Porównanie słupów do lamp solarnych z materiałów FRP i metalu: Jak dokonać wyboru

Co to właściwie jest FRP – i co producenci zatajają

Słupy z materiału FRP (Fiber-Reinforced Plastic) są wyprodukowane metodą wytłaczania: włóka szklane przenoszą obciążenie, a żywica (zwykle poliester lub winyl ester) łączy je i uszczelnia powierzchnię. Gęstość FRP jest mniej więcej jednej czwartej do jednej piątej gęstości stali, dlatego dwóch osób wystarczy, by je zainstalować bez użycia wiertarki. Ponieważ nie zawierają żadnego metalu, nie podlegają korozji pod wpływem kwasów, zasad, soli ani wilgoci. Pigmenty w takich słupach znajdują się w żywicy, a nie w powłoce, która mogłaby się zetrzeć z ich powierzchni.

Częstotliwie występującym pytaniem jest informacja o „wygięciu pod ciągłym obciążeniem” (sustained-load deflection). Podczas działania stałego obciążenia materiały z tworzyw polimerowych (FRP – Fiber Reinforced Plastics) stopniowo się wyginają, a to nawet wtedy, gdy obciążenie nie ulega zmianom. Szpilka, która na początku wydaje się „dostatecznie mocna”, może po pięciu latach przekroczyć dopuszczony limit wygięcia. Od każdego dostawcy materiałów FRP wymagamy informacji o wygięciu szpilki pod obciążeniem odpowiadającym nominalnej sile wiatru, a nie tylko o maksymalnym obciążeniu, przy którym dochodzi do jej zerwania – szpilka, która przetrwa burzę, ale potem się wykrzywia, nadal nie spełnia wymagań projektu.

Stal i aluminium – jasno i wyraźnie

Szpilki ze stali (klasy Q235/Q355 w naszym łańcu dostaw) przewyższają inne materiały pod względem sztywności i ceny. Ich dwie najczęściej występujące wady są łatwo przewidziane: miejsca spawania, gdzie powłoka odpada podczas procesu spawania, oraz część stykająca się z podłożem, gdzie pierwszą ofiarą są wpływy zewnętrznych czynników (np. kropiąca woda i zatrzymana wilgoć). Podstawową metodą ochrony jest galwanizacja w gorącej cieczy; upewnij się, że grubość powłoki wynosi co najmniej 600 g/m² (około 85 μm) dla większych elementów, zgodnie z normami ISO 1461/ASTM A123. Ponadto sprawdź, czy podkładka i śruby mocujące zostały zanurzone w roztwór galwanizujący razem z elementem szpilki, a nie pomalowane później.

Aluminiusz (stopieże 6061/6063) znajduje się pomiędzy tymi dwoma materiałami: jest lżejszy od stali i ma naturalną odporność na korozję, ale jego moduł elastyczności wynosi około 69 GPa w porównaniu z 200 GPa u stali. Aby uzyskać identyczny limit wygięcia, konieczne jest użycie znacznie większego przekrętu aluminiowego, co zmniejsza jego przewagę pod względem masy. Aluminiusz sprawdza się szczególnie w środowisku morskim oraz w aplikacjach, gdzie każdy kilogram kosztuje dużo podczas transportu i obsługi.

Jak zachowują się oba materiały pod obciążeniem

Praktyczne poradzenie: Elastyczność materiału FRP sprawia, że słup jest bardziej odporny na wpływ wiatru i uderzeń, ale z drugiej strony czyni go „ruchomym celem” dla wszystkich elementów mocowanych na nim nieruchomo. W przypadku zintegrowanych rozwiązań, w których panel i bateria znajdują się na tym samym słupie, należy uwzględnić możliwe wykrzywienia słupa jako element składowego odnoszącego się do wymagań dotyczących precyzji montażu, a nie jako dodatkowy faktor do rozpatrzenia.

Wiatr i kształt słupa: jak słup wpływa na wydajność systemu EPA

Geometria słupa ma bezpośredni wpływ na obliczenia dotyczące oporu wiatru: słup zwężony na końcu ma mniejszą powierzchnię styku z powietrzem w porównaniu ze słupem prostym i okrągłym o tej samej wysokości; ponadto gładka powierzchnia słupa nie generuje wirów, jak to jest w przypadku elementów mocowanych za pomocą śrubów. Bez względu na użyty materiał, przed wyborem konkretnego typu słupa konieczne jest sprawdzenie wszystkich parametrów w kalkulatorze obciągu wiatru w połączeniu z danymi dotyczącymi wydajności panelu i całego układu (EPA – [/learn-epa]).

Ważna porównanie kosztów

Cena za jednostkę nie jest najważniejszym kryterium przy wyborze materiału słupa. Lepiej porównać koszty przez okres dwudziestu lat.

– FRP (Fiberglass Reinforced Plastic): wyższa cena za metr, ale tańsze montowanie (w większości przypadków nie potrzebny jest kran), brak konieczności ponawiania farby, a także brak konieczności naprawiania złączeń poprzez galwanizację. – Stal: najniższa cena za metr, ale wymagany jest kran na miejscu montażu; w obszarach nadmorskich lub przemysłowych konieczne jest ponawianie farby co kilka lat przez cały okres życia słupa. – Aluminiusz: cena średnia, konserwacja minimalna; najlepszy wybór w przypadkach, gdy ważne są koszty transportu i obsługi.

W naszym zakładzie przewagę cenową stali tracą projekty realizowane w obszarach nadmorskich: po drugim lub trzecim cyklu farbowania koszty konserwacji przewyższają koszty samego słupa. Stal zachowuje swoją przewagę w projektach drogowych na terenie lądu, gdzie budżet jest ograniczony i powietrze nie jest korozyjne.

Zasada, którą stosujemy w zależności od lokalizacji projektu:

1. Obiekty położone na brzegu morza, w środowisku z dużą ilością chemikaliów lub w obszarach o wysokiej wilności powietrza: standardowo używa się materiału FRP (Fiberglass Reinforced Plastic). W przypadkach, gdy istnieją ograniczenia dotyczące wygięcia lub wysokości konstrukcji, zamiast FRP można zastosować aluminium z powłoką przeznaczoną do stosowania na morskich powierzchniach.
2. Drogi w środkowym regionie kraju, pod presją ograniczeń budżetowych: używa się stal o galwanicznej powłoce typu hot-dip; grubość tej powłoki jest określona w zamówieniu.
3. Zony o dużych opadach wiatru: konstrukcje muszą być wykonane z stalu z specjalnie zaprojektowaną podstawą lub wyłącznie z materiału FRP, przy posiadaniu certyfikatu producenta potwierdzającego odporność na silne wiatry oraz danych dotyczących wytrzymałości konstrukcji na wygięcia.
4. Architektoniczne lub krajobrazowe aplikacje: możliwości formowania kształtów za pomocą materiału FRP są tak duże, że stalowe elementy nie mogą ich uzyskać przy żadnej rozsądnej cenie.

Co na tej stronie nie jest opisane

Na tej stronie jest przedstawiony wyłącznie wybór materiałów do konstrukcji słupów. Nie są uwzględniane aspekty projektowania fundamentów (patrz nasz przewodnik po fundamentach), inżynierii elementów pomocniczych ani materiałów używanych do produkcji opraw oświetleniowych (patrz oprawy z aluminium i aspekty termiczne). Jeśli chcesz uzyskać informacje o kompletnych rozwiązaniach dotyczących oświetlenia na słupach, sprawdź linię produktów słupy solarnego oświetlenia typu „all-in-one).