Inox cho khung pin mặt trời và tua-bin gió: chọn đúng mác

Năng lượng tái tạo đòi hỏi kết cấu làm việc bền bỉ 20–30 năm trong môi trường khắc nghiệt. Inox (thép không gỉ) là vật liệu then chốt cho khung pin mặt trời và nhiều hạng mục trên tua-bin gió nhờ khả năng chống ăn mòn vượt trội, độ bền cơ học và tính ổn định lâu dài. Bài viết này cung cấp một hướng dẫn đầy đủ: chọn mác inox theo môi trường Việt Nam (đặc biệt ven biển), tiêu chuẩn áp dụng, lưu ý thiết kế – gia công và tối ưu chi phí vòng đời.

Yêu cầu kỹ thuật trong ứng dụng năng lượng tái tạo

– Tuổi thọ thiết kế: 25+ năm cho hệ PV; 20–25 năm cho gió onshore/offshore.
– Tải trọng: gió, bão, rung động, mỏi; giãn nở nhiệt do chu kỳ ngày/đêm.
– Môi trường: theo ISO 9223, Việt Nam phổ biến C3 (đô thị/trong đất liền), C4–C5 (ven biển 0–5 km), và CX (offshore/sóng bắn).
– Bảo trì tối thiểu: giảm chi phí dừng hệ và chi phí nhân công tại vị trí khó tiếp cận.

Cơ chế ăn mòn và hàm ý chọn mác inox

– Ăn mòn kẽ hở và rỗ do ion chloride (muối biển), đặc biệt tại mối ghép, kẹp, dưới đệm.
– Nứt do ứng suất trong môi trường chloride ở nhiệt độ cao (SCC), rủi ro với austenitic thông thường khi >60°C.
– Ăn mòn điện hóa khi ghép inox với nhôm, thép carbon, hoặc composite có cốt carbon; cần cách điện.
– Mài mòn – fretting tại liên kết rung động.

Thông số hữu ích:
– Chỉ số PREN (kháng rỗ) xấp xỉ: 304L ≈ 18, 316L ≈ 24, Duplex 2205 ≈ 34–35, Super duplex 2507 ≥ 40.
– Giới hạn chảy điển hình: 304/316L ≥ 205 MPa; 2205 ≈ 450–550 MPa; 2507 ≈ 550 MPa.
– Hệ số giãn nở nhiệt: austenitic ~16–17 µm/m·K; duplex ~13 µm/m·K; nhôm ~23 µm/m·K.

Hàm ý:
– Khu vực càng nhiễm muối, càng cần PREN cao (316L, 2205, 2507).
– Duplex cho phép giảm chiều dày/khối lượng nhờ cường độ cao, hữu ích cho cột, dầm chịu gió.

Lựa chọn mác inox theo môi trường (khuyến nghị thực hành)

– Khu vực C2–C3 (nội địa, ít chloride): 304L cho kết cấu và phụ kiện; bu lông A2-70.
– C4 (ven biển 1–5 km, công nghiệp): 316L cho kết cấu, kẹp; bu lông A4-70/A4-80; 2205 cho chi tiết hở sóng, phun sương muối mạnh.
– C5 (ven biển 0–1 km, bến cảng): 2205 cho kết cấu chính, 316L cho chi tiết ít lộ; bu lông 2205/1.4462 hoặc A4-80 cao cấp; cân nhắc 2507 cho splash zone.
– CX (offshore/sóng bắn liên tục): 2507 cho chi tiết ngoài trời; 2205 tối thiểu cho kết cấu; 316L chủ yếu dùng bên trong, không trực tiếp phơi mặn.

Lưu ý:
– Tránh 201/430 cho hạng mục ngoài trời của PV/gió do kém kháng chloride.
– Ưu tiên cấp L (304L/316L) để tránh nhạy cảm hóa vùng ảnh hưởng nhiệt khi hàn.

Ứng dụng cụ thể: Khung pin mặt trời (PV)

Các hạng mục dùng inox

– Cột, xà, thanh rail định hình nguội.
– Kẹp giữa, kẹp biên, gá tiếp địa.
– Bu lông – đai ốc, thanh ren, long đền, máng cáp, thang cáp.
– Phụ kiện mái, chân đế carport, trạm inverter – tủ ngoài trời.

Chọn vật liệu và khuyến nghị

– Kết cấu chính:
– Nông thôn/nội địa C2–C3: 304L, bề mặt 2B/No.2D hoặc phun bi nhẹ; chiều dày tối thiểu 2.0 mm cho profile ngoài trời.
– Ven biển C4: 316L cho rail/kẹp; 2205 cho cột tiếp xúc mưa gió trực diện.
– Sát biển C5: 2205 cho cột, giằng; 316L có thể dùng cho kẹp nếu thiết kế tránh kẽ hở, có thoát nước.
– Liên kết:
– Bu lông A2-70 (304) cho C2–C3; A4-70/80 (316) cho C4–C5; 1.4462/2205 cho C5/CX.
– Dùng keo chống kẹt (anti-galling) gốc MoS2 hoặc PTFE cho ren inox; mô-men siết theo nhà SX.
– Ghép với nhôm module:
– Bắt buộc dùng đệm cách điện (EPDM, PA66) giữa inox và nhôm để tránh ăn mòn điện hóa.
– Dùng mỡ lắp ghép trung tính; tránh muối/ion chloride mắc kẹt trong kẽ hở.
– Thiết kế chống kẽ hở:
– Tạo lỗ thoát nước, bo mép, hàn kín hoặc khe ≥0.5 mm để rửa trôi tự nhiên.
– Tránh chồng tôn kín lâu dài; nếu bắt buộc, bịt kín bằng sealant trung tính.

So sánh với thép mạ kẽm nhúng nóng (HDG)

– HDG thường kinh tế hơn ban đầu cho C2–C3; nhưng tại C4–C5, tốc độ tiêu hao kẽm cao dẫn tới sơn/phủ lại sau 8–12 năm.
– Inox 316L/2205 có chi phí đầu tư cao hơn 10–30% tùy cấu kiện, nhưng giảm lớn bảo trì, không cần phủ lại, ít dừng hệ. Tổng chi phí vòng đời 25 năm thường thấp hơn 10–20% ở C4–C5.

Tiêu chuẩn liên quan

– ISO 9223/9224: phân loại và ước tính ăn mòn khí quyển.
– IEC 62548: lắp đặt mảng PV (yêu cầu cơ học và ăn mòn đối với kết cấu/fastener).
– TCVN 2737 và QCVN 02: tải trọng gió; áp dụng kiểm tra nội lực khi chọn tiết diện inox.
– ASTM A240 (tấm/cuộn inox), ASTM A312 (ống), EN 10088 (mác inox), ISO 3506 (cấp bền bulông inox).

Ứng dụng cụ thể: Tua-bin gió

Hạng mục dùng inox

– Offshore/onshore: thang, sàn thao tác, lan can trong tháp – 316L.
– Bulông/ty ren cho khu vực splash hoặc bề mặt khó phủ lại – 2205/2507.
– Mặt bích phụ trợ, giá đỡ ống cáp, máng cáp – 316L/2205.
– Ống thủy lực, chứa dầu, hệ làm mát – 316L.
– Hộp điện, tủ ngoài trời – 316L/304L đánh bóng mịn để giảm bám muối.

Đặc thù kỹ thuật

– Mỏi và rung: ưu tiên duplex 2205 cho chi tiết vừa chịu ăn mòn vừa chịu mỏi nhờ giới hạn chảy cao.
– Splash zone: sử dụng 2205/2507, mối hàn dùng que/dây 2209 hoặc tương đương; xử lý pickling – passivation sau hàn.
– Tương tác bảo vệ catot của kết cấu thép carbon: kiểm soát tiếp xúc điện, dùng cách điện tại mối ghép để tránh dòng ký sinh.

Tiêu chuẩn và quy phạm

– IEC 61400-1/-3: yêu cầu thiết kế tua-bin gió onshore/offshore.
– DNVGL-ST-0126 và DNV-RP-C203: kết cấu, mỏi trong môi trường biển.
– ISO 12944: bảo vệ sơn; dùng khi phối hợp inox và thép phủ.

Thiết kế và gia công inox cho môi trường ngoài trời

– Hàn: dùng cấp L (304L/316L) để giảm nhạy cảm hóa; que/dây 308L cho 304L, 316L cho 316L, 2209 cho 2205. Kiểm soát nhiệt vào để giữ cân bằng pha duplex.
– Xử lý sau hàn: tẩy gỉ – thụ động theo ASTM A380/A967; loại bỏ xỉ và sắt tự do để khôi phục lớp thụ động.
– Hoàn thiện bề mặt: 2B hoặc No.4 mịn; bề mặt càng nhẵn càng kháng rỗ tốt hơn. Tránh xước sâu tạo kẽ hở.
– Tránh nhiễm sắt: dùng dụng cụ riêng cho inox, che chắn khi gia công gần thép carbon; vệ sinh trước khi lắp.
– Kiểm soát chất lượng: kiểm tra vật liệu bằng PMI; chứng chỉ EN 10204 3.1; với duplex, kiểm tra tỷ lệ ferrite 35–60% tại vùng hàn.

Tối ưu chi phí vòng đời (LCC) – ví dụ nhanh

Giả sử kết cấu khung 1 MWp tại vùng C4 ven biển:
– Phương án HDG: CAPEX 100%; bảo trì sơn/phủ lại sau 10 và 20 năm, tổng OPEX ~25–35% CAPEX; downtime 1–2% sản lượng.
– Phương án inox 316L/2205: CAPEX 115–125%; OPEX chủ yếu kiểm tra – vệ sinh, ~5–10% CAPEX; gần như không downtime do ăn mòn.
Kết quả: LCC 25 năm của phương án inox thường thấp hơn 10–20%, đồng thời giảm rủi ro hỏng hóc trong bão, sương muối.

Danh mục vật tư inox gợi ý cho dự án PV/gió tại Việt Nam

– Tấm/cuộn 304L, 316L, 2205: dày 1.5–8.0 mm; bề mặt 2B/No.1.
– Ống hộp định hình nguội 304/316: 40×40, 50×50, 80×40, 100×50; dày 2.0–3.0 mm.
– Thép góc, đai U, thanh dẹt 304/316/2205 cho gá đỡ.
– Bu lông – đai ốc – long đền inox ISO 3506: A2-70, A4-70/80; thanh ren M8–M20; tùy chọn 1.4462 (duplex).
– Phụ kiện EPDM/PA66 cách điện khi ghép với nhôm.
– Hóa chất tẩy gỉ – thụ động đạt ASTM A380/A967; keo chống kẹt ren.

Nguồn tham khảo

– ISO 9223/9224: Corrosion of metals and alloys – Corrosivity of atmospheres.
– Nickel Institute: Guidelines for Selection of Stainless Steels in the Water and Seawater.
– ISSF: Stainless Steel in Solar Energy Applications; Stainless Steels in Architecture, Building and Construction.
– IEC 62548: Photovoltaic (PV) arrays – Design requirements.
– IEC 61400 series: Wind turbines – Design requirements.
– DNVGL-ST-0126; DNV-RP-C203: Offshore wind structures and fatigue.
– ASTM A380/A967; ISO 3506; EN 10088; ASTM A240/A312.

Kết luận

– Cốt lõi là chọn mác inox theo môi trường: 304L cho C2–C3, 316L cho C4, 2205/2507 cho C5–CX và splash zone.
– Thiết kế chống kẽ hở, cách điện khi ghép với nhôm/thép khác, và xử lý thụ động sau hàn là bắt buộc để duy trì khả năng chống ăn mòn.
– Duplex 2205 mang lại tỉ lệ bền–trọng lượng vượt trội cho cột, giằng chịu gió, đặc biệt ở ven biển Việt Nam.
– Tổng chi phí vòng đời của inox thường thấp hơn giải pháp mạ kẽm ở môi trường C4–C5, đồng thời nâng độ tin cậy vận hành 25+ năm.

Cần tư vấn mác inox, cắt – gia công và báo giá nhanh cho dự án PV/tua-bin gió? Liên hệ Inox Cương Thịnh để được hỗ trợ kỹ thuật và giá tốt:
– Hotline: 0343.417.281
– Email: inoxcongnghiep.cuongthinh@gmail.com