Solar-Bodenmontagesystem aus Kohlenstoffstahl – nach innen gebogener C-förmiger Stahl

Das nach innen gebogene C-förmige Stahlprofil ist ein zentrales tragendes Bauteil eines bodenmontierten Photovoltaik-Trägersystems und gehört zur Kategorie der kaltgeformten dünnwandigen Stahlprofile. Sein Querschnitt ist C-förmig mit nach innen gebogenen Kanten an beiden Seiten und Verstärkungsrippen; daher wird es auch als „C-förmige PV-Pfette“ bezeichnet. Dieses Produkt wird typischerweise aus warmgewalzten Stahlblechen oder -bändern der Güteklassen Q235B oder Q345B hergestellt, die in einer kontinuierlichen Kaltbiegeanlage verarbeitet und anschließend je nach Korrosionsschutzanforderungen feuerverzinkt oder zink-aluminium-magnesiumgalvanisiert werden.

Als Längsträger der PV-Anlage verbindet er die Pfahlgründung bzw. die Schraubfundamente mit den oberen PV-Modulen und leitet äußere Lasten wie Wind und Schnee in den Boden ab. Er ist eine Schlüsselkomponente zur Gewährleistung der strukturellen Sicherheit und Stabilität des Kraftwerks.

Produktkomponenten

Vorteil

▪ Hohe strukturelle Festigkeit und geringer Stahlverbrauch:

Die einzigartige Konstruktion mit gerollten Kanten und verstärktem Profil verbessert die Biege-, Torsions- und Knickfestigkeit der Bauteile deutlich. Im Vergleich zu herkömmlichen C-Profilen oder offenen Profilen lassen sich bei gleicher Festigkeit ca. 20–30 % Stahl einsparen, wodurch die Kosten des Tragsystems effektiv gesenkt werden.

▪ Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit:

Gängige Anwendungen nutzen Feuerverzinkung (Beschichtungsgewicht 275–600 g/m²) oder modernere Zink-Aluminium-Magnesium-Beschichtungsverfahren (ZAM). Zink-Aluminium-Magnesium-Beschichtungen zeichnen sich durch selbstheilende Schnitte, Kratzfestigkeit, Ammoniakbeständigkeit und Beständigkeit gegen Meersalzsprühnebelkorrosion aus und erfüllen damit die Anforderungen an eine Lebensdauer von über 25 Jahren in Photovoltaik-Kraftwerken.

▪ Komfortable Installation und hohe Anpassungsfähigkeit:

Mit speziellen Verbindern, Federmuttern und Schrauben lässt sich eine vollständig verschraubte Verbindung herstellen, wodurch Schweißarbeiten vor Ort entfallen. Lange Befestigungslöcher (oder Langlöcher) auf der Rückseite ermöglichen eine flexible Längenanpassung zum Ausgleich von Unebenheiten im Boden und Montagefehlern.

▪ Einfacher Transport und Stapelbarkeit:

Die Stahlprofile können platzsparend gestapelt werden; die Standardlänge von 6 Metern ermöglicht den Transport mit normalen Lastwagen, und durch geeignetes Zuschneiden lässt sich die Nachbearbeitung vor Ort reduzieren.

Parameter

Anwendbare Szenarien

▶ Großflächige, zentralisierte Freiluftkraftwerke:

Sie werden als tragende Hauptpfetten und Diagonalstreben in offenen Gebieten wie Flachland, Grasland, Wüsten und der Gobi eingesetzt und bilden ein- oder zweisäulige Stützsysteme.

▶ Gewerbliche und private bodenmontierte Photovoltaikanlagen:

Sie werden als Säulen, Diagonalbalken und horizontale Streben in kleinen bis mittelgroßen bodenmontierten Projekten wie Fabrikgeländen, brachliegenden ländlichen Flächen und rund um landwirtschaftliche Gewächshäuser eingesetzt.

▶ Flachdächer aus Beton (mit zusätzlichen Stützen):

Wird in Verbindung mit Ballastfundamenten als geneigte oder flache Pfetten zur Unterstützung von Photovoltaikmodulen verwendet.

▶ Aquakultur-Solar-Hybridsysteme und landwirtschaftliche Solar-Hybridsysteme:

Wird als Haupttragprofil verwendet, wenn die Deckenhöhe groß ist, und widersteht effektiv Windlasten und Korrosion durch lang anhaltende feuchte Umgebungen (erfordert eine verzinkte Aluminium-Magnesium-Beschichtung oder eine verstärkte Korrosionsschutzbehandlung).

▶ Bergiges und hügeliges Gelände:

Anpassbar an Geländeneigungen von 5-15° durch Verstellen des Höhenunterschieds zwischen den vorderen und hinteren Säulen und unter Verwendung der verbindenden länglichen Löcher aus nach innen gewalztem C-förmigem Stahl.

Anwendbarer Bodentyp

Das nach innen rollende, C-förmige Stahlstützsystem eignet sich für nahezu alle Bodenarten, da seine Last über das Fundament abgeleitet wird. Für den Fundamentbau sind folgende Bodenarten ideal:

• Ton und schluffiger Ton: Hohe Tragfähigkeit, geringere Anfälligkeit für Bohrlocheinstürze, geeignet für Bohrpfähle oder Fertigteilpfähle.
• Sand und kiesiger Sand: Gute Drainage, geeignet für Schraubpfähle, schneller Bauablauf und minimale Beeinträchtigung.
• Verdichtetes Füllmaterial: Für künstliche Fundamente oder alte Fabrikgelände können Fertigteilpfähle oder Mikrobohrpfähle verwendet werden.
• Löss und roter Boden (nicht kollabierbar): Konventionelle Bohrpfähle sind ausreichend; eine besondere Behandlung der C-förmigen Stahlstütze ist nicht erforderlich.

Zu berücksichtigende geologische Einschränkungen

Obwohl C-förmige Stahlstützen keinen direkten Kontakt zu tieferen Bodenschichten haben, können die folgenden geologischen Bedingungen die Fundamentwahl und die Kosten beeinflussen und somit indirekt ihre wirtschaftliche Anwendbarkeit einschränken:

▶ Gesteins- oder kiesige Bodenschichten:

Wenn mäßig verwittertes Gestein oder grober Kies in 0,5 m Tiefe zutage tritt, können Spiralpfähle nicht eingebracht werden, und das Bohren und Verpressen von Pfählen wird schwierig und kostspielig. In diesem Fall müssen Beton-Gegengewichtsfundamente (Streifen- oder Einzelfundamente) in Betracht gezogen werden, was jedoch den Aushub und den Betonverbrauch erhöht.

▶ Weicher Boden und schluffiger Boden:

Diese haben eine extrem geringe Tragfähigkeit (<60 kPa) und neigen zu Setzungen. Längere Fertigteilpfähle oder tiefere Verpresspfähle sind erforderlich, was zu einem deutlichen Anstieg der Pfahlgründungskosten führt und die Vorteile von leichten C-förmigen Stahlstützen unter Umständen mindert.

▶ Zusammenklappbarer Löss:

Bei Wasserkontakt kommt es zu erheblichen zusätzlichen Setzungen. Maßnahmen zur Abdichtung oder Fundamentbehandlung (wie z. B. eine Kalk-Boden-Dämmschicht oder Vorwässerung) sind erforderlich; andernfalls führt die ungleichmäßige Setzung des Tragfundaments zu einer Verformung des C-förmigen Stahls und damit zu Mikrorissen in den Photovoltaikmodulen.

▶ Frostempfindliche Böden (Schluff, schluffiger Ton):

In kalten Regionen heben Frosthebungskräfte die Pfähle an. Die Pfahlgründung muss unterhalb der Frostgrenze liegen, und der Ausgleichsspielraum an der Verbindung zwischen dem C-förmigen Stahlträger und dem Pfahlkopf muss vergrößert werden.

▶ Hoher Grundwasserspiegel oder Treibsandschichten:

Beim Bohren besteht die Gefahr von Bohrlocheinstürzen und Treibsandeintritt, was die Qualität der Ortbetonpfähle beeinträchtigt. Es können Stahlspiralpfähle oder gerammte Fertigteilpfähle verwendet werden, jedoch erfordern die C-förmigen Stahlverbindungsstücke einen speziellen Korrosionsschutz.

Zusammenfassung

Nach innen gebogene C-förmige Stahlprofile haben sich aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses, ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und ihrer flexiblen Montagemöglichkeiten zum gängigsten Sekundär- und Primärstrukturprofil für bodenmontierte Photovoltaik-Tragsysteme entwickelt. Ihr kaltgebogenes, walzkantiges Querschnittsprofil erzielt ein optimales Verhältnis zwischen reduziertem Stahlverbrauch und Tragfähigkeit und eignet sich daher für die meisten Anwendungsbereiche – von Ebenen bis zu Gebirgen und von normalen Böden bis hin zu leicht korrosiven Umgebungen.

 

Wichtige Auswahlempfehlungen: In der frühen Projektphase sollten Querschnitt und Wandstärke der C-Profile zunächst anhand von statischen Berechnungen unter Berücksichtigung der lokalen Wind- und Schneelasten ermittelt werden. Anschließend ist eine geeignete Beschichtung entsprechend der Bodenkorrosivität auszuwählen (Feuerverzinkung ist in der Regel für die meisten Standorte im Landesinneren geeignet; eine Zink-Aluminium-Magnesium-Beschichtung wird für Standorte innerhalb von 5 km Entfernung zur Küste oder in Industriegebieten empfohlen). Bei besonderen geologischen Gegebenheiten wie Fels, weichem Boden und setzungsgefährdetem Löss sind separate Fundamentkonstruktionen erforderlich; die alleinige Verwendung der Universalgelenke der C-Profile ist nicht ratsam.

 

 

Der zukünftige Trend liegt in der Kombination von hochfestem Stahl (wie Q420 und Q460) und ultrakorrosionsbeständigen Beschichtungen (vorbeschichtete Zink-Aluminium-Magnesium-Platten), wodurch das Gesamtgewicht der Tragkonstruktion und die gesamten Lebenszykluskosten weiter reduziert und gleichzeitig die Fähigkeit des Kraftwerks, mit extremen Wetterbedingungen umzugehen, verbessert werden soll.

 

Referenzprojekt Solar First

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