Dobór powłoki cynkowej na podstawie badań agresywności gruntu
Wielu producentów konstrukcji fotowoltaicznych deklaruje trwałość swoich produktów w warunkach glebowych, jednak często te deklaracje nie są poparte solidnymi badaniami ani analizami. W praktyce może to prowadzić do poważnych problemów związanych z korozją i degradacją konstrukcji, co może zagrozić nie tylko efektywności energetycznej instalacji, ale także jej trwałości.
Firma Energy5 wychodzi naprzeciw tym wyzwaniom, wprowadzając do swojej oferty badania agresywności gruntu, przeprowadzane zgodnie z normą DIN 50 929-3, która definiuje metodologię oceny korozyjności gleby w skali punktowej. Istotną przewagą firmy w tym zakresie jest posiadanie zaawansowanych badań dotyczących materiałów, powłok oraz całych zestawów konstrukcji.
Energy5 wykonała badania w renomowanych, akredytowanych laboratoriach do oceny zachowania się powłok cynkowych w różnych środowiskach korozyjnych. Dzięki temu oraz posiadanej dużej bazie wyników i konsultacjom z renomowanymi jednostkami badawczymi, firma jest w stanie ekstrapolować te wyniki do dowolnych warunków gruntowych. To unikalne podejście gwarantuje, że grubość powłoki cynkowej zostanie dostosowana do konkretnych warunków gruntowych, co przyczynia się do wydłużenia trwałości konstrukcji i minimalizacji ryzyka korozji. Dla klientów Energy5 to oznacza pewność, że ich instalacja fotowoltaiczna będzie działać niezawodnie przez długi czas, co stanowi istotną przewagę konkurencyjną na rynku.
Wpływ parametrów gleby na trwałość korozyjną stali
Gleba stanowi złożone środowisko korozyjne, w którym procesy destrukcyjne metali są intensywniejsze niż w warunkach atmosferycznych, charakteryzując się jednocześnie niestabilnością w czasie. Ta niestabilność wynika z dynamicznych zmian zarówno w środowisku podziemnym, jak i warunkach atmosferycznych, takich jak opady deszczu czy też wpływ człowieka. Przeważająca większość procesów korozji metali palowanych w glebie opiera się na mechanizmach elektrochemicznych, zależnych głównie od właściwości chemicznych i fizycznych gruntów, w których są osadzone. Kluczowe czynniki wpływające na te procesy obejmują m.in. teksturę gleby, poziom napowietrzenia, wilgotność, pH, zawartość rozpuszczalnych składników – przede wszystkim siarczanów i chlorków, poziom wód gruntowych oraz zdolność retencji wody
Zrozumienie tych aspektów jest istotne dla skutecznego projektowania konstrukcji fotowoltaicznych, mających zapewnić trwałość i odporność na korozję w warunkach glebowych. Poniżej opisano, w jaki sposób parametry gleby wpływają na trwałość korozyjną stali palowanej w glebie:
- tekstura gleby, czyli rozkład wielkości cząstek mineralnych, determinuje jej skład i strukturę. W zależności od wartości przyjętych przez procent piasku, gliny i mułu, klasyfikację gleby dla różnych rodzin określa się zgodnie z trójskładnikowym diagramem pokazanym na rys. nr 1;
Tablica 1. Oceny korozyjności na podstawie rezystywności gleby według Amerykańskiego Towarzystwa Badań i Materiałów (ASTM G187-12a: Standardowa metoda testowa do pomiaru rezystywności gleby przy użyciu metody dwuelektrodowej komory gleby) i National Association of Corrosion Engineers (NACE).
| Rezystywność gruntu (Ω.cm) | NACE | ASTM |
| > 10 000 | Nieistotny | Bardzo słabo żrący |
| 5001–10 000 | Lekko żrący | Lekko żrący |
| 2001–5000 | Lekko żrący | Umiarkowanie żrący |
| 1001-2000 | Umiarkowanie żrący | Silnie żrący |
| 501-1000 | Żrący | Wyjątkowo żrący |
| 0-500 | Bardzo żrący | Wyjątkowo żrący |
Opracowano klasyfikację korozji w gruncie związaną z jego potencjałem redoks oraz pH.
W normie europejskiej EN 12501-2:2003 w sprawie ochrony materiałów metalowych przed korozją przedstawiono metodykę szacowania korozji. Norma przewiduje jakościowe oszacowanie korozyjności gruntu z uwzględnieniem dwóch zmiennych: pH i rezystywności. Metoda ta sugeruje pewne wytyczne dotyczące określania obciążenia korozyjnego gruntów. Jej ograniczenie wynika z faktu, że ustala tylko trzy różne poziomy korozji: wysoki, średni lub niski, jak pokazano w tablicy 2.
Tablica 2. Zagrożenie korozją gleby w funkcji pH i rezystywności wg EN 12501-2:2003.
| pH | Rezystywność (Ω.cm) | Korozja |
| <3,5 | Każdy | Wysoka |
| 3,5–4,5 | <4500 >4500 | Wysoka Średnio-wysoka |
| 4,5–5,5 | <4500 4500–5000 >5000 | Wysoka Średnio-wysoka Średnia |
| 5,5–6,0 | <1000 1000–5000 5000–10000 >10 000 | Wysoka Średnio-wysoka Średnia Średnio-niska |
| 6,0–9,5 | <1000 1000–3000 3000–10 000 10 000–20000 >20 000 | Wysoka Średnio-wysoka Średnia Średnio-niska Niska |
Norma DIN 50 929-3 przedstawia metodologię oceny korozyjności gleby w skali punktowej.
Tablica 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 | Właściwość | jednostki | zakres | punkty |
| Z1 | Typ gleby Spójna luźna | % frakcji | <10 10-30 30-50 50-80 >80 | +4 +2 0 -2 -4 -12 |
| Z2 | Rezystywność | Ωm | >500 500-200 200-50 20-50 10-20 <10 | +4 +2 0 -2 -4 -6 |
| Z3 | Zawartość wilgoci | % | <20 >20 | 0 -1 |
| Z4 | pH | >9 6-9 4-6 <4 | +2 0 -1 -3 | |
| Z5 | Pojemność buforowa alkaliczna | Mmol/kg | >1000 200-1000 <200 | +3 +1 0 |
| Z6 | Pojemność buforowa kwaśna | mmol/kg | <2,5 2,5-5 5-10 10-20 20-30 >30 | 0 -2 -4 -6 -8 -10 |
| Z7 | Bakterie redukujące siarczany | Mmol/kg Zawartość S-2 | <5 5-10 >10 | 0 -3 -6 |
| Z8 | Zawartość siarczanów | mmol/kg | <2 2-5 5-10 >10 | 0 -1 -2 -3 |
| Z9 | Zawartość Cl-1 I SO42- w ekstrakcie wodnym | Mmol/kg | <3 3-10 10-30 30-100 >100 | 0 -1 -2 -3 -4 |
| Z10 | Obecność wody gruntowej | Brak zwykle Czasowo | 0 -2 -4 | |
| Z11 | Homogeniczność pozioma | 0- -4 | ||
| Z12 | Homogeniczność pionowa | 0- -4 | ||
| Z13 | Homogeniczność zasypki | 0- -6 | ||
| Z14 | Wtrącenia antropogeniczne Np. gruz wapienny | Nieobecny obecny | 0 -6 | |
| Z15 | Obecność zewnętrznej katody | Potencjał konstrukcja/grunt Elektroda Cu/CuSO4, V | <-0,5 -0,5 do -0,4 -0,4 do -0,3 > -0,3 | 0 -3 -8 -10 |
Ranking właściwości gleby B0 jest sumą Z1 do Z10.
Ranking warunków lokalnych B1 jest sumą od Z11 do Z14
Tablica 4. Ocena korozyjności gruntu na podstawie tablicy.
| B0 lub B1 | Kategoria gruntu | poziom korozji | Prawdopodobieństwo korozji na podstawie B1 | |
| Na podstawie B0 | pitting | Korozja równomierna | ||
| >0 | Ia | Bardzo niski | Bardzo niski | Bardzo niska |
| -1 do -4 | Ib | Niski | Niski | Bardzo niska |
| -5 do -10 | II | średni | średni | Niska |
| <-10 | III | wysoki | wysoki | średnia |
Obliczenia korozyjności gruntu w odniesieniu do stali ocynkowanej ogniowo
Obliczenia korozyjności gruntu w kontekście stali ocynkowanej ogniowo stanowią istotny aspekt oceny trwałości konstrukcji fotowoltaicznych. Nomenklatura dostępnych danych wskazuje, że stopień korozji osiąga najwyższy poziom w okresie kilku pierwszych lat od posadowienia konstrukcji, aby następnie ustabilizować się na znacznie niższym poziomie. W badaniach naukowych proponuje się zastosowanie równań wykładniczych do prognozowania ogólnej korozji po upływie określonego czasu od posadowienia konstrukcji. Warto podkreślić, że korozję w gruncie należy rozpatrywać inaczej niż korozję w warunkach atmosferycznych.
Zgodnie z oczekiwaniami rynku, każdy producent konstrukcji PV, powinien być w stanie określić wskaźnik wartości korozyjności dla pierwszego roku posadowienia instalacji. Następnie na podstawie tych danych powinien dostarczyć do dokumentacji wykonawczej dowód poprawności doboru powłoki korozyjnej dla danego okresu użytkowania konstrukcji. Taki dokument jest obecnie niezwykle istotny dla nadzoru inwestorskiego, zapewniając pewność co do trwałości zaprojektowanej konstrukcji.
Energy5 wykorzystuje najwyższej jakości materiały do produkcji konstrukcji stalowych, jednak nie ogranicza się do jedynie zapewnień producenta stali co do właściwości użytkowych surowców. Zaawansowana współpraca spółki z renomowanymi jednostkami badawczymi oraz przeprowadzane badania powłok cynkowych w różnych środowiskach korozyjnych pozwalają dokonać należytego doboru konstrukcji fotowoltaicznych, uwzględniającego kategorie korozyjne środowiska oraz warunki glebowe. To podejście daje inwestorom i wykonawcom inwestycji fotowoltaicznych pewność, że gwarancje producenta są oparte na badaniach całych zestawów wyrobów i są wiarygodne.
Na tej podstawie Energy5 dostarcza swoim klientom odpowiednie opracowania wraz z dokumentacją wykonawczą. Cały proces opiera się na badanach gruntu zgodnie z normą DIN 50 929-3, która definiuje metodologię oceny korozyjności gleby w skali punktowej.
W przypadku braku badań w tym zakresie przez klienta, Energy5 może przeprowadzić te badania samodzielnie podczas prób wyrywania pali konstrukcyjnych. Jest to nowa usługa oparta na współpracy ze sprawdzonym laboratorium. Dodatkowo, firma Energy5 posiada wsparcie techniczne w postaci urządzeń do badań polowych rezystywności i pH gruntu.
23.02.2024