně nízká |
| 6,0–9,5 | <1000 1000–3000 3000–10 000 10 000–20000 >20 000 | Vysoká Středně vysoká Střední Středně nízká Nízká |
Norma DIN 50 929-3 stanoví metodiku hodnocení korozní agresivity půdy na bodové stupnici.
Tabulka č. 3. DIN 50929-3, Corrosion of metals – Corrosion likelihood of metallic materials when subject to corrosion from the outside – Part 3: Buried and underwater pipelines and structural components.
| Symbol | Vlastnost | jednotky | rozsah | body |
| Z1 | Typ půdy soudržná sypká | % frakce | <10 10-30 30-50 50-80 >80 | +4 +2 0 -2 -4 -12 |
| Z2 | Rezistivita | Ωm | >500 500-200 200-50 20-50 10-20 <10 | +4 +2 0 -2 -4 -6 |
| Z3 | Obsah vlhkosti | % | <20 >20 | 0 -1 |
| Z4 | pH | >9 6-9 4-6 <4 | +2 0 -1 -3 | |
| Z5 | Nárazníková kapacita alkalická | mmol/kg | >1000 200-1000 <200 | +3 +1 0 |
| Z6 | Nárazníková kapacita kyselá | mmol/kg | <2,5 2,5-5 5-10 10-20 20-30 >30 | 0 -2 -4 -6 -8 -10 |
| Z7 | Bakterie redukující sírany | mmol/kg Obsah S-2 | <5 5-10 >10 | 0 -3 -6 |
| Z8 | Obsah síranů | mmol/kg | <2 2-5 5-10 >10 | 0 -1 -2 -3 |
| Z9 | Obsah Cl-1 I SO42- ve vodním extraktu | mmol/kg | <3 3-10 10-30 30-100 >100 | 0 -1 -2 -3 -4 |
| Z10 | Přítomnost spodní vody | ne obvykle Dočasně | 0 -2 -4 | |
| Z11 | Horizontální homogenita | 0- -4 | ||
| Z12 | Vertikální homogenita | 0- -4 | ||
| Z13 | Homogenita zásypu | 0- -6 | ||
| Z14 | Antropogenní inkluze např. vápencová suť | Nepřítomný přítomný | 0 -6 | |
| Z15 | Přítomnost externí katody | Potenciál konstrukce/půda Elektroda Cu/CuSO4, V | <-0,5 -0,5 až -0,4 -0,4 až -0,3 > -0,3 | 0 -3 -8 -10 |
Hodnocení vlastností půdy B0 je součet Z1 až Z10.
Hodnocení místních podmínek B1 je součet Z11 až Z14
Tabulka č. 4. Hodnocení korozivní agresivity půdy podle tabulky.
| B0 nebo B1 | Kategorie půdy | stupeň koroze | Pravděpodobnost koroze na základě B1 | |
| Na základě B0 | pitting | Rovnoměrná koroze | ||
| >0 | Ia | Velmi nízký | Velmi nízký | Velmi nízká |
| -1 až -4 | Ib | Nízký | Nízký | Velmi nízká |
| -5 až -10 | II | Střední | Střední | Nízká |
| <-10 | III | Vysoký | Vysoký | Střední |
Výpočty korozní agresivity půdy pro žárově pozinkovanou ocel
Výpočty korozní agresivity půdy v kontextu žárově pozinkované oceli jsou důležitým aspektem pro posuzování životnosti fotovoltaických konstrukcí. Z nomenklatury dostupných údajů vyplývá, že koroze dosahuje nejvyššího vrcholu v prvních několika letech po založení konstrukce a poté se stabilizuje na mnohem nižší úrovni. Výzkum navrhuje použití exponenciálních rovnic k předpovědi celkové koroze po uplynutí určité doby od založení konstrukce. Je třeba poznamenat, že korozi v půdě je třeba posuzovat jinak než korozi v atmosférických podmínkách.
V souladu s očekáváním trhu by měl být každý výrobce fotovoltaických konstrukcí schopen stanovit index hodnoty korozivní agresivity pro první rok založení zařízení. Na základě těchto údajů by pak měl do prováděcí dokumentaci přiložit potvrzení správnosti výběru antikorozního nátěru pro danou životnost konstrukce. Takový dokument je nyní nesmírně důležitý pro investorský dozor, protože potvrzuje životnost navržené konstrukce.
K výrobě ocelových konstrukcí používá společnost Energy5 nejkvalitnější materiály, ale neomezuje se pouze na tvrzení výrobce oceli o vlastnostech surovin. Pokročilá spolupráce společnosti s renomovanými výzkumnými ústavy a testování zinkových nátěrů v různých korozních prostředích umožňují správný výběr fotovoltaických konstrukcí s ohledem na korozní kategorie prostředí a půdní podmínky. Tento přístup dává investorům a dodavatelům fotovoltaických projektů jistotu, že záruky výrobce jsou založeny na testování celých sestav a že jsou spolehlivé.
Vzhled vzorku (po 1440 hod.)
Na tomto základě poskytuje společnost Energy5 svým zákazníkům příslušné studie spolu s prováděcí dokumentací. Celý proces je založen na průzkumech půdy podle normy DIN 50 929-3, která definuje metodiku hodnocení korozní agresivity půdy na bodové stupnici.
Pokud si zákazník příslušný průzkum nezajistí sám, může společnost Energy5 tento průzkum provést během zarážecích zkoušek. Jedná se o novou službu založenou na spolupráci s osvědčenou laboratoří. Společnost Energy5 rovněž disponuje technickou podporou v podobě zařízení pro terénní testování rezistivity a pH půdy.
Energy5 Sp. z o. o.
www.energy5.pl/cz