Parafusos Fotovoltaicos: Tipos, Materiais e Guia de Seleção

Parafusos fotovoltaicos são os fixadores que fixam painéis solares, trilhos de montagem, estruturas de rack e âncoras de aterramento em um sistema fotovoltaico completo e estruturalmente sólido. Eles não são parafusos genéricos de loja de ferragens. O ambiente externo em que uma instalação solar opera - radiação UV, ciclos térmicos de -40°C a 85°C, névoa salina costeira ou poluição industrial — impõe exigências aos fixadores que o aço carbono comum não consegue atender durante uma vida útil do sistema de 25 a 30 anos.

A escolha do tipo ou material errado do parafuso pode causar corrosão galvânica, afrouxamento sob carga de vento ou falha estrutural que anula as garantias do equipamento e cria riscos de segurança. Este guia aborda os tipos, materiais, padrões, requisitos de torque e critérios de seleção mais importantes em instalações fotovoltaicas reais.

Onde os parafusos fotovoltaicos são usados em um sistema solar

Um sistema fotovoltaico típico montado no telhado ou no solo utiliza fixadores em múltiplas juntas estruturais, cada uma com diferentes requisitos de carga e condições de exposição:

• Parafusos de fixação do painel: Prenda os grampos intermediários e terminais que prendem a estrutura do painel ao trilho de montagem. Eles apresentam os ciclos térmicos mais frequentes, pois as temperaturas do painel flutuam diariamente.
• Emenda do trilho e parafusos do trilho ao suporte: Conecte as seções dos trilhos e prenda os trilhos aos suportes de montagem no telhado ou aos postes de aterramento. Crítico para transferir cargas de vento e neve através da estrutura.
• Parafusos de retenção de penetração no telhado: Ancore montagens intermitentes ou pés de lastro nas vigas do telhado. Exige aço inoxidável para evitar manchas de ferrugem e corrosão dentro da estrutura do telhado.
• Parafusos de ancoragem para montagem no solo: Prenda estacas cravadas, âncoras helicoidais ou bases de concreto à estrutura das estantes. Freqüentemente, os maiores fixadores do sistema — M16 a M24 em instalações de grande escala.
• Parafusos de montagem do inversor e da caixa combinadora: Fixe gabinetes elétricos em paredes ou molduras. Exigir isolamento elétrico em algumas configurações para evitar correntes parasitas.
• Hardware de ligação à terra: Parafusos de flange serrilhados ou clipes de aterramento que perfuram a superfície anodizada dos trilhos de alumínio para estabelecer continuidade elétrica.

Tipos de parafusos comumente usados em sistemas de racks fotovoltaicos

Os fabricantes de racks fotovoltaicos projetam seus sistemas em torno de geometrias de parafusos específicas que permitem instalação rápida e fixação confiável sem torque excessivo em perfis finos de alumínio. Os tipos mais comuns são:

Seleção de materiais: Por que o aço inoxidável domina os fixadores fotovoltaicos

A decisão de material mais importante para parafusos fotovoltaicos é a resistência à corrosão. Os sistemas solares são projetados para Vida útil operacional de 25 a 30 anos , e os fixadores devem sobreviver a todo esse período sem afrouxamento, gripagem ou degradação estrutural induzidos pela ferrugem.

Aço inoxidável A2 (304) vs. A4 (316)

A maioria dos sistemas de racks fotovoltaicos especifica parafusos de aço inoxidável A2 ou A4. A diferença prática é o conteúdo de molibdênio: O aço inoxidável A4 (316) contém 2–3% de molibdênio , o que melhora drasticamente a resistência à corrosão por pites induzida por cloreto — o modo de falha específico em ambientes costeiros e marinhos. A2 (304) é adequado para instalações interiores; A4 (316) deve ser usado dentro 1–5 km de costa ou em zonas industriais com cloretos transportados pelo ar.

Aço galvanizado por imersão a quente (HDG) para montagem no solo

Grandes instalações montadas no solo – especialmente fazendas solares em grande escala – geralmente usam parafusos estruturais galvanizados por imersão a quente (HDG) para parafusos de ancoragem e conexões de estrutura primária. Espessura do revestimento HDG de 85 µm ou superior (conforme ASTM A153 ou ISO 1461) fornece 30 a 50 anos de proteção contra corrosão na maioria dos ambientes de solo a um custo significativamente menor do que hardware totalmente inoxidável em grande escala. HDG não é recomendado onde ocorre contato direto com estantes de alumínio, devido ao risco de corrosão galvânica.

Corrosão galvânica: o risco oculto nas interfaces alumínio-aço

Praticamente todos os trilhos de rack fotovoltaico são de alumínio extrudado (6005-T5 ou 6061-T6). Quando os parafusos de aço inoxidável entram em contato com o alumínio em um ambiente úmido, forma-se uma célula galvânica. O aço inoxidável e o alumínio estão separados por 0,25–0,50 V na série galvânica — perto o suficiente para que os parafusos A2/A4 sejam geralmente considerados aceitáveis neste emparelhamento. No entanto, parafusos de aço carbono ou HDG em contato direto com alumínio são problemáticos – a diferença de potencial acelera a corrosão do alumínio na junta. Sempre use ferragens compatíveis com aço inoxidável ou alumínio nas interfaces de alumínio com fixadores.

Requisitos de grau e resistência do parafuso para aplicações fotovoltaicas

Os parafusos fotovoltaicos devem suportar cargas sustentadas de vento, cargas de neve e forças sísmicas ao longo de décadas. A resistência do parafuso é definida pela classe de propriedade (métrica) ou classe (polegada):

Para a maioria dos sistemas de telhado residenciais e comerciais, A2-70 inoxidável é a especificação padrão . A atualização para A4-80 é aconselhável para locais costeiros, áreas com ventos fortes (velocidade do vento ASCE 7 ≥ 130 mph) ou qualquer instalação onde os cálculos estruturais do engenheiro de estantes exijam uma pré-carga de parafuso mais alta.

Especificações de torque para parafusos fotovoltaicos: por que o aperto excessivo é tão perigoso quanto o aperto insuficiente

As especificações de torque para parafusos fotovoltaicos são mais rígidas do que a maioria dos instaladores espera. As extrusões de alumínio usadas em estantes solares são relativamente macias - O alumínio 6005-T5 tem um limite de escoamento de apenas 240 MPa em comparação com 700 MPa para os parafusos de aço inoxidável rosqueados nele. O torque excessivo desrosca as roscas da porca de alumínio ou do canal do trilho, exigindo a substituição de toda a seção do trilho.

O torque insuficiente deixa a junta insuficientemente pré-carregada, permitindo o movimento sob a vibração do vento que causa fadiga por atrito e afrouxamento gradual. Valores típicos de torque especificados pelo fabricante para tamanhos comuns de parafusos fotovoltaicos:

Utilize sempre uma chave dinamométrica calibrada para o aperto final. Chaves de impacto definidas com torque máximo não são aceitáveis ​​para parafusos de fixação de painéis fotovoltaicos – elas excedem rotineiramente os limites do fabricante. Muitos fabricantes de estantes especificam valores de torque a seco (sem lubrificante); se for aplicado antigripante ou lubrificante de rosca, reduza o torque em aproximadamente 20–25% para obter a mesma força de fixação.

Recursos anti-afrouxamento: prevenção do afrouxamento dos parafusos ao longo de 25 anos

As instalações solares sofrem vibração contínua de baixa amplitude proveniente do vento e a expansão e contração térmica diária dos trilhos de alumínio (o alumínio se expande a 23,6 µm/m·°C — uma seção de trilho de 6 metros cresce e contrai aproximadamente 12 mm entre uma noite de inverno de -10°C e uma temperatura da superfície do painel de verão de 60°C). Este movimento pode recuar gradualmente os parafusos que não possuem disposições anti-afrouxamento.

As soluções anti-afrouxamento comuns usadas em sistemas fotovoltaicos incluem:

• Porcas de fixação com inserção de nylon (Nyloc): A solução mais utilizada em energia fotovoltaica para telhados. O colar de náilon prende a rosca do parafuso e resiste à rotação. Eficaz até aproximadamente 100°C — verifique a adequação se os gabinetes da caixa de junção criarem calor localizado.
• Porcas e parafusos flangeados serrilhados: As serrilhas penetram na superfície de contato e resistem à rotação mecanicamente. Usado para ligações de aterramento e juntas estruturais onde a dureza da superfície permite que as serrilhas se encaixem corretamente.
• Arruelas de pressão: Geralmente consideradas menos confiáveis do que as porcas nyloc sob carga dinâmica de acordo com o teste de vibração DIN 65151 — use somente quando especificado pelo fabricante das estantes.
• Adesivo trava-rosca (Loctite 243 ou equivalente): Eficaz para parafusos de pequeno diâmetro em locais de baixa vibração. Não é prático para conexões de campo que possam exigir reaperto futuro ou reposicionamento do painel.
• Configuração de duas porcas (contraporca): Usado em pernas de ajuste montadas no solo onde a resistência à vibração e o ajuste em campo são necessários.

Padrões e certificações relevantes para parafusos fotovoltaicos

As certificações de sistemas fotovoltaicos e licenças estruturais exigem cada vez mais que os fixadores atendam aos padrões documentados de materiais e dimensões. Os padrões mais referenciados são:

• ISO 3506: O principal padrão internacional que rege as propriedades mecânicas dos fixadores de aço inoxidável. Especifica as classes de propriedade A2-70, A2-80, A4-70 e A4-80. Certificados de conformidade com referência à ISO 3506 são exigidos por muitos empreiteiros de EPC de grande escala.
• ASTM F593/F594: Equivalente nos EUA para parafusos e porcas de aço inoxidável. Obrigatório para projetos sob códigos de construção dos EUA onde o hardware ISO métrico não é especificado.
• ASTM A307/A325/A490: Governe os parafusos estruturais de aço carbono e liga usados em estruturas de aço montadas no solo HDG.
• ISO 1461/ASTM A153: Especifique a espessura mínima do revestimento para fixadores galvanizados por imersão a quente – fundamental para verificar a vida útil contra corrosão dos chumbadores HDG.
• IEC 61215/IEC 61730: Embora sejam padrões de módulos, eles regem indiretamente o hardware de montagem, especificando as condições de carga mecânica (vento, neve, granizo) que as estantes e os fixadores devem ser projetados para suportar.

Para instalações que exigem licença, solicite relatórios de teste de material (MTRs) ou certificados de conformidade de fornecedores de parafusos que façam referência a esses padrões. Fixadores falsificados ou de baixa qualidade rotulados com marcações de classe de propriedade falsas são um problema documentado em cadeias de fornecimento de baixo custo – a verificação de composição química e dureza de terceiros é aconselhável para grandes projetos que adquirem hardware fora dos canais de distribuição estabelecidos.

Lista de verificação prática para seleção de parafusos fotovoltaicos

Use a seguinte lista de verificação ao especificar ou adquirir fixadores para um projeto fotovoltaico:

1. Confirme o tipo de parafuso exigido pelo manual de instalação do fabricante do rack - cabeça em T, cabeça sextavada, parafuso de carro ou parafuso lag - e não substitua estilos de cabeça diferentes sem aprovação de engenharia.
2. Selecione A4-316 inoxidável para ambientes costeiros, marinhos ou de alta umidade; O aço inoxidável A2-304 é aceitável para climas interiores secos.
3. Especifique Classe de propriedade mínima A2-70 ou A4-70 para sistemas de telhado padrão; atualizar para A4-80 para locais com forte carga de vento ou neve, de acordo com cálculos estruturais.
4. Certifique-se de que todas as porcas e arruelas sejam do mesmo tipo de aço inoxidável do parafuso – a mistura de parafusos A2 com porcas de aço carbono cria um par galvânico que acelera a corrosão da porca.
5. Verifique as disposições anti-afrouxamento: porcas nyloc para braçadeiras de painel e a maioria das conexões de trilhos; hardware de flange serrilhado onde a continuidade do aterramento é necessária.
6. Obtenha e arquive certificados de conformidade (ISO 3506 ou equivalente ASTM) com a documentação do projeto para fins de licença e garantia.
7. Use uma chave de torque - não uma chave de impacto - para o aperto final e registre os valores de torque no relatório de comissionamento para qualquer referência futura de inspeção de O&M.