Allgemein

Alle Elemente der Unterkonstruktion sind aus bandverzinktem Stahl mit einer Mindest-Zinkauflage +Z275 gefertigt Die Zinkauflage besitzt eine Stärke von 0,020 mm und variiert prozessbedingt von 0,013-0,027 mm. Diese Auflagenstärke hat sich insbesondere beim Einsatz an deutschen Standorten mit geringer Luftverschmutzung als funktionell ausreichend bewährt. Langzeiterfahrungen liegen über den Einsatz von Rammpfosten in Weinbergen vor. Der im Boden befindliche Teil zeigte nach 10 Jahren zwar optische Verfärbungen von Oberflächenrost, eine substantielle Schädigung in Form von z.B. Lochfraß oder ähnlichen Erscheinungen konnte nicht festgestellt werden. Abhängig vom Einsatzort der UK und der Funktion der Bauteile, sind mitunter höherwertigere Beschichtungen, wie z.B. ZM 310 (Magnelis) für die in der Erde steckenden Stützen zu wählen.

Die mechanische Tragfähigkeit des Systems kann im Vorfeld rechnerisch mithilfe erprobter Berechnungsverfahren sehr verlässlich nachgewiesen werden. Wohingegen eine präzise Berechnung der Wirkung aller Umwelteinflüsse und deren Einfluss auf die Korrosion des Materials, am individuellen Standort der Unterkonstruktion, nicht erfolgen kann. Das Thema Korrosion muss aufgrund des komplexen Zusammenwirkens aller Einflussfaktoren in der Praxis deshalb immer differenziert und zielorientiert behandelt werden. Um Stahlkonstruktionen vor Korrosion zu schützen, gibt die DIN EN ISO 12944 mit ihren Inhalten ein umfassendes Regelwerk ab, mit Hilfe dessen, die negativen Einwirkungen von Korrosion auf Stahlkonstruktionen differenziert minimiert werden können. Einen vollständigen Ausschluss von Korrosion kann es bei Stahlkonstruktionen jeglicher Art nie geben, dies stellt ebenfalls diese Norm klar.

Anwendbarkeit der Norm

Die DIN EN ISO 12944 ist auf alle Stahlkonstruktionen aus unlegierten oder niedriglegierten Stählen anwendbar die eine Materialstärke von mehr als 3 mm haben und für die ein Tragsicherheitsnachweis erforderlich ist. Für die betreffende Konstruktion gilt das Kriterium der Materialstärke von mehr als 3 mm nicht. In Deutschland wird aber im Rahmen der Baugenehmigung zur Errichtung einer Photovoltaikfreilandanlage ein Tragsicherheitsnachweis gefordert. Die Norm ist deshalb nur bedingt anwendbar, wird aber in ihren grundsätzlichen Aussagen als Richtlinie zur Beurteilung des Korrosionsschutzes an der beschriebenen Unterkonstruktion herangezogen.

Prämissen

Die Unterkonstruktion ist für eine maximale Funktionsdauer von 30 Jahren konzipiert. Bei der Unterkonstruktion handelt es sich um ein reines Funktionsbauwerk, welches die sichere Aufnahme/Halterung der PV-Module unter allen äußeren Umwelteinflüssen zu gewährleisten hat. Das optische Erscheinungsbild steht dabei im Hintergrund.

Einsatzort

Die Einsatzorte der Unterkonstruktion beschränken sich auf Orte der Korrosivitätskategorie C2 (DIN EN ISO 12944). Das sind trockene Orte mit geringer Luftverschmutzung wie sie in ländlichen Bereichen zu finden sind. Für Orte mit korrosiven Böden oder aggressiven Luftzusammensetzungen müssen stärker bzw. widerstandsfähiger Zinkauflagen/ Legierungen mit Al, Mg zum Einsatz kommen.

Konstruktiver Korrosionsschutz

Die Konstruktion besteht aus kaltgewalzten bandverzinkten Blechen, die durch Stanzen und Biegen hergestellt werden. Aufgrund der geringen Materialdicke kommt es beim Stanzen der Bleche zu einer „Schmierverzinkung“ an den Schnittkanten der Stanzungen. Ein Teil der Zinkpartikel wird dabei auf die Schnittkante übertragen und schützt diese somit ebenfalls vor einem direkten korrodieren.

Aufgrund der Profilgeometrien und den realen Lagetoleranzen im eingebauten Zustand kann jegliche Feuchtigkeit entweder gut abfließen oder schnell abtrocknen. Ein Ansammeln von Feuchtigkeit und Schmutzpartikel wird dadurch verhindert. Der Einfluss der Korrosion durch ein sogenanntes Belüftungselement wird damit entgegengewirkt.

Alle Verbindungselemente der Konstruktion sind aus verzinktem Stahl. Es wird damit eine elektrochemische Korrosion an den Kontaktstellen der Verbindungselemente mit der Unterkonstruktion verhindert.

An folgende Stellen der Konstruktion wird das Potential für Korrosionsschäden eingehender untersucht:

1. Anfang und Ende der Stützen (Rammprofil)
2. Auflagefläche für das Modul am Modulträger
3. Kontaktfläche zwischen Biegelasche und Modulrahmen

1. Der Anfang und das Ende der Stützen sind Stellen an denen verstärkt Korrosion auftreten könnte da das Material 3 mm Stark ist und in der Herstellung an diesen Stellen auf Länge gesägt wird und nicht gestanzt wird. Eine „Schmierverzinkung“ entfällt somit an diesen Stellen des Bauteils. Die Oberflächen der Stützen sind somit als „blank“ ohne Korrosionsschutz anzusehen. Für den in der Erde liegenden Teil (Ende der Stützen) wird akzeptiert, dass die Korrosion ungehindert an der Stirnseite der Oberfläche stattfinden kann. Nach der in der DIN EN ISO 12944-2 verorteten Tabelle zur Korrosionsbelastung - Einteilung der Umgebungsbedingungen, ist im worst case mit einem Materialabtrag von 0,2 mm p.a. am unbehandelten Stahl unter hoch korrosiven Umgebungsbedingungen zu rechnen. Ausgehend von diesem Wert ergibt sich ein Längenverlust von ca. 6 mm in 30 Jahren. Selbst im Falle einer zweifachen Korrosionsrate, führt der Materialverlust am Ende der Stütze zu keinem substantiellen Verlust der Standfestigkeit der in den Boden gerammten Stütze. An dieser Stelle kann deshalb ohne Bedenken auf einen Korrosionsschutz verzichtet werden. Der über der Erde liegende Teil (Anfang der Stützen) wird nach dem Rammen mit einer Zinkstaubfarbe gegen mögliche Korrosion geschützt. Diese Maßnahme hat aber eher kosmetischen Charakter, da selbst bei ähnlichen Korrosionsraten wie unter der Erde keine Gefahr für die Befestigung des Hauptträgers innerhalb von 30 Jahren besteht.

2. Die Auflagefläche am Modulträger ist grundsätzlich durch ihre Zinkauflage vor direkter Korrosion geschützt. Der Modulrahmen besteht aus eloxiertem Aluminium und schützt so das Modul vor optischen Korrosionsschäden, substantielle Schäden am Aluminium sind aufgrund der Passivierung (Oxidschutzschicht die ein Fortschreiten der Korrosion verhindert) unter den oben beschriebenen Einsatzbedingungen praktisch nicht relevant. Die Paarung des verzinkten Modulträgers mit dem eloxierten Modulrahmen führt theoretisch zu einem elektrochemischen Element. Die Korrosivität eines solchen Elementes ist sehr stark abhängig von dem Potentialunterschied der in Kontakt gebrachten Elemente, der Leitfähigkeit des Elektrolytes sowie dem Flächenverhältnis von Kathode zu Anode (verzinkter Stahl/eloxiertem Aluminium). Der Potentialunterschied zwischen beiden Metallen beträgt ca. 0,8 V und ist somit gering. Weiterhin führt eine Oxidbildung auf der verzinkten Oberfläche zu einer Verschlechterung der Leitfähigkeit und behindert damit zusätzlich einen möglichen Materialabbau durch elektrochemische Prozesse. Im vorgesehenen Einsatzbereich der Unterkonstruktion ist zudem nur mit Elektrolyten von sehr geringer Leitfähigkeit zu rechnen, da von geringen SOx-, NOx- und anderen relevanten Luftverschmutzungen ausgegangen wird. Da das Vorhandensein eines gut leitfähigen Elektrolyten aber eine wesentliche Grundvoraussetzung für den elektrochemischen Abbau eines unedlen Metalles in der Paarung mit einem edleren Metall ist, ist bei den Einsatzorten der Kategorie C2 nicht von einer verstärkten elektrochemischen Korrosion auszugehen. Eine weitere Grundvoraussetzung für die Ausbildung von Schäden durch elektrochemische Korrosion ist das Oberflächenverhältnis der beiden in Kontakt gebrachten Metalle. Ist dieses Verhältnis größer als 10 (das edlere Metall hat deutlich weniger Flächenanteil), dann hat dieser Haupttreiber der elektrochemischen Korrosion einen praktisch relevanten Einfluss. Im Fall der beschriebenen Unterkonstruktion beträgt das Verhältnis der gesamten Oberfläche der Konstruktionselemente aus bandverzinktem Stahl zu der gesamten Oberfläche der in die Konstruktion eingeschobenen PV-Model mit eloxiertem Aluminium, ca. 4. Dieses Verhältnis ist deutlich unter dem in der Norm angegeben Wert von größer als 10 und sorgt zusätzlich dafür, dass eine Schädigung der Unterkonstruktion durch elektrochemische Korrosion als nicht relevant eingestuft werden kann.

3. Die Kontaktfläche zwischen Biegelasche und Modulrahmen werden durch Ausstanzen erzeugt. Damit kommt es zu einer „Schmierverzinkung“ der Schnittkanten des 1,5 mm starken Bleches. Um das Herausrutschen der Module am Ende des Modulträgers zu verhindern (Abb. 2) wird die Lasche mit Hilfe eines Biegewerkzeuges um ca. 45° nach unten gebogen. Der Biegeradius beträgt dabei mindestens 3 mm und ist damit groß genug um Risse in der Zinkauflage an der Radiusober- und Unterseite nicht entstehen zu lassen. Diese Flächen sind somit auch nach dem Biegevorgang mit dem daraus resultierenden Energieeintrag durch Kaltverformung durch die Zinkauflage geschützt. An der Kontaktfläche von Biegelasche und Modulrahmen besteht theoretisches Potential von elektrochemischer Korrosion analog der Auflageflächen am Modulträger. Die „schmierverzinkte“ Schnittkante der Biegelasche ist etwas schwächer geschützt als die Stellen der Konstruktion an der die Zinkauflage vom Hersteller ausgeführt wurde. Es gelten aber auch an dieser Stelle der Konstruktion alle oben genannten Einflussfaktoren für die Schädigung einer Materialpaarung durch elektrochemische Korrosion. Aus diesem Grund ist auch für die Kontaktfläche zwischen Biegelasche und Modulrahmen nicht von einer substantiellen Schädigung durch Korrosion auszugehen.