Konstrukce na FVE: hliník, nerez, ocel nebo Magnelis?

Ilustrační obrázek

Konstrukce pro fotovoltaiku musí bez údržby vydržet stejně dlouho jako panely. Tedy 25 až 30 let. Volba materiálu proto rozhoduje o životnosti celé instalace, o riziku galvanické koroze i o tom, jestli budete za deset let bourat pole a stavět nové. Projdeme materiály, které se dnes používají, čím se liší a kdy který dává smysl.

Proč na materiálu tolik záleží

Panely mají dnes deklarovanou životnost 25 až 30 let a výrobci na výkon dávají dlouhé záruky. Konstrukce je má přežít. Když ochranný povlak dosluhuje za 10 nebo 12 let, jako se to stává u standardně pozinkované oceli v průmyslovém prostředí, čeká vás rekonstrukce v polovině životnosti FVE. To je většinou dražší než rovnou koupit lepší materiál.

Vstupem do rozhodování je klasifikace korozní zátěže podle ČSN EN ISO 12944-2. Norma dělí prostředí do kategorií C1 až C5 a CX:

• C1: vytápěné vnitřní prostory, koroze prakticky nulová
• C2: nevytápěné budovy, venkovní prostředí s nízkým znečištěním
• C3: městské a průmyslové ovzduší se střední úrovní SO2, přímoří s nízkou salinitou
• C4: průmyslové oblasti, přímoří se střední salinitou, blízkost dopravních koridorů
• C5: agresivní průmyslové atmosféry, přímoří s vysokou salinitou
• CX: extrémní prostředí, například offshore a tropické přímoří

Většina střešních FVE v Česku spadá do C2 nebo C3. Průmyslové haly u frekventovaných silnic, zemědělské provozy a průmyslové zóny se posouvají do C4. A tam standardní žárový zinek dosluhuje dřív než panely.

Ilustrační obrázek

Hliník: základ nosných profilů

Hliník dnes tvoří většinu nosných profilů a příchytek. Je lehký, dobře se opracovává a přirozeně se pasivuje, tenká vrstva oxidu hlinitého ho chrání proti další korozi. S hliníkovými rámy panelů je materiálově kompatibilní, takže mezi rámem a profilem nevzniká galvanický článek.

Pro solární profily se používají slitiny řady 6000 (Al-Mg-Si), tedy EN AW-6005A, EN AW-6060, EN AW-6061, EN AW-6063 a EN AW-6082, podle norem EN 573-3 a EN 755-1,2,9. Nejběžnější je EN AW-6063 T66. Z něj se vyrábí profily typu SOLAR 40x40, 45x40 s kabelovým kanálem, C-lišty i trapézové profily. Standardní délka je 6000 mm.

Sortiment hliníkových profilů na Argos.cz obsahuje základní profily i eloxované varianty. Černý elox vypadá dobře na tmavých panelech a povrchovou úpravou zvyšuje odolnost povrchu.

Hliník volte pro:

• šikmé střechy rodinných domů a menších budov
• balastní systémy na plochých střechách s běžnou zátěží
• prostředí C1 až C3 bez agresivních vlivů

Kde spíš zvažte jinou volbu:

• rozlehlá pole a průmyslové haly s vysokým zatížením větrem, kde ocel vyjde ekonomicky líp
• nejagresivnější prostředí C5 a CX, kde je lepší zvážit ocel s povlakem Magnelis nebo řešení navrhnout s projektantem

Nerezová ocel A2 a A4: šrouby, matice a háky

Nerez se v konstrukcích FVE používá hlavně jako spojovací materiál a jako střešní háky. Jako nosný profil je moc drahá. Ale právě tam, kde spoj drží desítky let na dešti a mrazu, se vyplatí neškudlit.

Rozdíl mezi třídami A2 a A4 je v chemii. A2 (odpovídá AISI 304, značení X5CrNi18-10) má 18 % chromu a 8 až 10 % niklu. A4 (AISI 316, X5CrNiMo17-12-2) přidává 2 až 3 % molybdenu. Molybden výrazně zvyšuje odolnost proti chloridům a slané mlze.

A2 stačí pro:

• běžné střešní instalace ve vnitrozemí
• rodinné domy a standardní venkovní prostředí
• prostředí C1 až C3

A4 volte pro:

• přímořské oblasti a lokality do 10 km od pobřeží
• průmyslové provozy s chemickým znečištěním
• krytá koupaliště a okolí silnic, kde se v zimě solí
• prostředí C4 až C5

Pro Českou republiku vystačí u drtivé většiny instalací třída A2. K A4 sáhněte, když jste u moře, u chemičky nebo přímo u dálnice.

Na Argos.cz najdete kompletní sortiment nerezových šroubů a spojovacího materiálu v provedení A2. Typicky T-šrouby pro upevnění panelů do drážky profilu, kombinované šrouby s horním šestihranem, matice a podložky.

Nerezové střešní háky v provedení A2 pokrývají všechny běžné krytiny. Výškově nastavitelné pro eternit, šindele a plechové střechy, kombinované pro pálené i betonové tašky.

Žárově zinkovaná ocel: klasika, ale s omezenou životností

Ocel s žárovým zinkováním je klasika. Používá se pořád, hlavně u velkých pozemních polí a u nosných rámů, kde záleží na pevnosti a ceně. Hotové díly se zinkují ponorem podle ČSN EN ISO 1461, návrh konstrukce pro zinkování řeší ČSN EN ISO 14713-2. Profily a díly tvarované z plechu se vyrábějí z kontinuálně žárově pozinkovaného pásu podle ČSN EN 10346.

U plechu je nejběžnější povlak Z275, tedy 275 g zinku na m² (obě strany dohromady). V běžném prostředí C2 až C3 vydrží 20 až 40 let. V C4 (blízkost dopravních koridorů, průmyslové zóny, zemědělské provozy) ochranná funkce mizí už za 7 až 12 let. Pod životnost panelů. A to znamená nepříjemnou rekonstrukci v půlce provozu.

Pozor ještě na jednu věc. Když se konstrukce z pozinku na místě řeže, vrtá nebo svařuje, řezné plochy zůstávají bez zinku. Musí se ošetřit opravným zinkovým sprejem. Každé neopravené poškození ubere roky ze životnosti.

Magnelis (ZM310): trojnásobná životnost tam, kde je zle

Magnelis je patentovaný povlak od ArcelorMittalu, který výrazně prodlužuje životnost pozinkované oceli. Označuje se DX51D+ZM310 a povlak o hmotnosti 310 g/m² tvoří 93,5 % zinku, 3,5 % hliníku a 3 % hořčíku. Právě hliník a hořčík dávají Magnelisu vlastnosti, které Z275 nemá.

Ve srovnání se standardním žárovým zinkem:

• Životnost v C4: 30 a více let (Z275 zvládne 7 až 12 let)
• Neutrální solná mlha (NSS dle ISO 9227): 3 000+ hodin bez bílé koroze (Z275 začne bělat po 720 až 960 hodinách)
• Samohojení: díky hořčíku a hliníku se řezné hrany, střižné plochy a místa bodového svařování samovolně dokrývají ochrannou vrstvou. To u klasického zinku nefunguje.
• Lepší snášenlivost s hliníkem: obsah Al v povlaku snižuje riziko galvanické koroze

Magnelis se v posledních letech hodně používá u balastních systémů na plochých střechách velkých hal. Když investor požaduje doloženou životnost na 30 let bez rekonstrukce, ArcelorMittal má na to čísla.

Používá se také u kabelových žlabů a příslušenství FVE. Systém K2 Dome 6 pro ploché střechy kombinuje hliník a Magnelis, aby výsledek v korozní zátěži C4 dožil s panely.

Srovnání materiálů

Konstrukce podle typu střechy

Výběr konstrukce nezávisí jen na materiálu. Rozhoduje hlavně typ střechy a její sklon. Pro každý typ střechy existuje ověřený způsob kotvení.

Šikmá tašková střecha

Nejběžnější řešení u rodinných domů. Panely se kotví střešními háky, které se přišroubují přímo do krokví nebo latí krovu. Po instalaci se taška vrátí zpět nad hák tak, aby střecha zůstala nadále vodotěsná.

Používají se nerezové výškově nastavitelné háky (A2), díky nimž se dají srovnat nerovnosti krokví. Pro pálenou i betonovou tašku existují univerzální kombinované háky, pro eternit a šindele ploché varianty.

Šikmá plechová a trapézová střecha

U plechových krytin s falcem se používají svorky, které se upínají přímo na falc. Bez perforace střešního pláště. To je z hlediska hydroizolace nejšetrnější řešení.

Trapézové plechy se kotví přímo do vrcholu vlny šrouby s EPDM těsnicí podložkou. EPDM guma zvládá UV záření, teplotní výkyvy i mechanické namáhání a spoj spolehlivě těsní. Zatížení je dobré rozložit přes více vln, například pomocí příčných profilů, aby nedošlo k lokálnímu přetížení plechu.

Plochá střecha: balastní systém

Pro ploché střechy je typickou volbou balastní systém. Nekotví se do střešního pláště, konstrukce stojí na podpěrách s podkladními pásy a zatěžuje se betonovými bloky. Dodatečná zátěž se pohybuje od 25 do 60 kg/m² podle větrné oblasti a výšky budovy.

Sklon panelů bývá 10 až 15 stupňů u konfigurací východ-západ (vyšší roční výnos, plnější využití plochy) nebo 15 až 30 stupňů u jižní orientace (vyšší špičkový výkon v poledne). Na Argos.cz najdete samozátěžové konstrukce na ploché střechy i řešení východ-západ 10°.

Právě u balastních systémů má Magnelis největší smysl. Podpěry stojí přímo na ploše, kde se drží vlhkost a kde je koroze nejagresivnější.

Pozemní instalace

Pozemní pole se kotví buď zaráženými profily typu U/C, nebo šroubovicovými zemními vruty. U těžších instalací na betonových základech. Návrh musí splnit zatížení podle Eurokódu:

• ČSN EN 1991-1-3 (zatížení sněhem)
• ČSN EN 1991-1-4 (zatížení větrem)

U pozemních polí bývá nosná část z pozinkované oceli (často Magnelis), zatímco profilové kolejnice a příchytky panelů zůstávají hliníkové.

Ilustrační obrázek

Galvanická koroze: pozor na kombinaci kovů

Galvanická koroze vzniká, když se dva různé kovy dostanou do elektrického kontaktu a je mezi nimi elektrolyt. Voda s ionty, srážková voda, kondenzace. Méně ušlechtilý kov se pak elektrochemicky rozpouští jako obětovaná anoda. U FVE je to reálné riziko. Konstrukce téměř vždy kombinuje minimálně dva až tři různé kovy.

Rizikové kombinace:

• Hliník + velké plochy nerezu A2/A4 ve vlhkém prostředí (nerez je ušlechtilejší, hliník koroduje; u šroubů je riziko nízké, viz níže)
• Hliník + měď (velký rozdíl potenciálů, hliník mizí rychle)
• Standardní zinek + nerez v mokru (zinek se obětuje, po jeho odstranění koroduje ocel pod ním)

Bezpečné kombinace:

• Hliník + hliník
• Magnelis + hliník (obsah Al v povlaku snižuje potenciálový rozdíl)
• Nerez A4 + nerez A4

Ochrana:

• EPDM nebo nylonové podložky mezi rozdílnými kovy
• Plastová pouzdra pro šrouby procházející několika materiály
• Vhodné nátěry nebo izolační vrstvy
• Spojovací materiál z kovu ušlechtilejšího nebo stejného, jako je konstrukce

V praxi platí jedno pravidlo: pokud stavíte hliníkovou konstrukci, používejte nerezové šrouby A2. Nerez je proti hliníku "malá" plocha, riziko je nízké. Nikdy nedávejte běžný pozinkovaný šroub do hliníkového profilu ve venkovní instalaci. Tenký zinkový povlak šroubu rychle zmizí a ocel pod ním začne rezavět.

Normy, které musíte znát

Návrh a instalace konstrukce FVE se řídí několika normami. Pro projektanta jsou povinné, pro poučeného zákazníka jde o užitečný slovník:

• ČSN EN 1090 požadavky na CE značení ocelových a hliníkových konstrukcí, dělí je do tříd provedení EXC1 až EXC4
• ČSN EN ISO 1461 žárové zinkování ponorem
• ČSN EN ISO 14713-2 navrhování konstrukcí pro žárové zinkování
• ČSN EN 10346 kontinuálně žárově pokovené ploché ocelové výrobky (plechy Z275, Magnelis)
• ČSN EN ISO 12944-2 klasifikace korozních zátěží (C1 až CX)
• ČSN EN 1991-1-3 Eurokód pro zatížení sněhem
• ČSN EN 1991-1-4 Eurokód pro zatížení větrem
• EN 573-3, EN 755-1,2,9 hliníkové profily (chemické složení, mechanické vlastnosti, rozměry)

Statické posouzení konstrukce a nosné střechy je u větších instalací povinnou součástí projektové dokumentace. Zvláštní kapitolu představují střechy z trapézových plechů. Přidané zatížení FVE mění statické chování a při návějích sněhu vzniká reálné riziko průhybu nebo poškození.

Praktická doporučení podle situace

Rodinný dům, šikmá tašková střecha, vnitrozemí:
Hliníkové profily EN AW-6063, nerezové háky A2, nerezový spojovací materiál A2. Standardní řešení, které vydrží přes 30 let.

Rodinný dům, plochá střecha:
Balastní hliníková konstrukce s eloxovanými profily, spojovací materiál A2. Bez perforace hydroizolace.

Průmyslová hala, plochá střecha, blízkost dopravního koridoru:
Balastní systém s podpěrami z Magnelisu ZM310, hliníkové kolejnice, spojovací materiál A4. Bezúdržbový provoz po celou životnost panelů.

Pozemní pole, zemědělské družstvo:
Kotvení šroubovicovými vruty nebo zaráženými profily z pozinkované oceli (Magnelis u agresivnějších půd), hliníkové kolejnice, spojovací materiál A2.

Přímoří, chemický průmysl, agresivní prostředí:
Eloxovaný hliník, spojovací materiál A4 všude. U větších instalací zvažte Magnelis pro nosné části.

Závěr

Výběr konstrukce rozhoduje o tom, jak dlouho bude FVE bez potíží vyrábět. Hliník se na nosné profily hodí téměř všude. Nerez A2 nebo A4 pro spojovací materiál a háky. Žárově zinkovaná ocel se hodí do čistého prostředí u pozemních polí. Magnelis tam, kde jde o dlouhou životnost bez údržby v agresivních podmínkách.

Hlavní faktory při rozhodování jsou tři: korozní zátěž prostředí, typ střechy a plánovaná životnost. Při kombinaci různých kovů nezapomínejte na EPDM podložky a izolační prvky. Zabrání galvanické korozi. A pokud si nejste jistí, obraťte se na projektanta. Posoudí konkrétní podmínky a navrhne řešení podle Eurokódu.