O alumínio é incorporado em hardware de energia renovável em diversas escalas: como uma folha coletora de corrente de 10 a 20 mícrons dentro de cada célula de íon-de lítio, como guia e folha de barramento em módulos e pacotes, como estruturas extrudadas em torno de módulos fotovoltaicos e como hardware de resfriamento no gerenciamento térmico de baterias. Cada aplicação possui seus próprios critérios de liga, condutividade e corrosão.
Coletores atuais em células de íons-de lítio
A folha de alumínio é o coletor de corrente catódica padrão porque sua camada de passivação forma um óxido fino e estável que resiste ao potencial da célula, enquanto sua baixa densidade mantém a massa da célula baixa. A especificação típica é de calibre de 12 a 20 mícrons, sendo 15 mícrons o valor de produção comum, com uma pureza de 99,5% ou superior. As ligas usadas são 1235, 1060, 1070 e 1100, fornecidas em uma têmpera tipo H18-endurecida que fornece a resistência à tração necessária para sobreviver ao revestimento, corte e enrolamento sem enrugamento. A tolerância à espessura e a curvatura são críticas: alguns mícrons de variação alteram a uniformidade do revestimento e rebarbas nas bordas podem penetrar no separador. A folha para esta função é encomendada de acordo com GB/T 3198 ou a série EN 546, que definem condições técnicas, propriedades mecânicas e tolerâncias separadamente. Muitos fabricantes de células também aplicam um fino revestimento de carbono na folha para diminuir a resistência de contato interfacial.
Guias, barramentos e invólucros da bateria
Abas e barramentos são de bitola mais pesada e são selecionados pela condutividade elétrica em vez da resistência. A liga 1050A e o grau de condutor 1350 fornecem cerca de 61% da condutividade do Padrão Internacional de Cobre Recozido, que é a referência prática para condutores de alumínio. As abas têm normalmente 0,2 a 0,5 mm, enquanto os barramentos e interconexões do pacote têm 1 a 3 mm de espessura e são unidos por soldagem ultrassônica ou a laser, em vez de soldagem. Os invólucros de módulos e conjuntos usam 6061-T6 para estruturas estruturais, 3003 ou 1050 para placas de resfriamento e 5052 ou 5083 onde é esperada exposição ao sal. Onde o alumínio encontra o cobre em uma junta, a corrosão galvânica deve ser controlada por niquelagem, placas de transição bimetálicas e mantendo a junta seca.
Estruturas e montagem de módulos solares
Os módulos fotovoltaicos utilizam molduras extrudadas em liga 6063, na maioria das vezes no temperamento T6, encomendadas de acordo com ASTM B221 ou padrão de perfil nacional equivalente. De acordo com a ASTM B221, a condição T6 requer uma resistência à tração mínima de 205 MPa e uma resistência ao escoamento mínima de 170 MPa, valores que suportam os casos de carga mecânica aplicados na qualificação do módulo. Os módulos são aprovados-de acordo com IEC 61215 para qualificação de projeto e IEC 61730 para segurança, e o teste de carga mecânica em IEC 61215 é comumente executado em 2 400 Pa, com níveis mais altos usados para regiões com neve intensa. As estruturas são anodizadas de acordo com as designações de espessura ISO 7599, normalmente AA15 para serviço externo padrão, e os trilhos de montagem usam a mesma família de ligas com fixadores compatíveis para evitar pares metálicos diferentes.
Gerenciamento térmico e corrosão em serviços externos
O resfriamento da bateria e do inversor depende de placas frias de alumínio, extrusões de micro-canais e dissipadores de calor com aletas, onde a condutividade térmica e a queda de pressão são os impulsionadores do projeto. A vida útil em instalações externas é limitada pela corrosão, portanto os componentes são qualificados por testes de névoa salina neutra de acordo com a ISO 9227 e, para sistemas fotovoltaicos, pelas sequências de congelamento de calor úmido e umidade na IEC 61215. A segurança e o desempenho em nível de célula e conjunto são cobertos por padrões como IEC 62619 para baterias de lítio industriais e IEC 62660-1 para células de veículos elétricos. Em termos de aquisição, os três itens que mais frequentemente causam rejeição são a tolerância à espessura da folha, a altura das rebarbas nas bordas das fendas e a espessura do revestimento anódico nas molduras, portanto estes devem ser especificados com um limite mensurável e verificados em cada lote.
Perguntas frequentes
Q:Qual espessura da folha de alumínio é usada em células de íons-de lítio?
R: A folha do coletor de corrente catódica tem normalmente de 12 a 20 mícrons, sendo 15 mícrons o medidor de produção mais comum, com uma pureza de 99,5 por cento ou superior.
Q:Qual liga de alumínio é usada para barramentos de bateria?
R: 1050A e condutor grau 1350 são padrão, fornecendo cerca de 61 por cento da condutividade do Padrão Internacional de Cobre Recozido com boa conformabilidade.
Q:Por que é usado alumínio em vez de cobre no coletor catódico?
R: No potencial catódico, o alumínio forma um óxido passivo estável que resiste à dissolução, enquanto o cobre corroeria. O cobre continua sendo o padrão para o lado do ânodo.
Q:Quais padrões abrangem estruturas de módulos fotovoltaicos?
R: As estruturas são extrudadas de acordo com ASTM B221 ou um padrão de perfil equivalente em liga 6063-T6, enquanto o módulo acabado é qualificado de acordo com IEC 61215 e IEC 61730.
Q:Como é verificada a resistência à corrosão para hardware de energia externa?
R: Através de testes de névoa salina neutra de acordo com a norma ISO 9227 e, para produtos fotovoltaicos, através das sequências de congelamento de calor úmido e umidade especificadas na norma IEC 61215.
Q:O alumínio e o cobre podem ser unidos diretamente em uma embalagem?
R: As juntas diretas são usadas na produção, mas são suscetíveis à corrosão galvânica na presença de umidade. O revestimento de níquel ou uma placa de transição bimetálica mais vedação é a mitigação usual.