Въведение
Глобалният тласък към възобновяема енергия доведе до бързо разширяване на фотоволтаичните (PV) инсталации в крайбрежни и офшорни среди. Плаващият фотоволтаичен капацитет в световен мащаб достигна приблизително 5,9 GW до края на 2023 г. и се очаква да надхвърли 10 GW до 2030 г. Офшорните фотоволтаични системи предлагат ясни предимства пред наземните -базирани системи, включително избягване на-ограничения за използване на земята и по-високи енергийни добиви поради охлаждащия ефект на водата върху панелите. Въпреки това, морската вода въвежда набор от механизми за разграждане, които фундаментално застрашават издръжливостта и производителността на слънчевите модули по начини, които наземните инсталации рядко срещат.
Механизми на разграждане-, предизвикано от морска вода
Корозия на стъкло и оптични загуби
Предното стъкло на фотоволтаичния модул е първата бариера, изложена на морска вода. Експериментални проучвания показват, че след 98 дни потапяне в симулирана морска вода, пропускливостта на фотоволтаичното стъкло намалява от 91,46% на 70,35%-загуба от над 21 процентни пункта. Тази драматична оптична деградация се задвижва от последователен процес на отлагане: първо се образуват слоеве от магнезиева-сол и ускоряват локалната корозия на стъклената повърхност, последвани от слоеве от калциева-сол, които, заедно с продължаващото разтваряне на стъклото, допълнително влошават оптичните загуби и намаляват мощността на модула.
Електрохимична корозия на метални компоненти
Морската вода е богата на йонни видове-Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-чиято адсорбция или проникване в модула инициира процеси на електрохимична корозия. Металните електроди, особено сребърните (Ag) и медните (Cu), са силно податливи на изместване на потенциала и йонна дифузия, като и двете компрометират дългосрочната -стабилност. В крайбрежните райони основният режим на повреда е електрохимична и галванична корозия, възникваща при метални контакти и заварки, тъй като проникването на влага в панела ускорява окисляването на металните контакти и разграждането на капсулиращите материали.
Особено видима проява на този процес е образуването на тъмни линии или водни следи върху повърхностите на модула. Натоварената със сол- влага осигурява електролитна среда за електрохимични реакции върху сребърната паста, използвана при метализирането на слънчеви клетки, което води до образуването на сребърен оксид, който се появява като видими черни линии, влошавайки както външния вид на модула, така и електрическото му представяне.
Уязвимост на капсулата и съединителната кутия
Дългото излагане на влага от сол води до корозия на важни части на модула като рамки, съединителни кутии и стъклени повърхности, което води до намаляване на производителността и съкращаване на експлоатационния живот на модула. Ако разпределителна кутия, терминал или инвертор е проникнат от солена мъгла или пари, те в крайна сметка ръждясват поради отлаганията. Следователно съединителните кутии за морски приложения трябва да бъдат запечатани с IP68, за да бъдат устойчиви на сол и влага.
Ускорени скорости на разграждане
Полевите наблюдения на двустранни модули при крайбрежни условия съобщават за ефективни годишни нива на разграждане между приблизително 0,36% и 0,75% годишно за добре-капсулирани модули. Въпреки това, натрупването на сол върху офшорните фотоволтаични модули ускорява скоростта на разграждане с допълнителни 0,05% до 0,13%, потенциално намалявайки живота на модула с 3 до 5 години. В екстремни случаи с лошо проектирано капсулиране, задната-потенциална-индуцирана деградация е причинила локализирани обратни-загуби на мощност, надвишаващи 30%.
Стандарти за индустриални тестове
Основният международен стандарт, регулиращ корозионната устойчивост на солена мъгла, е IEC 61701, който описва тестови последователности за определяне на устойчивостта на фотоволтаични модули към корозия от солена мъгла, съдържаща хлоридни съединения като NaCl и MgCl₂. Най-тежкото тестово ниво-Ниво 6 включва осем тестови цикъла за 56 дни. Всеки 7-дневен цикъл се състои от четири етапа на солен спрей с продължителност два часа при 35 градуса с 93% влажност, последвано от съхранение при 40 градуса с контролирана влажност. Този строг протокол оценява влошаването на изходната мощност, непрекъснатостта на земята, мокър ток на утечка, съпротивление на изолацията и външен вид.
Третото издание на IEC 61701, издадено през 2020 г., въведе важни актуализации: методите за изпитване бяха съкратени и приведени в съответствие с новите издания на IEC 61215 и IEC 61730 и беше добавено нормативно приложение, което да ръководи кои методи за изпитване се прилагат за различни приложения. Някои производители доброволно надхвърлиха изискванията на стандарта, като проведоха циклични тестове за солена мъгла до 168 дни-три пъти продължителността на най-високото стандартно ниво-и постигнаха загуба на мощност от само 1%.
Стратегии за смекчаване и защита
Усъвършенствани стъклени покрития
Водещи фотоволтаични производители са разработили специализирани стъклени покрития за морска среда. Един забележителен подход използва плътен основен слой SiO₂, комбиниран с анти-отражателен повърхностен слой с висока-пропускливост; основният слой ефективно блокира проникването на водни пари и хлоридни йони, докато повърхностният слой осигурява само-почистваща способност и поддържа пропускливост над 94%. Такива модули са преминали тестове IEC 61701 солена мъгла ниво 8, което далеч надхвърля конвенционалните изисквания. Доказано е, че интегриран защитен процес, съчетаващ темпериран субстрат, дву-слойно нано-покритие, отлагане на атомен слой, суперхидрофобно само-почистване и запечатване на ръбовете, удължава живота на модула над 25 години, като стъклото с двойно-слойно покритие демонстрира устойчивост на солена пръска над 1100 часа.
Рамка и структурна защита
Алуминиевите рамки на стандартните наземни фотоволтаични модули обикновено са анодизирани според спецификацията AA10. За морска среда това трябва да бъде надстроено до AA20 (20–25 μm дебелина), което се счита за задължителен морски-стандарт за крайбрежни соларни проекти. Надстройката на анодизирания слой на рамката от AA10 до AA20 драстично подобрява устойчивостта на корозия и подобрява структурната надеждност при продължително излагане. Покритията от цинк-магнезий-алуминиева стомана също са сертифицирани за използване в C5-M морска среда, като съдържанието на магнезий от 3% осигурява много по-ефективна защита срещу корозия от покритията с по-ниско съдържание на магнезий.
Самовъзстановяващи се и анти{1}}UV композитни покрития
Последните постижения в технологиите за нанасяне на покрития въведоха-възможности за самовъзстановяване за морско фотоволтаично оборудване. Композитно покритие, произведено чрез синергично електроразпръскване и електроразпръскване, демонстрира, че по време на тестване със солен-спрей, корозиралата площ е значително по-малка, отколкото при празните епоксидни покрития, с електрохимичен импеданс, надвишаващ този на празния епоксид с два порядъка. Самовъзстановяването на увредените участъци се извършва за кратък период от време и след 300-часов тест за ускорено стареене, покритието запазва своите физикохимични свойства и защитно действие.
Структурна корозия и механично въздействие
Освен самия фотоволтаичен модул, структурните компоненти на офшорните плаващи фотоволтаични системи са изправени пред сериозни корозионни предизвикателства. Морската корозия намалява товароносимост-на критичните T-фуги с приблизително 33% до 45%. Влошаването на твърдостта достига до 59,76%, докато капацитетът за разсейване на енергия намалява с 54,6% до 62,5%. Въпреки това, модифицираните покрития от епоксидно-стъкло-на люспи и покритията от графен и цинк ефективно защитават T-фугите, като поддържат почти непроменен-носещ капацитет без разрушаване на покритието.
Икономически последици
Цената на корозията в морските фотоволтаични инсталации е значителна. Слънчева ферма с мощност 5 MW, разположена на 200 метра от атлантическото крайбрежие на Флорида, претърпя спад на ефективността от 5% през първата си година, като разходите за поддръжка достигат 15 000 долара за MW годишно. Подходящата корозионно-устойчива спецификация добавя 5–10% към--разходите за материали-приблизително $2–4 на модул-но тази премия се изплаща, като предотвратява корозията на рамката, която иначе би изисквала пълна подмяна на модула. В Китай разходите-за корозия в цялата индустрия са оценени на 4 трилиона юана, което представлява 3,34% от БВП, докато ефективната защита от корозия може да възстанови 25% до 40% от тези загуби.
Заключение
Корозията, дължаща се на морска вода, е една от значителните трудности, пред които е изправен бързо развиващият се офшорен и крайбрежен фотоволтаичен пазар. Има повече от един начин да се обясни естеството на проблема. Тук се виждат различни видове разграждане - корозия на стъкло, електрохимични процеси, действащи върху металните части на устройството, отслабване на капсулиращия материал, както и отслабване на структурата на самото устройство. Индустрията посреща предизвикателството, като разработва нови технологии за защита, използващи много-слойни стъклени покрития и усъвършенствана анодизация за металните корпуси. Индустрията е подпомогната от международните стандарти за тестване на корозия като IEC 61701. Тъй като обемът на офшорните проекти се увеличава, осигуряването на надеждна, евтина защита от корозия става решаващо за ефективността на слънчевите енергийни централи.
