Profili in acciaio inossidabile ferritico per strutture a inseguimento solare
Un cliente del settore fotovoltaico aveva bisogno di profili in acciaio inossidabile su misura per il prototipo di un nuovo modello di pannello solare. Il sistema era progettato per seguire la traiettoria del sole da est a ovest ed è stato installato sui Pirenei, tra Francia e Spagna, dove la struttura subisce un’escursione termica di 60 °C tra i massimi estivi di +40 °C e i minimi invernali di -20 °C. Per un sistema di inseguimento di precisione questa variazione poneva un problema ingegneristico diretto: dilatazione e contrazione del telaio avrebbero introdotto un errore di posizione nel meccanismo di rotazione del pannello. La soluzione richiedeva un materiale strutturale con un coefficiente di dilatazione termica vicino a quello dell’acciaio da costruzione S275, il che indirizzava verso l’acciaio inossidabile ferritico. Montanstahl ha realizzato travi H su misura in acciaio inossidabile ferritico 410S e profili a doppia C in 304L con la saldatura laser, consegnandoli in lunghezze fino a 12 metri.
Perché l’inox ferritico per un sistema di inseguimento solare
Un sistema di pannelli solari a inseguimento ruota di continuo per seguire l’arco del sole. Qualsiasi dilatazione o contrazione termica del telaio introduce un errore angolare nel meccanismo di azionamento, riduce l’efficienza di captazione e può sollecitare meccanicamente cuscinetti e attuatori dell’inseguitore. Gli acciai inossidabili austenitici comuni come 304L e 316L hanno un coefficiente di dilatazione termica di circa 17 µm/(m·K), nettamente superiore a quello dell’acciaio da costruzione al carbonio, attorno a 12 µm/(m·K). L’acciaio inossidabile ferritico 410S si attesta a circa 10 µm/(m·K), molto vicino all’acciaio al carbonio S275, e riduce così la dilatazione differenziale tra i profili inox e i componenti in acciaio al carbonio del resto della struttura. In un ambiente di montagna con un’escursione annua di 60 °C questa differenza di comportamento termico è la giustificazione ingegneristica per prescrivere un grado ferritico invece delle più diffuse alternative austenitiche.
Travi H 410S fino a 12 m e profili a doppia C 304L, entrambi saldati laser
Montanstahl ha prodotto due tipi distinti di profilo per la struttura prototipo. Gli elementi portanti principali erano travi H speciali in acciaio inossidabile ferritico 410S, nelle misure 100×55×4×6 mm e 80×46×4×5 mm, fornite in lunghezze da 11,8 a 12 metri. Le sezioni secondarie erano profili su misura a doppia C in acciaio inossidabile austenitico 304L, da 69×19 mm e 120×18 mm, impiegati per il fissaggio dei pannelli e gli elementi di collegamento, dove il vincolo sulla dilatazione differenziale era meno critico e la migliore resistenza alla corrosione e la disponibilità del 304L lo rendevano la scelta adatta. Entrambi i tipi di profilo sono stati prodotti con la saldatura laser, che ha permesso di unire in un solo programma produttivo le geometrie di sezione fuori standard e il grado ferritico difficile da reperire. La geometria della trave H in 410S non esiste in nessun catalogo di laminati a caldo: la saldatura laser da lamiera è l’unica via produttiva che rende una trave inox ferritica su misura sostenibile in quantità da prototipo.
Contesto applicativo
Questo progetto rientra nel segmento energia e generazione elettrica di Montanstahl, dove i profili speciali saldati laser in acciaio inossidabile e da costruzione vengono prescritti per infrastrutture di energia rinnovabile che richiedono resistenza alla corrosione, stabilità dimensionale e proprietà del materiale oltre quanto possano offrire le sezioni laminate a caldo standard. I sistemi di inseguimento solare in ambienti esposti di montagna o di deserto rappresentano un’applicazione strutturale impegnativa, dove dilatazione termica, resistenza alla corrosione e lunga vita utile devono essere affrontate tutte nella scelta del materiale e della sezione. La capacità di Montanstahl di produrre profili su misura in gradi ferritici come il 410S, non disponibili come sezioni strutturali laminate a caldo standard, rende la saldatura laser la tecnologia abilitante per questa classe di applicazioni. Profili di questo tipo vengono prodotti su ordinazione e forniti a progetti di energia rinnovabile in tutto il mondo.