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