L’alluminio come spina dorsale strutturale dei sistemi energetici puliti
L’hardware per l’energia pulita è progettato attorno a un mestiere di ingegneria: spostare più energia con meno massa. L’alluminio risponde a questo problema con una densità di 2,70 g/cm3, circa un terzo di quella dell’acciaio, e un percorso di riciclaggio che consuma circa il 5% dell’energia necessaria per la fusione primaria. Per le strutture di montaggio, i componenti della gondola, le sbarre elettriche e le piastre termiche, queste due proprietà - resistenza specifica e basso contenuto di carbonio incorporato - decidono la scelta del materiale più spesso di qualsiasi altro fattore.
I gradi utilizzati nell'hardware energetico sono già ben standardizzati. I telai e gli alloggiamenti estrusi sono prodotti in EN AW-6063-T6 o EN AW-6061-T6 secondo EN 755-2 o ASTM B221; le sbarre collettrici e gli involucri utilizzano fogli e strisce EN AW-1350 o 1050A conformi a ASTM B209; le piastre degli scambiatori di calore e i canali di raffreddamento utilizzano il 3003 o il 5052. I progettisti raramente hanno bisogno di una nuova lega: hanno bisogno di stato documentato, planarità, saldabilità e un sistema di corrosione adatto al sito di installazione.
Densità: 2,70 g/cm3 per estrusioni 6xxx, contro 7,85 g/cm3 per l'acciaio al carbonio.
Conduttività elettrica: circa 61% IACS per sbarre 1350, 53% IACS per profili 6063.
Riciclabilità: l'alluminio rifuso conserva la sua famiglia di leghe, quindi i circuiti chiusi sono pratici.
Controllo della corrosione: pellicola di ossido naturale più anodizzazione secondo EN ISO 7599 o verniciatura a polvere.
Montaggio e inseguitori solari: durata della corrosione di 30 anni e precisione di inseguimento
Le strutture di inseguimento a-inclinazione fissa e-ad asse singolo in luoghi costieri o ad alta-umidità sono specificate per una durata di servizio compresa tra 25 e 30 anni. Questo obiettivo è realistico con gli estrusi EN AW-6063-T6 o 6005A-T6 anodizzati secondo EN ISO 7599 con classe di rivestimento AA15 o AA20 per siti classificati C4 o C5 secondo ISO 9223, o verniciati a polvere con una pellicola secca da 60 a 80 micrometri per atmosfere marine C5-M. Su ogni giunto vengono utilizzati elementi di fissaggio in acciaio inossidabile in A2 o A4 secondo ISO 3506, con rondelle isolanti laddove l'alluminio incontra un metallo diverso, per rompere le coppie galvaniche.
La precisione di guida e di controllo conta tanto quanto il telaio. I moderni inseguitori a asse singolo-mantengono il modulo normale entro più o meno 0,1 gradi dalla posizione solare calcolata tramite feedback a circuito chiuso-, quindi il guadagno di tracciamento non viene perso a causa del gioco meccanico o dell'assestamento delle fondamenta. Sugli array bifacciali, l'irradianza del lato posteriore- aggiunge un ulteriore contributo che in genere è pari a circa il 5% con un'albedo del terreno compresa tra 0,2 e 0,3, a condizione che l'altezza dell'array e il passo delle file siano impostati correttamente e che il lato posteriore non sia ombreggiato dal tubo di torsione.
La verifica strutturale determinante resta il carico del vento. Le strutture vengono verificate rispetto alla velocità del vento di base del sito e alla categoria del terreno, e gli inseguitori vengono portati nella posizione di stoccaggio al di sotto della soglia del vento di progetto in modo che l'area prevista più piccola sia esposta alla tempesta. I test di carico meccanico a livello di modulo- seguono la sequenza di 2400 Pa della norma IEC 61215-2, che stabilisce un pavimento utile per l'interfaccia di montaggio anche quando un progetto aumenta i propri requisiti di neve e sollevamento.
Turbine eoliche: gondole, inserti di pale-radici e contenuti riciclati
Gli alloggiamenti delle navicelle, i telai dei generatori e i condotti di raffreddamento sono sempre più specificati in alluminio, dove la priorità è la massa sopra la torre e la dissipazione del calore piuttosto che la rigidità grezza. Gli inserti delle pale-root e i componenti del mozzo sono sottoposti a un ciclo di lavoro più impegnativo: un rotore di classe 5 MW gira a circa 10-12 giri al minuto, il che equivale a centinaia di milioni di cicli di carico in una durata di servizio di 20-25 anni. Tali interfacce sono qualificate a fatica-in base al numero di cicli anziché in base al solo valore di resistenza statica e il materiale è selezionato sia per la tenacità all'intaglio che per la resistenza allo snervamento.
Il contenuto riciclato è ora una metrica di approvvigionamento a sé stante. Diverse piattaforme di turbine utilizzano più dell'80% di alluminio riciclato per le fusioni delle gondole, i telai interni e le passerelle per cavi, mentre i programmi a ciclo chiuso-restituiscono gli sfridi di lavorazione e i componenti a fine vita--alle fonderie secondarie. Poiché l’alluminio può essere rifuso senza declassare la sua famiglia di leghe, questo ciclo è strutturalmente più semplice rispetto al riciclaggio dei compositi delle lame termoindurenti, che devono essere scomposti chimicamente o termicamente.
Batterie-a scala di rete: sbarre collettrici, piastre termiche e involucri-classificati antincendio
All'interno di un contenitore di accumulo dell'energia della batteria, l'alluminio svolge tre lavori contemporaneamente. Le sbarre collettrici in 1350 o 6101B conducono al 61% IACS; le piastre di gestione termica in 3003 o 6063 mantengono la temperatura delle celle all'interno della finestra compresa tra 15 e 35 gradi Celsius che protegge il ciclo di vita; e le scaffalature modulari consentono di scalare un sito da un megawattora a cento utilizzando gli stessi profili di estrusione.
| Proprietà | Sbarra 1350 | Sbarra 6101B | Telaio 6063 | Piastra 3003 |
|---|---|---|---|---|
| Conduttività (% IACS) | 61 | 55 | 53 | 41 |
| Conduttività termica (W/mK) | 234 | 218 | 200 | 193 |
| Resistenza alla trazione tipica (MPa) | 110 | 200 | 205 | 150 |
| Ruolo primario | Collegamenti CC | Sbarre a cremagliera | Cremagliere e cornici | Piatti freddi |
La sicurezza antincendio è una specifica piuttosto che una linea di marketing. Gli involucri e le barriere interne vengono valutati con i metodi di test UL 9540 e UL 9540A, che esaminano la propagazione dell'instabilità termica a livello di cella- invece di fare affidamento su una singola classificazione antincendio dell'involucro. L'elevata conduttività termica dell'alluminio aiuta a diffondere il calore lontano da una cella guasta, mentre gli strati intermedi intumescenti e riempiti di minerali-gestiscono i picchi di temperatura stessi.
Geotermico e idroelettrico: dove va bene l’alluminio e dove no
Le salamoie geotermiche sono chimicamente aggressive: l'idrogeno solforato, i cloruri e i solidi disciolti attaccano la maggior parte dei metalli, quindi le corde dell'involucro del pozzo sono specificate in leghe resistenti alla corrosione-o in acciaio rivestito anziché in alluminio. Il ruolo realistico dell'alluminio risiede negli scambiatori di calore a piastre lato superficie - in 3003 o 5052 dove la chimica della salamoia rimane vicina alla neutralità e i livelli di cloruro sono controllati, nelle guaine isolanti dei tubi, nel rivestimento della sala turbine e nei sistemi di passerelle dove la massa ridotta riduce i tempi di installazione.
La ristrutturazione idroelettrica è una soluzione più naturale. I componenti della porta pedonale in alluminio e bronzo resistono alla cavitazione e alle lunghe immersioni, i gruppi del rotore del generatore e dell'eccitatore riducono la massa rotante e gli aggiornamenti dei cestelli della spazzatura e dello schermo traggono vantaggio dal peso ridotto dei profili in alluminio durante l'installazione all'interno di un'unità drenata. Laddove sono specificati schermi di aspirazione adatti ai pesci, i telai in alluminio consentono una spaziatura delle barre più ridotta senza sovraccaricare la struttura di supporto o l'attrezzatura di sollevamento.
FAQ: Alluminio nei progetti di energia pulita
D: Quale tipo di alluminio viene utilizzato per le guide di montaggio solari?
Le estrusioni EN AW-6063-T6 e 6005A-T6 conformi a EN 755-2 o ASTM B221 sono le scelte standard, anodizzate secondo EN ISO 7599 in AA15 o AA20 per i siti costieri.
D: Perché per le sbarre delle batterie viene utilizzato l'alluminio anziché il rame?
L'alluminio fornisce circa il 61% della conduttività del rame a circa un terzo della densità, quindi una sezione trasversale più grande-trasporta la stessa corrente a circa la metà della massa e a un costo inferiore.
D: Quanto dura una struttura dell'inseguitore in alluminio in un clima marino?
Con l'anodizzazione AA20 o un rivestimento in polvere da 60 a 80 micrometri per l'esposizione ISO 9223 C5-M, è possibile ottenere una durata compresa tra 25 e 30 anni quando gli elementi di fissaggio e le rondelle isolanti sono specificati correttamente.
D: L’alluminio può essere utilizzato per l’involucro geotermico del pozzo?
No. L'idrogeno solforato e le soluzioni saline ad alto-cloruro superano l'involucro di corrosione dell'alluminio, quindi l'involucro utilizza leghe resistenti alla corrosione-o acciaio rivestito mentre l'alluminio serve scambiatori superficiali e rivestimenti.
D: Quale contenuto riciclato è realistico nei componenti delle turbine eoliche?
Diverse piattaforme puntano a più dell'80% di alluminio riciclato per le fusioni delle gondole e le parti interne, supportate dal ritorno a ciclo chiuso-dei trucioli di lavorazione alle fonderie secondarie.
D: È meglio l'anodizzazione o la verniciatura a polvere per le strutture energetiche esterne?
L'anodizzazione secondo EN ISO 7599 è adatta ai telai marini e esposti all'abrasione-, mentre la verniciatura a polvere offre controllo del colore e costi inferiori per il servizio generale all'aperto; entrambi richiedono una corretta selezione della lega per evitare striature.
