En este artículo abordaremos los tratamientos superficiales anticorrosivos utilizados en las estructuras metálicas de los sistemas fotovoltaicos.
Las causas de la corrosión del material fueron investigadas en el artículo. Corrosión galvánica en estructuras metálicas de sistemas fotovoltaicos..
Ahora, centrémonos en los tratamientos utilizados para prevenir la corrosión de piezas metálicas estructurales y de fijación y piezas en instalaciones.
Dos tratamientos anticorrosión son muy comunes y ya conocidos en muchas aplicaciones industriales, incluido el segmento fotovoltaico: el anodizado del aluminio y el galvanizado del acero.
Recientemente han surgido algunas soluciones alternativas en el mercado fotovoltaico con los procesos de fosfatación, electroforesis catódica (KTL) y Geomet.
Estos procesos, que se utilizan desde hace muchos años en la industria del automóvil, naval y aeronáutica, prometen proporcionar una alta durabilidad y una buena relación coste-beneficio en las instalaciones fotovoltaicas.
La capa protectora creada por los tratamientos superficiales tiene la función principal de prevenir la corrosión bimetálica debida a la presencia de electrolito, típicamente formada por la humedad del aire o la lluvia, por los residuos y sobre todo por la salinidad de la niebla salina en las zonas costeras.
Con el aislamiento entre metales no se forma la celda galvánica, interrumpiéndose así el intercambio de electrones, la generación de iones y la corrosión galvánica. Las películas superficiales también aíslan el material del contacto con el aire, evitando la oxidación (un problema común con los metales ferrosos).
A continuación, enumeramos y resumimos las principales técnicas de tratamiento superficial anticorrosión que se pueden utilizar en estructuras metálicas fotovoltaicas. Para la fijación de módulos fotovoltaicos se deben evitar estructuras metálicas que no empleen al menos una de las técnicas que se describen a continuación.
Los sistemas fotovoltaicos están diseñados para tener una vida útil de más de 25 años. Además de la larga vida útil esperada, proporcionando mayor retorno económico para el propietario, también se debe considerar el factor de seguridad. Los módulos fotovoltaicos con fijaciones deterioradas y corroídas pueden suponer un grave riesgo para la seguridad, con la posibilidad de que los módulos se rompan y caigan durante las tormentas de viento.
Anodizado
Esta técnica se aplica exclusivamente a piezas de aluminio. Es un proceso electroquímico que agrega una capa cinematográfica de óxido metálico, proporcionando una barrera aislante entre el aluminio y el ambiente externo, que evita el contacto con otros metales y previene la corrosión.
El aluminio ya es muy buscado al ser un metal que no se oxida con facilidad, ya que tiene una capa de óxido aislante natural (que aparece cuando el aluminio entra en contacto con el aire) que lo hace naturalmente menos reactivo. En otras palabras, a diferencia de los metales ferrosos, el aluminio tiene menos probabilidades de oxidarse en el aire más adelante, ya que adquiere una capa superficial de óxido creada naturalmente.
En el caso del aluminio anodizado, el metal recibe mediante un proceso industrial una capa adicional de óxido, mucho más gruesa que la película natural. El anodizado también puede proporcionar una capa de óxido no porosa y perfectamente sellada, que proporciona una alta durabilidad a las estructuras.
Además de ser naturalmente resistente a la oxidación y la corrosión, el aluminio es ligero y maleable, lo que lo hace muy atractivo para estructuras fotovoltaicas. Un aspecto negativo es el coste, que hace que las estructuras de aluminio sean relativamente más caras que las de acero.
Galvanización
Sin duda, la galvanización es la técnica más conocida y utilizada en estructuras metálicas para diversas aplicaciones, sobre todo cuando se busca un bajo coste y una durabilidad que puede ser muy larga, dependiendo de la calidad del tratamiento y de las condiciones de uso.
Galvanizar no es más que aplicar una capa de zinc a un material ferroso, como el acero. El acero es la aleación metálica más utilizada en la construcción y la industria, en todo tipo de aplicaciones, debido a su amplia disponibilidad, su coste relativamente menor (que el aluminio, por ejemplo) y sus excelentes propiedades mecánicas.
El acero tiene el inconveniente de ser un material propenso a oxidarse en contacto con el aire y el agua. La oxidación del acero (y otros materiales ferrosos) en una etapa más agresiva provoca la aparición de hidróxido de hierro, una sustancia rojiza que conocemos como óxido.
Para evitar el proceso de oxidación, así como el proceso de corrosión bimetálica (del acero en contacto con otros metales), en la industria se utiliza mucho el proceso de cincado o galvanización. El proceso más conocido es el galvanizado en caliente, que consiste en sumergir piezas metálicas en un baño de zinc fundido.
Además de favorecer el aislamiento del acero del aire, lo que evita la oxidación, la capa de zinc también elimina la corrosión bimetálica al evitar que el acero entre en contacto con otros metales. Además, si existen condiciones para la corrosión del acero (por ejemplo, si la superficie del zinc está dañada), el zinc funcionará como electrodo o ánodo de sacrificio. Esto significa que el zinc se corroerá en lugar del acero, preservando el acero y manteniéndolo intacto.
El sacrificio del zinc se produce porque es más electropositivo (o menos electronegativo) que otros metales, incluido el acero. Su capacidad para donar electrones es muy alta, por lo que si el acero y el zinc están muy juntos, este último será más propenso a la corrosión.
La durabilidad de las estructuras de acero galvanizado depende de la aplicación del espesor correcto de zinc. La resistencia al fuego de los tratamientos superficiales de zinc galvánico está directamente relacionada con el espesor de la capa aplicada. El lugar de instalación es otro factor determinante. Si consideramos una vida útil de 25 años, deseable en sistemas fotovoltaicos, en zonas urbanas el acabado de zinc debe tener una capa de al menos 60 μm (micrómetros).
fosfatado
El fosfatado es un proceso que recubre la superficie del acero con fosfato de zinc o compuestos de zinc. Este tratamiento aumenta la inmunidad a la corrosión de las piezas de acero. El fosfatado de zinc es el más utilizado en el mercado y está destinado a un gran número de aplicaciones. Este tratamiento es muy utilizado para preparar la superficie para recibir pintura u otro tipo de tratamiento superficial.
Entre las numerosas variaciones del proceso, la fosfatación tricatiónica consiste en un proceso mixto que utiliza zinc, níquel y manganeso o fosfato cálcico. Este proceso es muy utilizado en la industria del automóvil ya que ofrece gran resistencia a la corrosión y buena adherencia para pintar, lo que deja la superficie lista para recibir otros tratamientos.
La fosfatación tricatiónica se utiliza ampliamente en la preparación de piezas metálicas para recibir pintura electroforética, que es el tema del siguiente punto.
Pintura electroforética catódica (KTL)
El tratamiento electroforético catódico, conocido como KTL, es un tipo de tratamiento conocido como E-coat. El nombre KTL proviene del alemán. Kathoden-Tauch Lackierung, que significa pintura por inmersión catódica en traducción libre. E-coat es el nombre genérico que se le da a un proceso de pintura por galvanoplastia, que es un tratamiento superficial (o pintura) mediante la inmersión de piezas metálicas en un medio acuoso con resinas y pigmentos orgánicos.
E-coat ofrece un alto grado de protección anticorrosión, siendo un proceso muy utilizado en la industria del automóvil y aeronáutica. La técnica de electroforesis catódica E-coat (KTL) utiliza un campo eléctrico para impregnar la superficie con la película protectora en un medio acuoso. Antes de recibir la pigmentación, las piezas metálicas deben pasar por el proceso de fosfatado previo.
La ventaja de KTL en la industria fotovoltaica es la sustitución del aluminio por acero en algunas partes estructurales, especialmente en los soportes de fijación de carriles de aluminio. Si bien el aluminio sigue siendo el metal preferido para fabricar carriles de montaje para módulos fotovoltaicos, el uso de piezas de acero recubiertas de KTL tiene la ventaja de reducir costes y aumentar la resistencia mecánica de las fijaciones, ya que el acero soporta más tensiones que el aluminio.
La técnica KTL permite la perfecta combinación de piezas de acero y aluminio en estructuras fotovoltaicas. Según este proceso, las piezas de acero, además del fosfatado (que ya es un excelente tratamiento anticorrosión), reciben una capa extra de pigmentación orgánica uniforme con un espesor que varía entre 20 μm y 80 μm.
Esta pintura orgánica proporciona una protección superior contra la corrosión. Además de evitar que el acero entre en contacto con otros materiales o con el ambiente exterior, la pintura orgánica es aislante eléctrica y prácticamente elimina la aparición de baterías galvánicas.
El recubrimiento KTL es una buena sugerencia para su aplicación en piezas que interactúan con diferentes materiales en instalaciones fotovoltaicas. Por ejemplo, un carril de aluminio o un módulo fotovoltaico apoyado sobre una estructura o teja de acero galvanizado.
El soporte metálico que fija el carril o módulo evita que el aluminio entre en contacto con el resto de la estructura o la losa de acero galvanizado, ofreciendo absoluta inmunidad a la corrosión bimetálica y aportando una gran durabilidad a la instalación.
geometría
Geomet es un tratamiento anticorrosivo organometálico. Es un tipo de E-coat con sustancias patentadas a base de zinc y aluminio. El nombre Geomet es una marca registrada de NOF Metal Coatings (EE.UU.), que tiene una filial en Brasil. La empresa se especializa en recubrimientos anticorrosivos de alto rendimiento.
Geomet se aplica por inmersión, centrifugación o pulverización. Tras un periodo de curado, las piezas metálicas adquieren un recubrimiento metálico grisáceo, muy adherente y resistente. El proceso se puede aplicar para proteger piezas de hierro, acero o aluminio, según formulaciones específicas de los reactivos utilizados en la solución acuosa.
Los principales beneficios de Geomet son el alto grado de protección con una capa de aplicación de mínimo espesor, sin alterar prácticamente las dimensiones originales de la pieza metálica. Esta característica es importante para su aplicación en tornillos, por ejemplo, sin interferir con las características de la rosca (con dimensiones preservadas y coeficiente de fricción controlado).
La resistencia a la corrosión de Geomet es superior a la de los recubrimientos galvanizados tradicionales. A pesar de ser conductora, la película Geomet no es reactiva y no provoca corrosión bimetálica en contacto con acero o aluminio. La superioridad de Geomet sólo puede ser igualada por el proceso KTL, que es un proceso que también presenta un alto rendimiento en protección contra la corrosión, como mencionamos anteriormente.
En el segmento fotovoltaico, Geomet se recomienda para arandelas, tuercas y tornillos. En instalaciones fotovoltaicas es muy común encontrar tornillos y arandelas de acero galvanizado que se oxidan y corroen incluso tras un corto periodo de uso, incluso en lugares secos y no costeros.
Geomet soluciona este problema, ya que proporciona una alta protección anticorrosión para tornillos y accesorios de acero, sustituyendo a la galvanización. El uso de tornillos con Geomet se ha vuelto muy común en varios segmentos de la industria y el sector fotovoltaico puede beneficiarse enormemente de esta tecnología, especialmente debido a la gran exposición de las estructuras fotovoltaicas a la intemperie, la humedad y la salinidad.
La combinación de Geomet (sobre tornillos) y KTL (sobre soportes y fijaciones) proporciona una larga durabilidad y una protección inigualable contra cualquier tipo de corrosión.
Una respuesta
El problema no son las estructuras, sino los propios paneles, que en las zonas costeras se ven afectados por el musgo y pierden su capacidad de generación de energía. ¿Hay alguna solución?