Μια σταθερή βάση φωτοβολταϊκών «στα γρήγορα» ή μία για 20 χρόνια;

 ΠΕΡΙΛΗΨΗ

• Το κατάλληλο υλικό για τη κατασκευή μιάς σταθερής βάσης στήριξης φωτοβολταικών είναι χάλυβας γαλβανισμένος εν θερμώ μετά την κατασκευή κατά EN ISO 1461, τόσο για τους πασσάλους όσο και για την ανωδομή.
• Σύμφωνα με το EN ISO 9224: η ανωδομή μιας βάσης στήριξης απο προγαλβανισμένη λαμαρίνα μπορει μετά από 20 έτη να έχει μείνει χωρίς καμμία αντιδιαβρωτική προστασία, με τον ανάλογο κίνδυνο για την στατική της επάρκεια.
• Δεν πρέπει να ακολουθούμε «τυφλά» τις απαιτήσεις του Ευρωκώδικα για τις περιοχές ανέμου στην χώρα μας. Μιά τοπική εξέταση των συνθηκών στην περιοχή όπου θα εγκατασταθεί το έργο είναι απαραίτητη.
• Η ELVAN προσφέρει δωρεάν εκτίμηση χρόνου ζωής της σταθερής βάσης στήριξης ενός πάρκου, βασιζόμενη στα στοιχεία της περιοχής και τους Διεθνείς κανονισμούς, πρίν την  προσφορά.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η ELVAN Α.Β.Ε.Ε. συστήνει την κατασκευή των σταθερών βάσεων φωτοβολταικών (πασσάλοι και ανωδομή) αποκλειστικά και μόνον γαλβανισμένων εν θερμώ μετά την κατασκευή κατά EN ISO 1461. Το κύριο χαρακτηριστικό του εν θερμώ γαλβανίσματος μετά την κατασκευή είναι ότι, σε αντίθεση με τα προγαλβανισμένα υλικά, παρέχει πολύ μακρύ χρόνο ζωής χωρίς καμμιά συντήρηση. 

Η διαδικασία του εν θερμω γαλβανίσματος μετά την κατασκευή έχει ως εξής: μετά το τέλος της όποιας επεξεργασίας, ο χάλυβας εμβαπτίζεται σε ένα λουτρό που περιέχει λιωμένο ψευδάργυρο σε θερμοκρασία 4500 C. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα το θερμό γαλβάνισμα να είναι μια διαδικασία κραματοποίησης και όχι απλής επικάλυψης του χάλυβα με ψευδάργυρο. Επιπλέον είναι προστατευμένες όλες οι οπές και τα άκρα (αφού το γαλβάνισμα γίνεταi μετά την κατασκευή).  Έτσι ο γαλβανισμένος εν θερμώ χάλυβας αποκτά ιδιαίτερα μεγάλη αντοχή στο χρόνο έναντι της οξείδωσης ακόμη και στα πιo αντίξοα περιβάλλοντα.

Αντίθετα στην προγαλβανισμένη λαμαρίνα  ο χάλυβας περνάει απο ένα λουτρό ψευδαργύρου σε συνεχή ροή και τυλίγεται σε ρολό. Κατ΄ αυτόν τον τρόπο αποκτά ένα στρώμα ψευδαργύρου (περίπου το 25% σε μm σε σύγκριση με το γαλβάνισμα εν θερμω). Επειδή όμως η κατεργασία του χάλυβα γίνεται μετά το γαλβάνισμα στα σημεία κοπής και τις οπές δεν υπάρχει καμμία αντιδιαβρωτική προστασία.

ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΝΩΔΟΜΗ 

Σύμφωνα με το EN ISO 9223 (Corrosion of metals and alloys – Corrosivity of atmospheres – Classification, determination and estimation) κάθε περιοχή κατατάσσεται σε μία από 6 κατηγορίες, ανάλογα με την οξείδωση που υφίσταται μαι κατασκευή σ΄αυτήν: C1, C2, C3, C4, C5 και CX. 

Για κάθε διαφορετικό περιβάλλον ο χρόνος ζωής μιας γαλβανισμένης κατασκευής είναι ανάλογος:

1. του αρχικού πάχους του γαλβανίσματος και

2. της ετήσιας μείωσης του πάχους γαλβάνισματος λόγω των συνθηκών της ατμόσφαιρας και του εδάφους.

Για να εκτιμήσουμε της ετήσια μείωση του πάχους γαλβάνισματος πρέπει πρώτα να εξετάσουμε το εξωτερικό περιβάλλον στην περιοχή που θα εγκατασταθεί το φωτοβολταικό πάρκο.  Πηγή: EN ISO 9223:2012(E) – Table 1

Υπάρχουν δυο τρόποι για να κατατάξουμε μια περιοχή όπου θα εγκατασταθεί ένα φωτοβολταικό πάρκο σε μιά από τις παραπάνω κατηγορίες: 

• με τοπικές μετρήσεις επί τουλάχιστον 1 έτος, ξεκινώντας άνοιξη ή φθινόπωρο (EN ISO 9223:2012(E) – Clause 7)  ή
• με εκτίμηση, βασιζόμενοι σε μαθηματικούς τύπους (EN ISO 9223:2012(E) – Clause 8), όπου λαμβάνονται υπ’ όψιν οι κυριότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τον χρόνο ζωής:

1. ετήσια μέση θερμοκρασία στην περιοχή

2. ετήσια μέση σχετική υγρασία 

3. ετήσια μέση επικάθιση SO2

4. ετήσια μέση επικάθιση Cl-

Αφού κατάξουμε την περιοχή σε μια απο τις 6 κατηγορίες χρησιμοποιούμε τον πίνακα A.2 του EN ISO 9224:2012(Ε) για να βρούμε την μέγιστη απώλεια ψευδαργύρου, εκφρασμένη σε μm, για την τοποθεσία του έργου μας:

Απο τον παραπάνω πίνακα καταλαβαίνουμε γιατί ο προγαλβανισμένος χάλυβας είναι ακατάλληλος για την κατασκευή βάσεων φωτοβολταικών.

Τα φωτοβολταικά πάρκα στην Ελλάδα εγκαθίστανται συνήθως σε περιοχές C3 (αγροτικές – μέσης επιβάρυνσης). Από τον πίνακα βλέπουμε ότι στόν χρόνο ζωής ενός πάρκου (20 έτη) μπορεί να χαθούν έως και 24 μm ψευδαργύρου. 

Αν λάβουμε υπ΄όψιν μας ότι ένας καλής ποιότητος προγαλβανισμένο έλασμα (Z275 gr/m2) έχει επικάλυψη ψευδαργύρου 17,6 μm, βλέπουμε ότι μετά από 20 έτη η βάση στήριξης υπάρχει πιθανότητα να έχει μείνει χωρίς καμμία αντιδιαβρωτική προστασία, με τις ανάλογες συνέπειες στην στατική επάρκεια της κατασκευής.

Πλήρης απώλεια του στρώματος ψευδαργύρου σε προγαλβανισμένη βάση στήριξης

Ένας επιπλέον λόγος για τον οποίον το προγαλβανισμένο έλασμα είναι ακατάλληλο για χρήση σε φωτοβολταικά πάρκα είναι ότι τα σημεία στα οποία έχει κοπεί η προγαλβανισμένη λαμαρίνα μένουν χωρίς καμμιά αντιοξειδωτική προστασία. Σ’ αυτές τις περιοχές αναπτύσσεται σχεδόν αμέσως οξείδωση, η οποία και παρεισφύει κάτω από την γαλβανισμένη επιφάνεια (γνωστό και ως creep corrosion). Το αποτέλεσμα είναι ακόμη μικρότερη διάρκεια ζωής. Γι’ αυτό τον λόγο και το DIN 55928 – 8 στην παράγραφο 7 τονίζει ότι σε πάχη ελάσματος άνω του 1,5 mm είναι απαραίτητο να υπάρχει προστασία και στα σημεία όπου κόβεται το έλασμα και ο μόνος τρόπος να το επιτύχουμε αυτό είναι με γαλβάνισμα εν θερμώ μετά την κατασκευή.

Τυπική περίπτωση οξείδωσης προγαλβανισμένης βάσης στήριξης λόγω του φαινομένου creep corrosion

Τα πράγματα χειροτερεύουν ακόμη περισσότερο αν λάβουμε υπ΄όψιν μας ότι το ποσοστό σφάλματος, όταν κάνουμε υπολογισμό με χρήση μαθηματικών τύπων για την μέγιστη απώλεια ψευδαργύρου, μπορει να είναι εως και +50% (ISO 9223, Table A1).

Οπότε σε περίπτωση κατά την οποία χρησιμοποιήσουμε προγαλβανισμένο υλικό γιά την ανωδομή, ήδη απο τα 10 έτη πρέπει να αρχίσουμε προληπτική συντήρηση της βάσης (ISO 14713, Table 2), με ότι σημαίνει αυτό κοστολογικά. Άλλωστε στην Ελλάδα καμμία προγαλβανισμένη βάση στήριξης δεν έχει κλείσει 20 έτη λειτουργίας, έτσι ώστε να έχουμε εμπειρικά τουλάχιστον στοιχεία για την αντοχή της.

ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΛΛΗΛΟ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΠΑΣΣΑΛΟΥΣ

Μια τελείως διαφορετική εικόνα έχουμε για την διάβρωση των πασσάλων εντός του εδάφους. Οι πολύ μεγάλες διαφορές στην σύσταση και τις φυσικές / χημικές ιδιότητες των εδαφών (π.χ. το pH μπορεί να κυμαίνεται απο 2,6 έως και 12) σημαίνουν ότι έχουμε μεγάλη ανομοιογένεια στην ταχύτητα διάβρωσης των πασσάλων. Μία εκτίμηση μπορούμε να έχουμε εάν κάνουμε εδαφοτεχνική μελέτη στο χώρο του έργου. Σε κάθε περίπτωση όμως η κατασκευή πασσάλων γαλβανισμένων εν θερμώ μετά την κατασκευή είναι απολύτως απαραίτητη και για δύο επιπλέον λόγους:

1. δεν βλέπουμε τι συμβαίνει στην επιφάνεια του πασσάλου, σε αντίθεση με την ανωδομή, οπότε μπορεί να έχει χαθεί όλο το γαλβάνισμα χωρίς να το αντιληφθούμε

2. ακόμη και εάν το αντιληφθούμε οι επεμβάσεις που μπορούμε να κάνουμε είναι ιδιαίτερα κοστοβόρες (εκ των υστέρων μπετόπηξη ή προσθήκη καθοδικής προστασίας) 

Διάβρωση πασσάλου μετά από μόλις 2 έτη απο την εγκατάσταση

ΠΡΟΣΘΕΤΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΕΝΑΝΤΙ ΤΟΥ ΑΝΕΜΟΥ

Όπως είναι γνωστό, σύμφωνα με τον Ευρωκώδικα, η χώρα μας διαιρείται σε 2 περιοχές ανέμου:

• 33 m/sec για τις παραθαλάσσιες περιοχές (έως 10km. από την ακτή)
• 27 m/sec για όλες τις υπόλοιπες περιοχές.

Η ELVAN συνιστά ιδιαιτέρως πρίν από κάθε εγκατάσταση να γίνεται και μια τοπική εκτίμηση των συνθηκών στην περιοχή. Δεν είναι σπάνιες οι περιπτώσεις όπου σε περιοχές των 27 m/sec (κατά Ευρωκώδικα) έχουμε παρατηρήσει ανέμους πάνω απο 110 km/h, με αποτέλεσμα να πρέπει να ενισχύσουμε την βάση στήριξης εκ των υστέρων. Και ως γνωστόν: «Κάλλιον το προλαμβάνειν ή το θεραπεύειν»

*Ο Κωνσταντίνος Καστάνης είναι Διευθύνων Σύμβουλος της ELVAN Α.Β.Ε.Ε, Μηχανολόγος Μηχανικός Ε.Μ.Π. με ειδικότητα Ενεργειακού Μηχανικού, και ασχολείται με θέματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας από το 2006. Κατέχει επίσης Master in Business Administration (MBA) από το University of Indianapolis, όπου εκπόνησε τη διατριβή του με θέμα: “Teachings of War History on Corporate Strategy and Leadership”.