Увод
Глобални притисак ка обновљивој енергији довео је до брзог ширења фотонапонских (ПВ) инсталација у приобалним и приобалним окружењима. Плутајући ПВ капацитет широм света достигао је приближно 5,9 ГВ до краја 2023. и предвиђа се да ће премашити 10 ГВ до 2030. ПВ на мору нуди јасне предности у односу на копнене{5}}системе, укључујући избегавање ограничења коришћења земље-и веће приносе енергије због расхладног ефекта воде на панеле. Међутим, морска вода уводи скуп механизама деградације који суштински угрожавају трајност и перформансе соларних модула на начине на које се земаљске инсталације ретко сусрећу.
Механизми деградације изазване{0}}морском водом
Корозија стакла и оптички губици
Стакло предњег поклопца ПВ модула је прва баријера изложена морској води. Експерименталне студије су показале да након 98 дана потапања у симулираној морској води, пропусност ПВ стакла опада са 91,46% на 70,35%-што је губитак од преко 21 процентни поен. Ова драматична оптичка деградација је вођена узастопним процесом таложења: прво се формирају слојеви соли магнезијума- и убрзавају локалну корозију површине стакла, а затим слојеви калцијумове- соли који, заједно са текућим растварањем стакла, додатно погоршавају оптичке губитке и смањују излаз модула.
Електрохемијска корозија металних компоненти
Морска вода је богата јонским врстама-На⁺, Цл⁻, Мг²⁺, СО₄²⁻-чија адсорпција или продирање у модул покреће процесе електрохемијске корозије. Металне електроде, посебно сребро (Аг) и бакар (Цу), су веома подложне потенцијалним померањима и дифузији јона, што обе угрожава дугорочну-стабилност. У приобалним регионима, примарни начин квара је електрохемијска и галванска корозија која се јавља на металним контактима и завареним спојевима, пошто инфилтрација влаге у панел убрзава оксидацију металних контаката и деградацију материјала за капсулирање.
Посебно видљива манифестација овог процеса је формирање тамних линија или водених трагова на површинама модула. Влага-напуњена солима обезбеђује електролитско окружење за електрохемијске реакције на сребрној пасти која се користи у метализацији соларних ћелија, што доводи до формирања сребрног оксида који се појављује као видљиве црне линије, деградирајући и изглед модула и електричне перформансе.
Рањивост инкапсулатора и разводне кутије
Дуго излагање влази од соли доводи до корозије важних делова модула као што су оквири, разводне кутије и стаклене површине, што доводи до смањења перформанси и скраћивања радног века модула. Ако се у разводну кутију, терминал или претварач инфилтрира солна магла или пара, на крају зарђа због наслага. Због тога, разводне кутије за поморску примену треба да буду заштићене ИП68 како би биле отпорне на со и влагу.
Убрзане стопе деградације
Теренска посматрања бифацијалних модула у обалним условима показују ефективне годишње стопе деградације између приближно 0,36% и 0,75% годишње за добро-инкапсулиране модуле. Међутим, акумулација соли на фотонапонским модулима на мору убрзава стопу деградације за додатних 0,05% до 0,13%, што потенцијално смањује животни век модула за 3 до 5 година. У екстремним случајевима са лоше дизајнираном енкапсулацијом, деградација изазвана-потенцијалном{10}}задњом страном проузроковала је локализоване губитке{11}}позади снаге које прелазе 30%.
Стандарди за испитивање индустрије
Примарни међународни стандард који регулише отпорност на корозију сланом маглом је ИЕЦ 61701, који описује секвенце испитивања за одређивање отпорности фотонапонских модула на корозију од слане магле која садржи хлоридна једињења као што су НаЦл и МгЦл₂. Најстрожи ниво тестирања-Ниво 6 – обухвата осам циклуса тестирања током 56 дана. Сваки 7-дневни циклус састоји се од четири фазе сланог спреја у трајању од два сата на 35 степени са 93% влажности, након чега следи складиштење на 40 степени са контролисаном влажношћу. Овај ригорозни протокол процењује деградацију излазне снаге, континуитет уземљења, влажну струју цурења, отпор изолације и изглед.
Треће издање ИЕЦ 61701, издато 2020. године, увело је важна ажурирања: методе испитивања су сажете и усклађене са новим издањима ИЕЦ 61215 и ИЕЦ 61730, а додат је и нормативни анекс који води које методе испитивања се примењују на различите апликације. Неки произвођачи су добровољно премашили захтеве стандарда, спроводећи циклусне тестове слане магле до 168 дана-три пута дуже од највишег стандардног нивоа-и постигавши губитак снаге од само 1%.
Стратегије ублажавања и заштите
Напредни премази за стакло
Водећи ПВ произвођачи развили су специјализоване стаклене премазе за морска окружења. Један значајан приступ користи густ основни слој СиО₂ у комбинацији са површинским слојем високе{1}}пропустљивости анти-одбојности; основни слој ефикасно блокира продирање водене паре и хлоридних јона, док површински слој пружа способност-самочишћења и одржава пропусност изнад 94%. Такви модули су прошли испитивање ИЕЦ 61701 слане магле на нивоу 8, што далеко превазилази конвенционалне захтеве. Показало се да интегрисани заштитни процес који комбинује каљену подлогу, двослојни нано{{10} премаз, таложење атомског слоја, суперхидрофобно само-и заптивање ивица продужава животни век модула преко 25 година, са двоструким-слојним премазом стакла које показује толеранцију на распршивање соли00 сати1.
Заштита оквира и конструкција
Алуминијумски оквири стандардних земаљских фотонапонских модула су типично анодизирани према АА10 спецификацији. За морска окружења, ово мора бити надограђено на АА20 (дебљина 20–25 μм), што се сматра обавезним стандардом морског{5}}разреда за обалне соларне пројекте. Надоградња анодизираног слоја оквира са АА10 на АА20 драматично побољшава отпорност на корозију и повећава поузданост конструкције при продуженом излагању. Цинк-магнезијум-алуминијумски челични премази су такође сертификовани за употребу у Ц5-М морским окружењима, са садржајем магнезијума од 3% који пружа далеко ефикаснију одбрану од корозије од премаза са нижим садржајем магнезијума.
Композитни премази за{0}}самозарастање и{1}}УВ зрачење
Недавни напредак у технологији премаза увео је{0}}могућности самоизлечења за помонску фотонапонску опрему. Композитни премаз произведен синергистичким електроспиновањем и електропрскањем показао је да је, током тестирања сланим-спрејом, кородирана површина била знатно мања него на празним епоксидним премазима, са електрохемијском импедансом која је већа од отпора празног епоксида за два реда величине. Само{4}}зарастање оштећених региона је постигнуто у кратком периоду, а након 300-часовног теста убрзаног старења, премаз је сачувао своја физичко-хемијска својства и заштитне перформансе.
Структурна корозија и механички утицај
Осим самог фотонапонског модула, структурне компоненте плутајућих фотонапонских система на мору суочавају се са озбиљним изазовима корозије. Корозија у мору смањује носивост-носивости критичних Т- спојева за приближно 33% до 45%. Деградација крутости достиже 59,76%, док се капацитет дисипације енергије смањује за 54,6% на 62,5%. Међутим, модификовани епокси{10}}стаклени-љусави премази и графен цинк премази ефикасно штите Т-спојеве, одржавајући скоро непромењену носивост{13}}без квара премаза.
Економске импликације
Цена корозије у морским фотонапонским инсталацијама је знатна. Соларна фарма од 5 МВ која се налази 200 метара од атлантске обале Флориде претрпела је пад ефикасности од 5% у првој години, са трошковима одржавања који су достигли 15.000 долара по МВ годишње. Одговарајућа спецификација{7}}отпорне на корозију додаје 5–10% унапред --трошкови материјала-приближно 2–4 УСД по модулу-али ова премија се плаћа тако што спречава корозију оквира која би иначе захтевала потпуну замену модула. У Кини,{17}}трошкови корозије широм индустрије процењени су на 4 трилиона јуана, што чини 3,34% БДП-а, док ефикасна заштита од корозије може да надокнади 25% до 40% ових губитака.
Закључак
Корозија узрокована морском водом је једна од значајних потешкоћа са којима се суочава брзо развијајуће тржиште фотонапонских уређаја на мору и приобаљу. Постоји више од једног начина да се објасни природа проблема. Овде се виде различити типови деградације - корозија стакла, електрохемијски процеси који делују на металне делове уређаја, слабљење материјала за капсулирање као и слабљење структуре самог уређаја. Индустрија се суочава са изазовом тако што развија нове технологије заштите користећи вишеслојне{4}}слојне стаклене превлаке и напредну анодизацију за метална кућишта. Индустрији помажу међународни стандарди у испитивању корозије као што је ИЕЦ 61701. Како се обим пројеката на мору повећава, обезбеђивање поуздане, јефтине заштите од корозије постаје кључно за ефикасност соларних постројења.
