Zavedení
Globální tlak na obnovitelné zdroje energie vedl k rychlému rozšíření fotovoltaických (PV) instalací v pobřežních a pobřežních prostředích. Plovoucí fotovoltaická kapacita na celém světě dosáhla do konce roku 2023 přibližně 5,9 GW a předpokládá se, že do roku 2030 překročí 10 GW. Pobřežní fotovoltaické elektrárny nabízejí oproti pozemním -systémům značné výhody, včetně vyhýbání se omezením využívání půdy- a vyšších energetických výnosů díky chladicímu efektu vody na panelech. Mořská voda však zavádí soubor degradačních mechanismů, které zásadně ohrožují odolnost a výkon solárních modulů způsoby, se kterými se pozemní instalace setkávají jen zřídka.
Mechanismy{0}}indukované degradace mořské vody
Koroze skla a optické ztráty
Přední krycí sklo fotovoltaického modulu je první bariérou vystavenou mořské vodě. Experimentální studie ukázaly, že po 98 dnech ponoření do simulované mořské vody se propustnost fotovoltaického skla sníží z 91,46 % na 70,35 %-, což je ztráta více než 21 procentních bodů. Tato dramatická optická degradace je řízena sekvenčním depozičním procesem: nejprve se vytvoří vrstvy hořčíkové-soli a urychlí lokální korozi povrchu skla, následované překryvnými vrstvami vápenaté-soli, které spolu s probíhajícím rozpouštěním skla dále zhoršují optické ztráty a snižují výkon modulu.
Elektrochemická koroze kovových součástí
Mořská voda je bohatá na iontové látky -Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-, jejichž adsorpce nebo pronikání do modulu spouští elektrochemické korozní procesy. Kovové elektrody, zejména stříbrné (Ag) a měděné (Cu), jsou vysoce náchylné k posunům potenciálu a difúzi iontů, což obojí ohrožuje dlouhodobou-stabilitu. V pobřežních oblastech je primárním způsobem poruchy elektrochemická a galvanická koroze vyskytující se na kovových kontaktech a svarech, protože infiltrace vlhkosti do panelu urychluje oxidaci kovových kontaktů a degradaci materiálů zapouzdření.
Zvláště viditelným projevem tohoto procesu je tvorba tmavých čar nebo vodních stop na površích modulů. Vlhkost nasycená solí poskytuje prostředí elektrolytu pro elektrochemické reakce na stříbrné pastě používané při metalizaci solárních článků, což vede k tvorbě oxidu stříbra, který se jeví jako viditelné černé čáry, což zhoršuje vzhled modulu i elektrický výkon.
Chyba zabezpečení zapouzdřovací a spojovací krabice
Dlouhé vystavení vlhkosti ze soli vede ke korozi důležitých částí modulu, jako jsou rámy, spojovací krabice a skleněné povrchy, což vede ke snížení výkonu a zkrácení životnosti modulu. Pokud se do rozvodné skříně, terminálu nebo měniče dostane solná mlha nebo pára, nakonec kvůli usazeninám zreziví. Proto by spojovací krabice pro námořní aplikace měly být utěsněny IP68, aby byly odolné vůči soli a vlhkosti.
Zrychlené rychlosti degradace
Terénní pozorování bifaciálních modulů v pobřežních podmínkách uvádí efektivní roční míry degradace mezi přibližně 0,36 % a 0,75 % za rok u dobře-zapouzdřených modulů. Akumulace soli na pobřežních FV modulech však urychluje rychlost degradace o dalších 0,05 % až 0,13 %, což potenciálně zkracuje životnost modulu o 3 až 5 let. V extrémních případech se špatně navrženým zapouzdřením způsobila degradace způsobená potenciálem na zadní straně-zadní-strany lokální ztráty výkonu přesahující 30 %.
Průmyslové testovací standardy
Primární mezinárodní norma upravující odolnost proti korozi solnou mlhou je IEC 61701, která popisuje testovací sekvence pro stanovení odolnosti FV modulů vůči korozi solnou mlhou obsahující chloridové sloučeniny, jako je NaCl a MgCl2. Nejpřísnější úroveň testu-Úroveň 6 – zahrnuje osm testovacích cyklů po dobu 56 dnů. Každý 7denní cyklus se skládá ze čtyř fází solné mlhy trvající dvě hodiny při 35 stupních s 93% vlhkostí, po kterých následuje skladování při 40 stupních s řízenou vlhkostí. Tento přísný protokol vyhodnocuje snížení výstupního výkonu, kontinuitu uzemnění, svodový proud za mokra, izolační odpor a vzhled.
Třetí vydání IEC 61701, vydané v roce 2020, zavedlo důležité aktualizace: zkušební metody byly zhuštěny a sladěny s novými vydáními IEC 61215 a IEC 61730 a byla přidána normativní příloha, která ukazuje, které zkušební metody platí pro různé aplikace. Někteří výrobci dobrovolně překročili požadavky normy a provedli cyklické testy slané mlhy po dobu až 168 dnů-trojnásobku trvání nejvyšší úrovně standardu-a dosáhli ztráty energie pouze 1 %.
Strategie zmírňování a ochrany
Pokročilé povlaky na sklo
Přední výrobci fotovoltaických zařízení vyvinuli speciální skleněné povlaky pro mořské prostředí. Jeden pozoruhodný přístup využívá hustou základní vrstvu SiO₂ kombinovanou s vysoce -propustnou anti-reflexní povrchovou vrstvou; základní vrstva účinně blokuje pronikání vodní páry a chloridových iontů, zatímco povrchová vrstva poskytuje samočisticí schopnost a udržuje propustnost nad 94 %. Takové moduly prošly testováním solné mlhy IEC 61701 úrovně 8, což daleko překračuje konvenční požadavky. Integrovaný ochranný proces kombinující temperovaný substrát, dvouvrstvý nano povlak, nanášení atomárních vrstev, superhydrofobní samočisticí{11}}a těsnění hran prodloužil životnost modulu na více než 25 let, přičemž dvojité{13}}sklo s povlakem prokázalo toleranci solné mlhy přesahující 1 100 hodin.
Ochrana rámu a konstrukce
Hliníkové rámy standardních pozemních fotovoltaických modulů jsou obvykle eloxovány podle specifikace AA10. V případě mořského prostředí je nutné upgradovat na AA20 (tloušťka 20–25 μm), což je u pobřežních solárních projektů považováno za povinný standard námořní{5}}třídy. Upgrade eloxované vrstvy rámu z AA10 na AA20 dramaticky zlepšuje odolnost proti korozi a zvyšuje spolehlivost konstrukce při dlouhodobém vystavení. Povlaky zinko-hořčíkové-hliníkové oceli byly také certifikovány pro použití v mořském prostředí C5-M, přičemž 3% obsah hořčíku poskytuje mnohem účinnější ochranu proti korozi než povlaky s nižším obsahem hořčíku.
Samo{0}}opravující a anti-UV kompozitní nátěry
Nedávné pokroky v technologii povrchové úpravy zavedly u námořních fotovoltaických zařízení -možnosti samoopravy. Kompozitní povlak vyrobený synergickým elektrostatickým zvlákňováním a elektrosprejováním prokázal, že během testování solným-nástřikem byla zkorodovaná plocha podstatně menší než u prázdných epoxidových povlaků, přičemž elektrochemická impedance převyšovala impedanci čistého epoxidu o dva řády. Samo-hojení poškozených oblastí bylo provedeno během krátké doby a po 300hodinovém testu zrychleného stárnutí si povlak zachoval své fyzikálně-chemické vlastnosti a ochranný účinek.
Strukturální koroze a mechanické rázy
Kromě samotného fotovoltaického modulu čelí konstrukční součásti plovoucích fotovoltaických systémů na moři vážným problémům s korozí. Mořská koroze snižuje-únosnost kritických T-spojů přibližně o 33 % až 45 %. Degradace tuhosti dosahuje až 59,76 %, zatímco kapacita rozptylu energie klesá o 54,6 % na 62,5 %. Modifikované epoxidové-sklo-vločkové povlaky a grafenzinkové povlaky však účinně chrání T-spoje a zachovávají téměř nezměněnou nosnost-bez selhání povlaku.
Ekonomické důsledky
Náklady na korozi v námořních FV instalacích jsou značné. Solární farma o výkonu 5 MW umístěná 200 metrů od pobřeží Atlantského oceánu na Floridě utrpěla v prvním roce 5% pokles účinnosti, přičemž náklady na údržbu dosahovaly 15 000 USD na MW ročně. Správná specifikace odolnosti proti korozi -přidává 5–10 % k počátečnímu účtu{10}}-nákladů na materiál-přibližně 2–4 USD na modul-, ale tato prémie se vyplatí tím, že zabrání korozi rámu, která by jinak vyžadovala úplnou výměnu modulu. V Číně byly celoodvětvové{17}}náklady na korozi odhadnuty na 4 biliony juanů, což představuje 3,34 % HDP, přičemž účinná ochrana proti korozi může získat zpět 25 % až 40 % těchto ztrát.
Závěr
Koroze způsobená mořskou vodou je jednou z významných obtíží, kterým čelí rychle se vyvíjející pobřežní a pobřežní fotovoltaický trh. Existuje více než jeden způsob, jak vysvětlit podstatu problému. Jsou zde vidět různé typy degradace - koroze skla, elektrochemické procesy působící na kovové části zařízení, zeslabování zapouzdřovacího materiálu i zeslabení struktury samotného zařízení. Průmysl čelí výzvě vývojem nových technologií ochrany využívajících více-vrstvé skleněné povlaky a pokročilou anodizaci kovových plášťů. Průmysl je podporován mezinárodními normami v korozních testech, jako je IEC 61701. S rostoucím objemem offshore projektů se poskytování spolehlivé, levné antikorozní ochrany stává zásadní pro účinnost solárních elektráren.
