Fotovoltaïsche bouten: typen, materialen en selectiegids

Fotovoltaïsche bouten zijn de bevestigingsmiddelen die zonnepanelen, montagerails, stellingframes en grondankers bevestigen tot een compleet, structureel gezond PV-systeem. Het zijn geen generieke bouten voor de ijzerhandel. De buitenomgeving waarin een zonne-energie-installatie werkt – UV-straling, thermische cycli van −40°C tot 85°C, zoutnevel aan de kust of industriële vervuiling – stelt eisen aan bevestigingsmiddelen waaraan gewoon koolstofstaal niet kan voldoen gedurende een systeemlevensduur van 25 tot 30 jaar.

Het kiezen van de verkeerde boutkwaliteit of het verkeerde materiaal kan leiden tot galvanische corrosie, losraken onder windbelasting of structureel falen waardoor de garantie op de apparatuur vervalt en veiligheidsrisico's ontstaan. Deze gids behandelt de typen, materialen, normen, koppelvereisten en selectiecriteria die er het meest toe doen in echte PV-installaties.

Waar fotovoltaïsche bouten worden gebruikt in een zonnestelsel

Een typisch PV-systeem op het dak of op de grond maakt gebruik van bevestigingsmiddelen bij meerdere structurele verbindingen, elk met verschillende belastingsvereisten en blootstellingsomstandigheden:

• Paneelklembouten: Zet de middenklemmen en eindklemmen vast die het paneelframe op de montagerail houden. Deze zien de meest voorkomende thermische cycli, aangezien de paneeltemperaturen dagelijks fluctueren.
• Railverbindings- en rail-naar-beugelbouten: Verbind railsecties en bevestig rails aan dakmontagebeugels of grondpalen. Cruciaal voor het overbrengen van windbelastingen en sneeuwbelastingen door de constructie.
• Vertragingsbouten voor dakdoorvoer: Veranker flitsbevestigingen of ballastvoeten aan dakspanten. Vereist roestvrij staal om roestvlekken en corrosie in de dakconstructie te voorkomen.
• Ankerbouten voor grondmontage: Bevestig heipalen, spiraalvormige ankers of betonnen funderingen aan het stellingframe. Vaak de grootste bevestigingsmiddelen in het systeem: M16 tot M24 in grote installaties op utiliteitsschaal.
• Montagebouten omvormer- en combikast: Bevestig elektrische behuizingen aan muren of frames. In sommige configuraties is elektrische isolatie vereist om zwerfstromen te voorkomen.
• Aardingshardware: Getande flensbouten of aardingsklemmen die het geanodiseerde oppervlak van aluminium rails doorboren om elektrische continuïteit te bewerkstelligen.

Bouttypen die vaak worden gebruikt in PV-reksystemen

Fabrikanten van PV-stellingen ontwerpen hun systemen rond specifieke boutgeometrieën die een snelle installatie en betrouwbare klemming mogelijk maken zonder dunne aluminium profielen te strak aan te draaien. De meest voorkomende soorten zijn:

Materiaalkeuze: waarom roestvrij staal PV-bevestigingsmiddelen domineert

De allerbelangrijkste materiaalbeslissing voor fotovoltaïsche bouten is corrosiebestendigheid. Zonnesystemen zijn ontworpen voor Operationele levensduur van 25-30 jaar en de bevestigingsmiddelen moeten die hele periode overleven zonder door roest veroorzaakt losraken, vastlopen of structurele degradatie.

Roestvrij staal A2 (304) versus A4 (316)

De meeste PV-stellingsystemen specificeren roestvrijstalen bouten van A2- of A4-formaat. Het praktische verschil is het molybdeengehalte: A4 (316) roestvrij staal bevat 2–3% molybdeen , wat de weerstand tegen door chloride geïnduceerde putcorrosie dramatisch verbetert – de specifieke faalwijze in kust- en mariene omgevingen. A2 (304) is geschikt voor installaties in het binnenland; Binnen moet A4 (316) worden gebruikt 1 à 5 km kustlijn of in industriële zones met chloriden in de lucht.

Thermisch verzinkt (HDG) staal voor grondmontage

Grote op de grond gemonteerde installaties – met name zonneparken op utiliteitsschaal – maken vaak gebruik van thermisch verzinkte (HDG) structurele bouten voor ankerbouten en primaire frameverbindingen. HDG-laagdikte van 85 µm of groter (volgens ASTM A153 of ISO 1461) biedt 30-50 jaar corrosiebescherming in de meeste bodemomgevingen tegen aanzienlijk lagere kosten dan volledig roestvrijstalen hardware op grote schaal. HDG wordt niet aanbevolen wanneer direct contact met aluminium stellingen plaatsvindt, vanwege het risico op galvanische corrosie.

Galvanische corrosie: het verborgen risico bij aluminium-staal-interfaces

Vrijwel alle PV-stellingrails zijn van geëxtrudeerd aluminium (6005-T5 of 6061-T6). Wanneer roestvrijstalen bouten in een natte omgeving in contact komen met aluminium, vormt zich een galvanische cel. Bij de galvanische series ligt er een onderlinge afstand van 0,25–0,50 V van roestvrij staal en aluminium — zo dichtbij dat A2/A4-bouten in deze combinatie over het algemeen als acceptabel worden beschouwd. Koolstofstalen of HDG-bouten die in direct contact komen met aluminium zijn echter problematisch: het potentiaalverschil versnelt aluminiumcorrosie bij de verbinding. Gebruik altijd roestvrijstalen of aluminium-compatibele hardware bij interfaces tussen aluminium en bevestigingsmiddel.

Vereisten voor boutkwaliteit en sterkte voor PV-toepassingen

PV-bouten moeten tientallen jaren lang bestand zijn tegen aanhoudende windbelastingen, sneeuwbelastingen en seismische krachten. De sterkte van de bout wordt gedefinieerd door de eigenschapsklasse (metrisch) of de kwaliteit (inch):

Voor de meeste residentiële en commerciële daksystemen is A2-70 roestvrij staal is de standaardspecificatie . Upgraden naar A4-80 is aan te raden voor kustlocaties, gebieden met veel wind (ASCE 7 windsnelheid ≥ 210 km/uur) of elke installatie waarbij de structurele berekeningen van de stellingingenieur een hogere boutvoorspanning vereisen.

Koppelspecificaties voor PV-bouten: waarom te strak aandraaien net zo gevaarlijk is als te weinig aandraaien

De koppelspecificaties voor fotovoltaïsche bouten zijn strenger dan de meeste installateurs verwachten. De aluminium extrusies die in zonne-stellingen worden gebruikt, zijn relatief zacht - 6005-T5 aluminium heeft een vloeigrens van slechts 240 MPa vergeleken met 700 MPa voor de roestvrijstalen bouten die erin passen. Door te strak aandraaien wordt de schroefdraad in de aluminium moer of het railkanaal verwijderd, waardoor vervanging van het gehele railgedeelte nodig is.

Door te weinig aandraaien wordt het gewricht onvoldoende voorgespannen, waardoor beweging onder windtrillingen mogelijk is, wat vermoeidheid door wrijving en geleidelijk loskomen veroorzaakt. Typische, door de fabrikant opgegeven koppelwaarden voor gangbare PV-boutmaten:

Gebruik voor het definitieve aandraaien altijd een gekalibreerde momentsleutel. Slagmoersleutels die op het maximale koppel zijn ingesteld, zijn niet acceptabel voor klembouten van PV-panelen; ze overschrijden routinematig de limieten van de fabrikant. Veel stellingfabrikanten specificeren aanhaalmomenten droog (geen smeermiddel); Als er anti-seize- of draadsmeermiddel wordt aangebracht, verlaag dan het koppel met ongeveer 20–25% om dezelfde klemkracht te bereiken.

Anti-loslatingseigenschappen: Voorkomt het loskomen van bouten gedurende 25 jaar

Zonne-energie-installaties ervaren voortdurende trillingen met een lage amplitude door de wind en de dagelijkse thermische uitzetting en samentrekking van aluminium rails (aluminium zet uit bij 23,6 µm/m·°C — een railgedeelte van 6 meter groeit en krimpt met ongeveer 12 mm tussen een winternacht van -10°C en een zomeroppervlaktetemperatuur van 60°C). Deze beweging kan geleidelijk bouten terugdraaien die geen voorzieningen tegen losdraaien hebben.

Veel voorkomende anti-loslatingsoplossingen die in PV-systemen worden gebruikt, zijn onder meer:

• Borgmoeren met nylon inzetstuk (Nyloc): De meest gebruikte oplossing voor PV op daken. De nylon kraag grijpt de boutdraad vast en is bestand tegen rotatie. Effectief tot ongeveer 100°C – controleer de geschiktheid als de behuizingen van aansluitdozen plaatselijke hitte veroorzaken.
• Getande flensmoeren en -bouten: De kartels bijten zich in het pasoppervlak en zijn mechanisch bestand tegen rotatie. Gebruikt voor aardverbindingen en structurele verbindingen waarbij de oppervlaktehardheid ervoor zorgt dat de kartels goed in elkaar passen.
• Veerringen: Over het algemeen beschouwd als minder betrouwbaar dan nylon moeren onder dynamische belasting volgens DIN 65151 trillingstests - alleen gebruiken waar gespecificeerd door de fabrikant van de stelling.
• Schroefdraadborgmiddel (Loctite 243 of gelijkwaardig): Effectief voor bouten met een kleine diameter op trillingsarme locaties. Niet praktisch voor veldverbindingen waarvoor in de toekomst mogelijk opnieuw moet worden aangedraaid of het paneel opnieuw moet worden gepositioneerd.
• Configuratie met twee moeren (contramoer): Wordt gebruikt op op de grond gemonteerde stelpoten waar trillingsbestendigheid en in het veld verstelbaarheid beide vereist zijn.

Normen en certificeringen die relevant zijn voor fotovoltaïsche bouten

Certificeringen voor PV-systemen en structurele vergunningen vereisen steeds vaker dat bevestigingsmiddelen voldoen aan gedocumenteerde materiaal- en maatnormen. De meest genoemde normen zijn:

• ISO3506: De belangrijkste internationale norm voor de mechanische eigenschappen van roestvrijstalen bevestigingsmiddelen. Specificeert de eigenschapsklassen A2-70, A2-80, A4-70 en A4-80. Conformiteitscertificaten die verwijzen naar ISO 3506 zijn vereist door veel EPC-aannemers op utiliteitsschaal.
• ASTM F593 / F594: Amerikaans equivalent voor roestvrijstalen bouten en moeren. Vereist voor projecten onder Amerikaanse bouwvoorschriften waarbij metrische ISO-hardware niet is gespecificeerd.
• ASTM A307 / A325 / A490: Beheer structurele bouten van koolstof- en gelegeerd staal die worden gebruikt in HDG-staalconstructies op de grond.
• ISO 1461 / ASTM A153: Specificeer de minimale laagdikte voor thermisch verzinkte bevestigingsmiddelen – essentieel voor het verifiëren van de corrosielevensduur van HDG-ankerbouten.
• IEC 61215 / IEC 61730: Hoewel dit modulestandaarden zijn, bepalen ze indirect de montagehardware door de mechanische belastingsomstandigheden (wind, sneeuw, hagel) te specificeren waartegen stellingen en bevestigingsmiddelen moeten bestand zijn.

Voor vergunningsplichtige installaties kunt u materiaaltestrapporten (MTR's) of conformiteitscertificaten opvragen bij leveranciers van bouten die naar deze normen verwijzen. Vervalste of niet-standaard bevestigingsmiddelen die zijn voorzien van valse eigendomsklassemarkeringen zijn een gedocumenteerd probleem in goedkope toeleveringsketens is verificatie van de chemische samenstelling en hardheid van derden raadzaam voor grote projecten waarbij hardware buiten de gevestigde distributiekanalen wordt betrokken.

Praktische checklist voor het selecteren van fotovoltaïsche bouten

Gebruik de volgende checklist bij het specificeren of aanschaffen van bevestigingsmiddelen voor een PV-project:

1. Bevestig het bouttype dat vereist is in de installatiehandleiding van de fabrikant van de stelling (T-kop, zeskantkop, slotbout of houtdraadbout) en vervang geen andere kopstijlen zonder technische goedkeuring.
2. Selecteer A4-316 roestvrij voor kust-, zee- of omgevingen met hoge luchtvochtigheid; A2-304 roestvrij staal is acceptabel voor droge klimaten in het binnenland.
3. Specificeer Minimale vastgoedklasse A2-70 of A4-70 voor standaard daksystemen; upgrade naar A4-80 voor locaties met veel wind of veel sneeuw volgens structurele berekeningen.
4. Zorg ervoor dat alle moeren en ringen van dezelfde roestvrije kwaliteit zijn als de bout. Door A2-bouten te mengen met koolstofstalen moeren ontstaat een galvanisch koppel dat de corrosie van de moeren versnelt.
5. Controleer de voorzieningen tegen losraken: nylonmoeren voor paneelklemmen en de meeste railverbindingen; gekartelde flenshardware waar continuïteit van de aarding vereist is.
6. Verkrijg en archiveer conformiteitscertificaten (ISO 3506 of ASTM-equivalent) met projectdocumentatie voor vergunnings- en garantiedoeleinden.
7. Gebruik een momentsleutel (geen slagschroevendraaier) voor het laatste aandraaien en noteer de koppelwaarden in het inbedrijfstellingsrapport voor eventuele toekomstige O&M-inspectiereferenties.