Чи підходить алюміній для сонячних панелей?

Алюміній (або алюміній американською англійською та канадською англійською мовами) — це хімічний елемент із символом Al і атомним номером 13. Алюміній має щільність, нижчу, ніж у інших поширених металів, приблизно на третину від сталі. Він має велику спорідненість до кисню та утворює захисний шар оксиду на поверхні під час контакту з повітрям. Алюміній візуально нагадує срібло як за кольором, так і за чудовою здатністю відбивати світло. Він м'який, немагнітний і пластичний. Він має один стабільний ізотоп, 27Al; цей ізотоп дуже поширений, що робить алюміній дванадцятим найпоширенішим елементом у Всесвіті. Радіоактивність 26Al використовується в радіодатуванні.

Хімічно алюміній є постперехідним металом у групі бору; як зазвичай для цієї групи, алюміній утворює сполуки переважно зі ступенем окислення +3. Катіон алюмінію Al3+ невеликий і дуже заряджений; як такий, він є поляризаційним, і зв’язки алюмінію мають тенденцію до ковалентності. Сильна спорідненість до кисню призводить до загальної асоціації алюмінію з киснем у природі у формі оксидів; з цієї причини алюміній зустрічається на Землі переважно в гірських породах у корі, де він є третім за поширеністю елементом після кисню та кремнію, а не в мантії, і практично ніколи як вільний метал.

Про відкриття алюмінію оголосив у 1825 році датський фізик Ганс Крістіан Ерстед. Перше промислове виробництво алюмінію було розпочато французьким хіміком Анрі Етьєном Сент-Клер Девілем у 1856 році. Алюміній став набагато доступнішим для населення завдяки процесу Холла–Еру, незалежно розробленому французьким інженером Полем Еру та американським інженером Чарльзом Мартіном Холом у 1886 році, а масове виробництво алюмінію призвело до його широкого використання в промисловості та повсякденному житті. Під час Першої та Другої світових війн алюміній був важливим стратегічним ресурсом для авіації. У 1954 році алюміній став найбільш виробленим кольоровим металом, випередивши мідь. У 21 столітті найбільше алюмінію споживали на транспорті, машинобудуванні, будівництві та пакуванні в США, Західній Європі та Японії.

Незважаючи на його поширеність у навколишньому середовищі, відомо, що жоден живий організм не використовує солі алюмінію метаболічно, але алюміній добре переноситься рослинами та тваринами. Через велику кількість цих солей потенціал їхньої біологічної ролі викликає постійний інтерес, і дослідження тривають.

застосування

Дивіться також: Алюмінієвий сплав

Світове виробництво алюмінію в 2016 році склало 58,8 млн метричних тонн. Він перевищив будь-який інший метал, крім заліза (1231 мільйон метричних тонн).[138][139]

Алюміній майже завжди легований, що помітно покращує його механічні властивості, особливо при гарту. Наприклад, звичайна алюмінієва фольга та банки для напоїв складаються зі сплавів, що містять від 92% до 99% алюмінію.[140] Основними легуючими речовинами є мідь, цинк, магній, марганець і кремній (наприклад, дюралюміній) з кількома відсотками маси інших металів.[141] Алюміній, як кований, так і литий, був легований марганцем, кремнієм, магнієм, міддю та цинком серед інших.[142] Наприклад, сімейство сплавів Kynal розроблено британським виробником хімікатів Imperial Chemical Industries.

Алюмінієва банка

Основне використання металевого алюмінію:

• Транспорт (автомобілі, літаки, вантажівки, залізничні вагони, морські судна, велосипеди, космічні кораблі тощо). Алюміній використовується через його низьку щільність;

• Упаковка (банки, фольга, рамка тощо). Алюміній використовується тому, що він нетоксичний (див. нижче), не адсорбує та захищений від осколків;

• Будівництво та будівництво (вікна, двері, сайдинг, будівельний дріт, обшивка, покрівля тощо). Оскільки сталь дешевша, алюміній використовується, коли важливі легкість, стійкість до корозії або технічні характеристики;

• Використання, пов’язане з електроенергією (провідникові сплави, двигуни та генератори, трансформатори, конденсатори тощо). Алюміній використовується тому, що він відносно дешевий, має високу провідність, має відповідну механічну міцність і низьку щільність, а також стійкий до корозії;

• Широкий асортимент товарів для дому, від посуду до меблів. Низька щільність, гарний зовнішній вигляд, простота виготовлення та довговічність є ключовими факторами використання алюмінію;

• Машини та обладнання (технологічне обладнання, труби, інструмент). Алюміній використовується через його корозійну стійкість, непірофорність і механічну міцність.

• Корпуси портативних комп'ютерів. В даний час рідко використовується без сплаву,[144] але алюміній можна переробити, і чистий алюміній має залишкову ринкову вартість: наприклад, матеріал використаної банки для напоїв (UBC) використовувався для корпусу електронних компонентів ноутбука MacBook Air, смартфона Pixel 5 або смарт-годинника Summit Lite.

Який матеріал для сонячної панелі?

Матеріалом для сонячної рами є алюмінієвий сплав 6063.

AA 6063 — це алюмінієвий сплав із магнієм і кремнієм як легуючі елементи. Стандарт, який контролює його склад, підтримується Алюмінієвою асоціацією. Загалом він має хороші механічні властивості, піддається термічній обробці та зварюванню. Він схожий на британський алюмінієвий сплав HE9.

6063 є найпоширенішим сплавом, який використовується для екструзії алюмінію. Він дозволяє формувати складні форми з дуже гладкими поверхнями, придатними для анодування, і тому популярний для видимих ​​архітектурних застосувань, таких як віконні рами, дверні рами, дахи та рами для вивісок.

Хімічний склад

Склад сплаву 6063: алюміній aiioy 6063

Складовий елемент	Мінімум (% за вагою)	Максимум (% за вагою)
Алюміній (Al)	97,50%	99,35%
магній (Mg)	0,45%	0,90%
Кремній (Si)	0,20%	0,60%
Залізо (Fe)	0	0,35%
Хром (Cr)	0	0,10%
мідь (Cu)	0	0,10%
Марганець (Mn)	0	0,10%
Титан (Ti)	0	0,10%
Цинк (Sn)	0	0,10%
інші	0	0,15% всього (по 0,05%)

Механічні властивості:

6063-T5

T5 temper 6063 має межу міцності на розрив щонайменше 140 МПа (20 000 фунтів на квадратний дюйм) при товщині до 13 міліметрів (0,5 дюйма) і 130 МПа (19 000 фунтів на квадратний дюйм) при товщині 13 мм (0,5 дюйма), а також межу текучості щонайменше 97 МПа (14 000 фунтів на квадратний дюйм) до 13 мм. міліметрів (0,5 дюйма) і 90 МПа (13 000 psi) від 13 до 25 мм (0,5 до 1 дюйма). Має подовження 8%.

6063-T6

Т6 відпуск 6063 має межу міцності на розрив щонайменше 190 МПа (28 000 фунтів на квадратний дюйм) і межу текучості щонайменше 160 МПа (23 000 фунтів на квадратний дюйм). При товщині 3,15 міліметра (0,124 дюйма) або менше він має подовження 8% або більше; у більш товстих зрізах воно має подовження 10%.

Висновок

6063 використовується для архітектурних виробів, віконних і дверних рам, труб і труб, а також алюмінієвих меблів. Тому його добре використовувати в сонячних панелях.