Bulloni fotovoltaici: tipologie, materiali e guida alla selezione

Bulloni fotovoltaici sono gli elementi di fissaggio che fissano i pannelli solari, le guide di montaggio, i telai delle scaffalature e gli ancoraggi a terra in un sistema fotovoltaico completo e strutturalmente solido. Non sono bulloni generici da ferramenta. L'ambiente esterno in cui opera un'installazione solare (radiazioni UV, cicli termici da -40°C a 85°C, nebbia salina costiera o inquinamento industriale) impone agli elementi di fissaggio requisiti che il normale acciaio al carbonio non è in grado di soddisfare per una durata di vita del sistema di 25-30 anni.

La scelta della qualità o del materiale sbagliato del bullone può causare corrosione galvanica, allentamento sotto il carico del vento o guasti strutturali che invalidano le garanzie delle apparecchiature e creano rischi per la sicurezza. Questa guida copre i tipi, i materiali, gli standard, i requisiti di coppia e i criteri di selezione che contano di più nelle installazioni fotovoltaiche reali.

Dove vengono utilizzati i bulloni fotovoltaici in un sistema solare

Un tipico sistema fotovoltaico montato su tetto o a terra utilizza elementi di fissaggio su più giunti strutturali, ciascuno con requisiti di carico e condizioni di esposizione diversi:

• Bulloni di fissaggio del pannello: Fissare i morsetti intermedi e quelli terminali che fissano il telaio del pannello alla guida di montaggio. Questi vedono i cicli termici più frequenti poiché le temperature dei pannelli fluttuano quotidianamente.
• Giunzione del binario e bulloni dal binario alla staffa: Collega le sezioni dei binari e fissa i binari alle staffe di montaggio sul tetto o ai pali di terra. Fondamentale per trasferire il sollevamento del vento e i carichi di neve attraverso la struttura.
• Tirafondi per penetrazione del tetto: Ancorare i supporti della scossalina o i piedini di zavorra alle travi del tetto. Richiede acciaio inossidabile per prevenire macchie di ruggine e corrosione all'interno della struttura del tetto.
• Bulloni di ancoraggio per montaggio a terra: Fissare pali battuti, ancoraggi elicoidali o basamenti in cemento al telaio della scaffalatura. Spesso gli elementi di fissaggio più grandi del sistema: da M16 a M24 in installazioni di grandi dimensioni.
• Bulloni di montaggio dell'inverter e della scatola combinatrice: Fissare quadri elettrici a pareti o telai. Richiedono l'isolamento elettrico in alcune configurazioni per evitare correnti vaganti.
• Hardware di collegamento a terra: Bulloni flangiati seghettati o clip di messa a terra che perforano la superficie anodizzata delle guide in alluminio per stabilire la continuità elettrica.

Tipi di bulloni comunemente utilizzati nei sistemi di scaffalature fotovoltaiche

I produttori di scaffalature fotovoltaiche progettano i loro sistemi attorno a geometrie di bulloni specifiche che consentono un'installazione rapida e un bloccaggio affidabile senza serrare eccessivamente i sottili profili di alluminio. I tipi più comuni sono:

Selezione dei materiali: perché l'acciaio inossidabile domina gli elementi di fissaggio PV

La decisione materiale più importante per i bulloni fotovoltaici è la resistenza alla corrosione. I sistemi solari sono progettati per Durata operativa di 25-30 anni e gli elementi di fissaggio devono sopravvivere all'intero periodo senza allentamenti, grippaggi o degrado strutturale indotti dalla ruggine.

Acciaio inossidabile A2 (304) rispetto a A4 (316)

La maggior parte dei sistemi di scaffalature fotovoltaiche specificano bulloni in acciaio inossidabile A2 o A4. La differenza pratica è il contenuto di molibdeno: L'acciaio inossidabile A4 (316) contiene il 2–3% di molibdeno , che migliora notevolmente la resistenza alla corrosione per vaiolatura indotta da cloruri, la modalità di guasto specifica negli ambienti costieri e marini. A2 (304) è adatto per installazioni interne; A4 (316) dovrebbe essere utilizzato all'interno 1–5 km di costa o in zone industriali con cloruri presenti nell'aria.

Acciaio zincato a caldo (HDG) per montaggio a terra

Le grandi installazioni a terra, in particolare i parchi solari su scala industriale, spesso utilizzano bulloni strutturali zincati a caldo (HDG) per i bulloni di ancoraggio e i collegamenti del telaio primario. Spessore del rivestimento HDG di 85 µm o superiore (secondo ASTM A153 o ISO 1461) fornisce 30-50 anni di protezione dalla corrosione nella maggior parte degli ambienti del suolo a costi significativamente inferiori rispetto all'hardware interamente in acciaio su larga scala. L'HDG non è consigliato laddove avviene il contatto diretto con le scaffalature in alluminio, a causa del rischio di corrosione galvanica.

Corrosione galvanica: il rischio nascosto nelle interfacce alluminio-acciaio

Praticamente tutte le guide per scaffalature fotovoltaiche sono in alluminio estruso (6005-T5 o 6061-T6). Quando i bulloni in acciaio inossidabile entrano in contatto con l'alluminio in un ambiente umido, si forma una cella galvanica. Nella serie galvanica, l'acciaio inossidabile e l'alluminio hanno una distanza di 0,25–0,50 V — abbastanza vicino da far sì che i bulloni A2/A4 siano generalmente considerati accettabili in questo abbinamento. Tuttavia, i bulloni in acciaio al carbonio o HDG a diretto contatto con l’alluminio sono problematici: la differenza di potenziale accelera la corrosione dell’alluminio in corrispondenza del giunto. Utilizzare sempre hardware inossidabile o compatibile con l'alluminio sulle interfacce alluminio-elemento di fissaggio.

Requisiti di qualità e resistenza dei bulloni per applicazioni fotovoltaiche

I bulloni fotovoltaici devono resistere a carichi di sollevamento del vento, carichi di neve e forze sismiche sostenuti per decenni. La resistenza del bullone è definita dalla classe di proprietà (sistema metrico) o dal grado (pollici):

Per la maggior parte dei sistemi su tetto residenziali e commerciali, L'acciaio inossidabile A2-70 è la specifica standard . L'aggiornamento a A4-80 è consigliabile per i siti costieri, le aree con vento forte (velocità del vento ASCE 7 ≥ 130 mph) o qualsiasi installazione in cui i calcoli strutturali dell'ingegnere della scaffalatura richiedono un precarico dei bulloni più elevato.

Specifiche di coppia per bulloni PV: perché un serraggio eccessivo è pericoloso quanto un serraggio insufficiente

Le specifiche di coppia per i bulloni fotovoltaici sono più rigide di quanto la maggior parte degli installatori si aspetti. Le estrusioni di alluminio utilizzate nelle scaffalature solari sono relativamente morbide: L'alluminio 6005-T5 ha un limite di snervamento di soli 240 MPa rispetto ai 700 MPa dei bulloni in acciaio inox che vi si avvitano. Una coppia eccessiva rimuove le filettature nel dado di alluminio o nel canale della rotaia, richiedendo la sostituzione dell'intera sezione della rotaia.

Una coppia insufficiente lascia il giunto non sufficientemente precaricato, consentendo il movimento in presenza di vibrazioni del vento che causano affaticamento da sfregamento e allentamento graduale. Valori di coppia tipici specificati dal produttore per le dimensioni comuni dei bulloni PV:

Utilizzare sempre una chiave dinamometrica calibrata per il serraggio finale. Gli avvitatori a percussione impostati sulla coppia massima non sono accettabili per i bulloni di fissaggio dei pannelli fotovoltaici: di solito superano i limiti del produttore. Molti produttori di scaffalature specificano i valori di coppia a secco (senza lubrificante); se viene applicato un lubrificante antigrippaggio o per filettature, ridurre la coppia di circa il 20–25% per ottenere la stessa forza di serraggio.

Caratteristiche anti-allentamento: prevenzione dell'allentamento dei bulloni per oltre 25 anni

Le installazioni solari sono soggette a vibrazioni continue di bassa ampiezza dovute al vento e all'espansione e contrazione termica quotidiana della guida in alluminio (l'alluminio si espande a 23,6 µm/m·°C — una sezione di binario di 6 metri cresce e si restringe di circa 12 mm tra una temperatura notturna invernale di -10°C e una temperatura superficiale del pannello estiva di 60°C). Questo movimento può gradualmente ritirare i bulloni privi di dispositivi anti-allentamento.

Le comuni soluzioni anti-allentamento utilizzate nei sistemi fotovoltaici includono:

• Controdadi con inserto in nylon (Nyloc): La soluzione più utilizzata nel fotovoltaico su tetto. Il collare in nylon afferra la filettatura del bullone e resiste alla rotazione. Efficace fino a circa 100°C: verificare l'idoneità se gli involucri della scatola di giunzione creano calore localizzato.
• Dadi e bulloni flangiati seghettati: Le dentellature mordono la superficie di accoppiamento e resistono meccanicamente alla rotazione. Utilizzato per la messa a terra di collegamenti e giunti strutturali in cui la durezza della superficie consente alle dentellature di impegnarsi correttamente.
• Rondelle elastiche: Generalmente considerati meno affidabili dei dadi Nyloc sotto carico dinamico secondo il test di vibrazione DIN 65151: utilizzare solo dove specificato dal produttore della scaffalatura.
• Adesivo frenafiletti (Loctite 243 o equivalente): Efficace per bulloni di piccolo diametro in posizioni a basse vibrazioni. Non pratico per le connessioni sul campo che potrebbero richiedere un futuro serraggio o riposizionamento del pannello.
• Configurazione a due dadi (controdado): Utilizzato su gambe di regolazione con montaggio a terra dove sono richieste sia resistenza alle vibrazioni che regolabilità sul campo.

Standard e certificazioni relative ai bulloni fotovoltaici

Le certificazioni dei sistemi fotovoltaici e i permessi strutturali richiedono sempre più che i dispositivi di fissaggio soddisfino standard materiali e dimensionali documentati. Le norme più referenziate sono:

• ISO 3506: Il principale standard internazionale che regola le proprietà meccaniche degli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile. Specifica le classi di proprietà A2-70, A2-80, A4-70 e A4-80. I certificati di conformità che fanno riferimento alla norma ISO 3506 sono richiesti da molti appaltatori EPC su scala industriale.
• ASTM F593/F594: Equivalente statunitense per bulloni e dadi in acciaio inossidabile. Necessario per progetti conformi alle normative edilizie statunitensi in cui non è specificato l'hardware metrico ISO.
• ASTM A307/A325/A490: Regolamentare i bulloni strutturali in acciaio al carbonio e legato utilizzati nelle strutture in acciaio HDG montate a terra.
• ISO 1461/ASTM A153: Specificare lo spessore minimo del rivestimento per gli elementi di fissaggio zincati a caldo: fondamentale per verificare la resistenza alla corrosione dei bulloni di ancoraggio HDG.
• CEI 61215 / CEI 61730: Sebbene si tratti di standard per moduli, regolano indirettamente l'hardware di montaggio specificando le condizioni di carico meccanico (vento, neve, grandine) che le scaffalature e gli elementi di fissaggio devono essere progettati per resistere.

Per le installazioni soggette a autorizzazione, richiedere ai fornitori di bulloni i rapporti di prova dei materiali (MTR) o i certificati di conformità che fanno riferimento a questi standard. Gli elementi di fissaggio contraffatti o scadenti etichettati con falsi contrassegni di classe di proprietà sono un problema documentato nelle catene di fornitura a basso costo: la verifica della composizione chimica e della durezza da parte di terzi è consigliabile per progetti di grandi dimensioni che acquistano hardware al di fuori dei canali di distribuzione consolidati.

Lista di controllo pratica per la selezione dei bulloni fotovoltaici

Utilizzare la seguente lista di controllo quando si specificano o si acquistano elementi di fissaggio per un progetto fotovoltaico:

1. Confermare il tipo di bullone richiesto dal manuale di installazione del produttore della scaffalatura (testa a T, testa esagonale, bullone a carrello o bullone a morsa) e non sostituire stili di testa diversi senza l'approvazione tecnica.
2. Seleziona Acciaio inossidabile A4-316 per ambienti costieri, marini o ad alta umidità; L'acciaio inossidabile A2-304 è accettabile per i climi secchi interni.
3. Specificare Classe immobile minima A2-70 o A4-70 per impianti su tetto standard; aggiornamento ad A4-80 per siti con vento forte o carico di neve elevato in base ai calcoli strutturali.
4. Assicurati che tutti i dadi e le rondelle siano dello stesso grado di acciaio inossidabile del bullone: ​​la miscelazione di bulloni A2 con dadi in acciaio al carbonio crea una coppia galvanica che accelera la corrosione del dado.
5. Verificare le disposizioni anti-allentamento: dadi Nyloc per morsetti pannello e la maggior parte dei collegamenti ferroviari; hardware con flangia seghettata dove è richiesta la continuità della messa a terra.
6. Ottenere e archiviare certificati di conformità (ISO 3506 o ASTM equivalente) con la documentazione di progetto a fini di autorizzazione e garanzia.
7. Utilizzare una chiave dinamometrica, non un avvitatore a percussione, per il serraggio finale e registrare i valori di coppia nel rapporto di messa in servizio per qualsiasi riferimento futuro di ispezione O&M.