Подходит ли алюминий для солнечных панелей?

Алюминий (или алюминий в американском английском и канадском английском) — это химический элемент с символом Al и атомным номером 13. Алюминий имеет плотность ниже, чем у других распространенных металлов, примерно на одну треть плотности стали. Он имеет большое сродство к кислороду и образует на поверхности защитный слой оксида при воздействии воздуха. Алюминий визуально напоминает серебро как по цвету, так и по своей способности отражать свет. Он мягкий, немагнитный и пластичный. Он имеет один стабильный изотоп 27Al; этот изотоп очень распространен, что делает алюминий двенадцатым по распространенности элементом во Вселенной. Радиоактивность 26Al используется при радиодатировании.

Химически алюминий представляет собой постпереходный металл группы бора; как обычно для этой группы, алюминий образует соединения преимущественно в степени окисления +3. Катион алюминия Al3+ имеет небольшой размер и сильно заряжен; как таковой, он поляризуется, и формы связей алюминия имеют тенденцию к ковалентности. Сильное сродство к кислороду приводит к тому, что алюминий обычно ассоциируется с кислородом в природе в форме оксидов; по этой причине алюминий встречается на Земле преимущественно в горных породах земной коры, где он является третьим по распространенности элементом после кислорода и кремния, а не в мантии, и практически никогда в виде свободного металла.

Об открытии алюминия объявил в 1825 году датский физик Ганс Кристиан Эрстед. Первое промышленное производство алюминия было инициировано французским химиком Анри Этьеном Сент-Клер Девилем в 1856 году. Алюминий стал гораздо более доступным для общественности благодаря процессу Холла-Эру, разработанному независимо французским инженером Полем Эру и американским инженером Шарлем Мартином Холлом в 1886 году, а массовое производство алюминия привело к его широкому использованию в промышленности и повседневной жизни. Во время Первой и Второй мировых войн алюминий был важнейшим стратегическим ресурсом для авиации. В 1954 году алюминий стал самым производимым цветным металлом, обогнав медь. В 21 веке большая часть алюминия потреблялась в сфере транспорта, машиностроения, строительства и упаковки в США, Западной Европе и Японии.

Несмотря на широкое распространение в окружающей среде, ни один живой организм не использует соли алюминия метаболически, однако алюминий хорошо переносится растениями и животными. Из-за обилия этих солей потенциальная их биологическая роль вызывает постоянный интерес, и исследования продолжаются.

Приложение

Смотрите также: Алюминиевый сплав

Мировое производство алюминия в 2016 году составило 58,8 миллиона тонн. Он превысил аналогичный показатель любого другого металла, кроме железа (1 231 миллион метрических тонн).

Алюминий почти всегда легирован, что заметно улучшает его механические свойства, особенно при закалке. Например, обычная алюминиевая фольга и банки для напитков представляют собой сплавы с содержанием алюминия от 92% до 99%.[140] Основными легирующими добавками являются медь, цинк, магний, марганец и кремний (например, дюралюминий) с содержанием других металлов в несколько процентов по весу.[141] Алюминий, как деформируемый, так и литой, легируют, среди прочего, марганцем, кремнием, магнием, медью и цинком.[142] Например, семейство сплавов Kynal было разработано британским химическим производителем Imperial Chemical Industries.

Алюминиевая банка

Основные области применения металлического алюминия:

• Транспорт (автомобили, самолеты, грузовики, железнодорожные вагоны, морские суда, велосипеды, космические корабли и т. д.). Алюминий используется из-за его низкой плотности;

• Упаковка (банки, фольга, рамка и т.п.). Алюминий используется потому, что он нетоксичен (см. ниже), не адсорбирует и устойчив к осколкам;

• Строительство и строительство (окна, двери, сайдинг, строительная проволока, обшивка, кровля и т.д.). Поскольку сталь дешевле, алюминий используется, когда важны легкость, устойчивость к коррозии или технические характеристики;

• Использование в электроэнергетике (проводниковые сплавы, двигатели и генераторы, трансформаторы, конденсаторы и т. д.). Алюминий используется потому, что он относительно дешев, обладает высокой проводимостью, имеет достаточную механическую прочность, низкую плотность и устойчив к коррозии;

• Широкий ассортимент товаров для дома: от кухонной утвари до мебели. Низкая плотность, хороший внешний вид, простота изготовления и долговечность являются ключевыми факторами использования алюминия;

• Машины и оборудование (технологическое оборудование, трубы, инструменты). Алюминий используется из-за его коррозионной стойкости, непирофорности и механической прочности.

• Портативные компьютерные чехлы. В настоящее время редко используется без легирования,[144] но алюминий можно переработать, а чистый алюминий имеет остаточную рыночную стоимость: например, материал использованной банки для напитков (UBC) использовался для корпуса электронных компонентов ноутбука MacBook Air, смартфона Pixel 5 или умных часов Summit Lite.

Какой материал для солнечной панели?

Материал солнечной рамы — алюминиевый сплав 6063.

АА 6063 представляет собой алюминиевый сплав с магнием и кремнием в качестве легирующих элементов. Стандарт, контролирующий его состав, поддерживается Алюминиевой ассоциацией. Он обычно имеет хорошие механические свойства, поддается термообработке и сварке. Он похож на британский алюминиевый сплав HE9.

6063 — наиболее распространенный сплав, используемый для экструзии алюминия. Он позволяет формировать сложные формы с очень гладкими поверхностями, пригодными для анодирования, и поэтому популярен для видимых архитектурных применений, таких как оконные рамы, дверные рамы, крыши и рамы вывесок.

Химический состав

Состав сплава 6063: Алюминий aiioy 6063.

Составной элемент	Минимум (% по весу)	Максимум (% по массе)
Алюминий (Al)	97,50%	99,35%
Магний (Мг)	0,45%	0,90%
Кремний (Si)	0,20%	0,60%
Железо (Fe)	0	0,35%
Хром (Cr)	0	0,10%
Медь (Cu)	0	0,10%
Марганец (Mn)	0	0,10%
Титан (Ti)	0	0,10%
Цинк (Sn)	0	0,10%
Другие	0	0,15% всего (по 0,05% каждый)

Механические свойства:

6063-Т5

T5 закалка 6063 имеет предел прочности на разрыв не менее 140 МПа (20 000 фунтов на квадратный дюйм) при толщине до 13 миллиметров (0,5 дюйма) и 130 МПа (19 000 фунтов на квадратный дюйм) при толщине 13 мм (0,5 дюйма), а предел текучести не менее 97 МПа (14 000 фунтов на квадратный дюйм) до 13 миллиметров (0,5 дюйма) и 90 МПа (13 000 фунтов на квадратный дюйм) от 13 до 25 мм (от 0,5 до 1 дюйма). Имеет удлинение 8%.

6063-Т6

Закалка Т6 6063 имеет предел прочности на разрыв не менее 190 МПа (28 000 фунтов на квадратный дюйм) и предел текучести не менее 160 МПа (23 000 фунтов на квадратный дюйм). При толщине 3,15 мм (0,124 дюйма) или меньше его удлинение составляет 8% или более; в более толстых секциях удлинение составляет 10%.

Заключение

6063 используется для изготовления архитектурных изделий, оконных и дверных рам, труб и трубок, а также алюминиевой мебели. Поэтому его хорошо использовать в солнечных батареях.