Fotovoltaiske bolter: typer, materialer og valgguide

Fotovoltaiske bolter er festene som fester solcellepaneler, monteringsskinner, reolrammer og jordankre til et komplett, strukturelt solid PV-system. De er ikke generiske jernvarebutikkbolter. Utemiljøet en solcelleinstallasjon opererer i – UV-stråling, termisk sykling fra -40°C til 85°C, kystsaltspray eller industriell forurensning – stiller krav til festemidler som vanlig karbonstål ikke kan møte over en levetid på 25–30 år.

Å velge feil boltkvalitet eller -materiale kan føre til galvanisk korrosjon, løsner under vindbelastning eller strukturell feil som ugyldiggjør utstyrsgarantier og skaper sikkerhetsfarer. Denne veiledningen dekker typene, materialene, standardene, dreiemomentkravene og utvalgskriteriene som betyr mest i ekte PV-installasjoner.

Hvor fotovoltaiske bolter brukes i et solsystem

Et typisk tak- eller jordmontert PV-system bruker festemidler ved flere strukturelle ledd, hver med forskjellige belastningskrav og eksponeringsforhold:

• Panelklemmebolter: Fest midtklemmer og endeklemmer som holder panelrammen til monteringsskinnen. Disse ser den hyppigste termiske syklingen ettersom paneltemperaturene svinger daglig.
• Skinneskjøt og skinne-til-brakettbolter: Koble til skinneseksjoner og fest skinner til takmonteringsbraketter eller jordstolper. Kritisk for å overføre vindløft og snølast gjennom strukturen.
• Takpenetreringsbolter: Anker blinkfester eller ballastføtter til taksperrene. Krev rustfritt stål for å forhindre rustflekker og korrosjon inne i takkonstruksjonen.
• Jordfeste ankerbolter: Fest drevne peler, spiralformede ankere eller betongfot til reolrammen. Ofte de største festene i systemet - M16 til M24 i store installasjoner i bruksskala.
• Inverter og kombinerboks monteringsbolter: Fest elektriske kabinetter til vegger eller rammer. Krev elektrisk isolasjon i enkelte konfigurasjoner for å unngå forvillede strømmer.
• Jording av limingsutstyr: Sagte flensbolter eller jordingsklemmer som stikker hull på den anodiserte overflaten på aluminiumsskinner for å etablere elektrisk kontinuitet.

Bolttyper som vanligvis brukes i PV-reolsystemer

Produsenter av PV-reoler designer systemene sine rundt spesifikke boltgeometrier som tillater rask installasjon og pålitelig fastspenning uten å overdrive tynne aluminiumsprofiler. De vanligste typene er:

Materialvalg: Hvorfor rustfritt stål dominerer PV-fester

Den viktigste materialavgjørelsen for solcellebolter er korrosjonsbestandighet. Solcelleanlegg er designet for 25–30 års driftslevetid , og festene må overleve hele den perioden uten rustindusert løsning, fastsetting eller strukturell nedbrytning.

Rustfritt stål A2 (304) vs. A4 (316)

De fleste PV-reolsystemer spesifiserer enten A2- eller A4-bolter i rustfritt stål. Den praktiske forskjellen er molybdeninnhold: A4 (316) rustfritt inneholder 2–3 % molybden , som dramatisk forbedrer motstanden mot kloridindusert gropkorrosjon - den spesifikke feilmodusen i kyst- og havmiljøer. A2 (304) er egnet for innlandsinstallasjoner; A4 (316) skal brukes innenfor 1–5 km av en kystlinje eller i industrisoner med luftbårne klorider.

Varmgalvanisert (HDG) stål for bakkemontering

Store bakkemonterte installasjoner - spesielt solenergianlegg i bruksskala - bruker ofte varmgalvaniserte (HDG) strukturelle bolter for ankerbolter og primære rammeforbindelser. HDG beleggtykkelse på 85 µm eller mer (i henhold til ASTM A153 eller ISO 1461) gir 30–50 års korrosjonsbeskyttelse i de fleste jordmiljøer til betydelig lavere kostnader enn rustfri maskinvare i stor skala. HDG anbefales ikke der direkte kontakt med aluminiumsreoler oppstår på grunn av galvanisk korrosjonsrisiko.

Galvanisk korrosjon: Den skjulte risikoen ved grensesnitt av aluminium og stål

Så godt som alle PV-reolskinner er ekstrudert aluminium (6005-T5 eller 6061-T6). Når rustfrie stålbolter kommer i kontakt med aluminium i et vått miljø, dannes det en galvanisk celle. Rustfritt stål og aluminium er 0,25–0,50 V fra hverandre på den galvaniske serien — nær nok til at A2/A4-bolter generelt anses som akseptable i denne sammenkoblingen. Imidlertid er karbonstål eller HDG-bolter i direkte kontakt med aluminium problematiske - potensialforskjellen akselererer aluminiumskorrosjon ved skjøten. Bruk alltid rustfri eller aluminium-kompatibel maskinvare ved aluminium-til-feste-grensesnitt.

Krav til boltkvalitet og -styrke for PV-applikasjoner

PV-bolter må tåle vedvarende vindløft, snøbelastninger og seismiske krefter over flere tiår. Boltstyrke er definert av egenskapsklasse (metrisk) eller karakter (tommer):

For de fleste bolig- og kommersielle taksystemer, A2-70 rustfritt er standardspesifikasjonen . Det anbefales å oppgradere til A4-80 for kystområder, områder med sterk vind (ASCE 7 vindhastighet ≥ 130 mph), eller enhver installasjon der reolingeniørens strukturelle beregninger krever høyere boltforspenning.

Momentspesifikasjoner for PV-bolter: Hvorfor overstramming er like farlig som understramming

Momentspesifikasjonene for solcellebolter er strammere enn de fleste installatører forventer. Aluminiumsprofilene som brukes i solcelleanlegg er relativt myke — 6005-T5 aluminium har en flytegrense på kun 240 MPa sammenlignet med 700 MPa for de rustfrie boltene som tres inn i den. Overstramming striper gjenger i aluminiumsmutteren eller skinnekanalen, noe som krever utskifting av hele skinneseksjonen.

Undervridning etterlater leddet utilstrekkelig forhåndsbelastet, noe som tillater bevegelse under vindvibrasjoner som forårsaker slitetrøtthet og gradvis løsner. Typiske produsentspesifiserte dreiemomentverdier for vanlige PV-boltstørrelser:

Bruk alltid en kalibrert momentnøkkel for siste tiltrekking. Støtdrivere satt til maksimalt dreiemoment er ikke akseptable for PV-panelklemmebolter - de overskrider rutinemessig produsentens grenser. Mange reolprodusenter spesifiserer dreiemomentverdier tørr (ingen smøremiddel); hvis det påføres anti-feste- eller gjengesmøremiddel, reduser dreiemomentet med ca. 20–25 % for å oppnå samme klemkraft.

Anti-løsningsfunksjoner: Forhindrer at bolten løsner over 25 år

Solcelleinstallasjoner opplever kontinuerlig lavamplitudevibrasjon fra vind og daglig termisk ekspansjon og sammentrekning av aluminiumsskinne (aluminium ekspanderer kl. 23,6 µm/m·°C — en 6 meter lang skinnedel vokser og krymper med omtrent 12 mm mellom en -10°C vinternatt og en 60°C sommerpaneloverflatetemperatur). Denne bevegelsen kan gradvis trekke ut bolter som mangler anti-løsningsmidler.

Vanlige anti-løsningsløsninger som brukes i PV-systemer inkluderer:

• Nylon-innsats låsemuttere (Nyloc): Den mest brukte løsningen i tak-PV. Nylonkragen griper boltgjengen og motstår rotasjon. Effektiv opp til ca. 100°C – verifiser egnethet hvis koblingsboksskap skaper lokalisert varme.
• Sagte flensmuttere og bolter: Serrationer biter seg inn i parringsflaten og motstår rotasjon mekanisk. Brukes til å jorde bindinger og strukturelle skjøter der overflatehardheten gjør at takkingene går i inngrep.
• Fjærlåsskiver: Generelt ansett som mindre pålitelige enn nyloc-muttere under dynamisk belastning i henhold til DIN 65151 vibrasjonstesting – bruk kun der spesifisert av reolprodusenten.
• Gjengelåsende lim (Loctite 243 eller tilsvarende): Effektiv for bolter med liten diameter på steder med lav vibrasjon. Ikke praktisk for feltforbindelser som kan kreve fremtidig omdreining eller omplassering av panel.
• Konfigurasjon med to muttere (konfigurasjon): Brukes på bakkemonterte justeringsben der både vibrasjonsmotstand og feltjustering er nødvendig.

Standarder og sertifiseringer som er relevante for fotovoltaiske bolter

Sertifiseringer av solcelleanlegg og strukturelle tillatelser krever i økende grad at festene oppfyller dokumenterte material- og dimensjonsstandarder. De mest refererte standardene er:

• ISO 3506: Den primære internasjonale standarden for mekaniske egenskaper til festemidler i rustfritt stål. Spesifiserer eiendomsklassene A2-70, A2-80, A4-70 og A4-80. Samsvarssertifikater som refererer til ISO 3506 kreves av mange EPC-entreprenører i bruksskala.
• ASTM F593 / F594: amerikansk tilsvarende for bolter og muttere i rustfritt stål. Nødvendig for prosjekter under amerikanske byggekoder der metrisk ISO-maskinvare ikke er spesifisert.
• ASTM A307 / A325 / A490: Styr strukturelle bolter av karbon og legert stål som brukes i HDG bakkemonterte stålkonstruksjoner.
• ISO 1461 / ASTM A153: Spesifiser minimum beleggtykkelse for varmgalvaniserte festemidler – kritisk for å verifisere korrosjonslevetiden til HDG-ankerbolter.
• IEC 61215 / IEC 61730: Selv om disse er modulstandarder, styrer de indirekte monteringsutstyr ved å spesifisere de mekaniske belastningsforholdene (vind, snø, hagl) som reoler og festeanordninger må utformes for å tåle.

For installasjoner som kreves av tillatelse, be om materialtestrapporter (MTR) eller samsvarssertifikater fra boltleverandører som refererer til disse standardene. Forfalskede eller understandard festemidler merket med falsk egenskapsklassemerking er et dokumentert problem i rimelige forsyningskjeder – tredjeparts kjemisk sammensetning og hardhetsverifisering anbefales for store prosjekter som anskaffer maskinvare utenfor etablerte distribusjonskanaler.

Praktisk sjekkliste for valg av fotovoltaiske bolter

Bruk følgende sjekkliste når du spesifiserer eller anskaffer festemidler til et PV-prosjekt:

1. Bekreft bolttypen som kreves av reolprodusentens installasjonsmanual – T-hode, sekskanthode, vognbolt eller lagbolt – og ikke bytt ut forskjellige hodestiler uten teknisk godkjenning.
2. Velg A4-316 rustfri for kyst-, marine- eller miljøer med høy luftfuktighet; A2-304 rustfritt er akseptabelt for tørre innlandsklima.
3. Spesifiser A2-70 eller A4-70 minste eiendomsklasse for standard taksystemer; oppgradere til A4-80 for steder med høy vind eller høy snøbelastning i henhold til strukturelle beregninger.
4. Sørg for at alle muttere og skiver er av samme rustfrie kvalitet som bolten – blanding av A2-bolter med karbonstålmuttere skaper et galvanisk par som akselererer mutterkorrosjon.
5. Bekreft anti-løsningsbestemmelser: nyloc-muttere for panelklemmer og de fleste skinneforbindelser; takket flensbeslag der jordingskontinuitet er nødvendig.
6. Skaff og arkiver samsvarssertifikater (ISO 3506 eller ASTM tilsvarende) med prosjektdokumentasjon for tillatelse og garantiformål.
7. Bruk en momentnøkkel – ikke en slagdriver – for endelig tiltrekking, og noter momentverdiene i idriftsettelsesrapporten for eventuell fremtidig inspeksjonsreferanse.