Sala 102, Edificio 13, Área A, Wanyang Zhongchuang Park, Town Ganyao, condado de Jiashan, Zhejiang China.
Pernos fotovoltaicos son los sujetadores que aseguran los paneles solares, rieles de montaje, marcos de estanterías y anclajes al suelo en un sistema fotovoltaico completo y estructuralmente sólido. No son tornillos genéricos de ferretería. El entorno exterior en el que opera una instalación solar (radiación ultravioleta, ciclos térmicos de -40 °C a 85 °C, niebla salina costera o contaminación industrial) impone exigencias a los sujetadores que el acero al carbono común no puede satisfacer durante una vida útil del sistema de 25 a 30 años.
Elegir el grado o material de perno incorrecto puede provocar corrosión galvánica, aflojamiento bajo carga de viento o falla estructural que anula las garantías del equipo y crea riesgos de seguridad. Esta guía cubre los tipos, materiales, estándares, requisitos de torque y criterios de selección que más importan en instalaciones fotovoltaicas reales.
Un sistema fotovoltaico típico montado en el techo o en el suelo utiliza sujetadores en múltiples juntas estructurales, cada una con diferentes requisitos de carga y condiciones de exposición:
Los fabricantes de estanterías fotovoltaicas diseñan sus sistemas en torno a geometrías de pernos específicas que permiten una instalación rápida y una sujeción confiable sin apretar demasiado los perfiles de aluminio delgados. Los tipos más comunes son:
| Tipo de perno | Tamaño típico | Aplicación primaria | Característica clave |
|---|---|---|---|
| Perno con cabeza en T (cabeza de martillo) | M8, M10 | Se desliza en el canal del riel de aluminio para fijar abrazaderas. | Posicionamiento a lo largo del carril sin herramientas; La rotación de 90° se bloquea en el canal. |
| Perno de cabeza hexagonal | M8-M16 | Empalmes de rieles, conexiones de soportes, juntas estructurales. | Llave estándar/llave de vaso; alta fuerza de sujeción |
| Perno de brida (dentado) | M8, M10 | Uniones de puesta a tierra en superficies de rieles de aluminio. | Las estrías perforan el anodizado para crear contacto eléctrico. |
| Perno de carro | M10, M12 | Conexiones de marco a poste de montaje en tierra | La cabeza domo resiste la rotación; autoblocante en agujero cuadrado |
| Perno de tracción/Tornillo de tracción | 5/16"–1/2" de diámetro | Penetración del techo en vigas. | Enganche de hilo de madera; requiere agujero piloto |
| Perno de anclaje (perno en J/perno en L) | M16-M24 | Empotrado en zapatas de hormigón para montaje en suelo. | El extremo doblado proporciona bloqueo mecánico dentro del concreto. |
La decisión sobre el material más importante para los pernos fotovoltaicos es la resistencia a la corrosión. Los sistemas solares están diseñados para Vida útil operativa de 25 a 30 años , y los sujetadores deben sobrevivir todo ese período sin que se aflojen, se atasquen o se degraden la estructura debido a la oxidación.
La mayoría de los sistemas de estanterías fotovoltaicas especifican pernos de acero inoxidable A2 o A4. La diferencia práctica es el contenido de molibdeno: El acero inoxidable A4 (316) contiene entre 2 y 3 % de molibdeno. , que mejora drásticamente la resistencia a la corrosión por picaduras inducida por cloruro, el modo de falla específico en ambientes costeros y marinos. A2 (304) es adecuado para instalaciones en tierra; A4 (316) debe utilizarse dentro de 1 a 5 km de costa o en zonas industriales con cloruros en el aire.
Las grandes instalaciones montadas en el suelo, en particular los parques solares a escala comercial, a menudo utilizan pernos estructurales galvanizados en caliente (HDG) para pernos de anclaje y conexiones de marco primario. Espesor del recubrimiento HDG de 85 µm o más (según ASTM A153 o ISO 1461) Proporciona entre 30 y 50 años de protección contra la corrosión en la mayoría de los entornos de suelo a un costo significativamente menor que el hardware totalmente inoxidable a gran escala. No se recomienda HDG donde se produce contacto directo con estanterías de aluminio, debido al riesgo de corrosión galvánica.
Prácticamente todos los rieles de estantería fotovoltaica son de aluminio extruido (6005-T5 o 6061-T6). Cuando los pernos de acero inoxidable entran en contacto con el aluminio en un ambiente húmedo, se forma una celda galvánica. El acero inoxidable y el aluminio tienen una diferencia de 0,25 a 0,50 V en la serie galvánica. — lo suficientemente cerca como para que los pernos A2/A4 generalmente se consideren aceptables en este par. Sin embargo, los pernos de acero al carbono o HDG en contacto directo con el aluminio son problemáticos: la diferencia de potencial acelera la corrosión del aluminio en la unión. Utilice siempre herrajes de acero inoxidable o compatibles con aluminio en las interfaces de aluminio a sujetadores.
Los pernos fotovoltaicos deben soportar cargas sostenidas de viento, cargas de nieve y fuerzas sísmicas durante décadas. La resistencia del perno se define por la clase de propiedad (métrico) o el grado (pulgadas):
| Clase/grado de propiedad | Resistencia a la tracción | Carga de prueba | Uso típico en fotovoltaica |
|---|---|---|---|
| A2-70 / A4-70 | 700MPa | 450MPa | Abrazaderas de panel estándar, conexiones de rieles, la mayoría de los sistemas de techo |
| A2-80 / A4-80 | 800 MPa | 600 MPa | Zonas de fuertes vientos, gran estructura primaria montada en el suelo |
| Clase 8.8 (HDG) | 800 MPa | 640MPa | Juntas estructurales de acero con acero para montaje en suelo |
| SAE Grado 5 (pulgadas) | 120 ksi (827 MPa) | 92 ksi | Tirafondos y herrajes de anclaje para techos en el mercado estadounidense |
Para la mayoría de los sistemas de tejado residenciales y comerciales, El acero inoxidable A2-70 es la especificación estándar . Se recomienda actualizar a A4-80 para sitios costeros, áreas con fuertes vientos (velocidad del viento ASCE 7 ≥ 130 mph) o cualquier instalación donde los cálculos estructurales del ingeniero de estanterías requieran una mayor precarga de pernos.
Las especificaciones de torque para pernos fotovoltaicos son más estrictas de lo que esperan la mayoría de los instaladores. Las extrusiones de aluminio utilizadas en las estanterías solares son relativamente blandas. El aluminio 6005-T5 tiene un límite elástico de sólo 240 MPa. en comparación con los 700 MPa de los pernos de acero inoxidable que se enroscan en él. El exceso de torsión daña las roscas de la tuerca de aluminio o del canal del riel, lo que requiere el reemplazo de toda la sección del riel.
Un torque insuficiente deja la articulación con una precarga insuficiente, lo que permite el movimiento bajo la vibración del viento que provoca fatiga por fricción y aflojamiento gradual. Valores de torsión típicos especificados por el fabricante para tamaños de pernos fotovoltaicos comunes:
| Tamaño del perno | Abrazadera de panel (Nm) | Riel a soporte (Nm) | Acero-Acero (Nm) |
|---|---|---|---|
| M6 | 5–7 | 8–10 | 10-12 |
| M8 | 14-16 | 18–22 | 25–30 |
| M10 | 25–30 | 35–40 | 50–60 |
| M12 | — | 55–65 | 80-100 |
Utilice siempre una llave dinamométrica calibrada para el ajuste final. Los destornilladores de impacto ajustados al par máximo no son aceptables para los pernos de sujeción de los paneles fotovoltaicos; habitualmente exceden los límites del fabricante. Muchos fabricantes de estanterías especifican valores de torque en seco (sin lubricante); Si se aplica lubricante para roscas o antiagarrotamiento, reduzca el torque aproximadamente entre un 20% y un 25% para lograr la misma fuerza de sujeción.
Las instalaciones solares experimentan vibraciones continuas de baja amplitud debido al viento y a la expansión y contracción térmica diaria de los rieles de aluminio (el aluminio se expande a 23,6 µm/m°C — una sección de carril de 6 metros crece y se contrae aproximadamente 12 mm entre una noche de invierno de -10 °C y una temperatura superficial del panel de 60 °C en verano). Este movimiento puede hacer retroceder gradualmente los pernos que carecen de disposiciones antiaflojamiento.
Las soluciones antiaflojamiento comunes utilizadas en los sistemas fotovoltaicos incluyen:
Las certificaciones de sistemas fotovoltaicos y los permisos estructurales exigen cada vez más que los sujetadores cumplan con estándares documentados de materiales y dimensiones. Las normas más referenciadas son:
Para instalaciones que requieren permiso, solicite informes de pruebas de materiales (MTR) o certificados de conformidad de los proveedores de pernos que hagan referencia a estos estándares. Los sujetadores falsificados o de calidad inferior etiquetados con marcas de clase de propiedad falsas son un problema documentado en cadenas de suministro de bajo costo: se recomienda la verificación de la composición química y la dureza por parte de terceros para proyectos grandes que obtienen hardware fuera de los canales de distribución establecidos.
Utilice la siguiente lista de verificación al especificar o adquirir sujetadores para un proyecto fotovoltaico:
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