Uvod
Globalno prizadevanje za obnovljivo energijo je povzročilo hitro širitev fotonapetostnih (PV) naprav v obalnih in morskih okoljih. Plavajoča fotonapetostna zmogljivost po vsem svetu je do konca leta 2023 dosegla približno 5,9 GW in naj bi do leta 2030 presegla 10 GW. PV na morju ponuja izrazite prednosti pred kopenskimi-sistemi, vključno z izogibanjem-omejitvam rabe zemlje in večjim izkoristkom energije zaradi hladilnega učinka vode na plošče. Vendar pa morska voda uvaja niz mehanizmov razgradnje, ki bistveno ogrožajo vzdržljivost in učinkovitost solarnih modulov na načine, s katerimi se kopenske instalacije le redko srečajo.
Mehanizmi razgradnje-povzročene z morsko vodo
Korozija stekla in optične izgube
Sprednje pokrovno steklo fotonapetostnega modula je prva ovira, ki je izpostavljena morski vodi. Eksperimentalne študije so pokazale, da se po 98 dneh potopitve v simulirano morsko vodo prepustnost fotonapetostnega stekla zmanjša z 91,46 % na 70,35 %-, kar je izguba več kot 21 odstotnih točk. To dramatično optično degradacijo poganja zaporedni proces nanašanja: najprej nastanejo plasti magnezijeve-soli in pospešijo lokalno korozijo steklene površine, sledijo pa jim sloji kalcijeve-soli, ki skupaj z nenehnim raztapljanjem stekla še povečajo optične izgube in zmanjšajo izhod modula.
Elektrokemična korozija kovinskih komponent
Morska voda je bogata z ionskimi vrstami-Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-katere adsorpcija ali prodiranje v modul sproži procese elektrokemične korozije. Kovinske elektrode, zlasti srebrne (Ag) in bakrene (Cu), so zelo dovzetne za potencialne premike in difuzijo ionov, kar oboje ogroža dolgoročno -stabilnost. V obalnih regijah je primarni način okvare elektrokemična in galvanska korozija, ki se pojavi na kovinskih kontaktih in zvarih, saj vdor vlage v ploščo pospeši oksidacijo kovinskih kontaktov in razgradnjo materialov za zapiranje.
Še posebej vidna manifestacija tega procesa je nastanek temnih linij ali vodnih sledi na površinah modulov. S-napolnjena vlaga zagotavlja elektrolitsko okolje za elektrokemične reakcije na srebrni pasti, ki se uporablja pri metalizaciji sončnih celic, kar vodi do tvorbe srebrovega oksida, ki je videti kot vidne črne črte, kar poslabša tako videz kot električno zmogljivost modula.
Ranljivost kapsule in spojne omarice
Dolga izpostavljenost vlagi iz soli povzroči korozijo pomembnih delov modula, kot so okvirji, priključne omarice in steklene površine, kar povzroči zmanjšanje učinkovitosti in skrajšanje življenjske dobe modula. Če se v razdelilno omarico, terminal ali pretvornik vpije solna meglica ali para, sčasoma zarjavi zaradi usedlin. Zato morajo biti spojne omarice za pomorske aplikacije zaščitene z IP68, da so odporne na sol in vlago.
Pospešene stopnje razgradnje
Terenska opazovanja bifacialnih modulov v obalnih razmerah poročajo o efektivnih letnih stopnjah razgradnje med približno 0,36 % in 0,75 % na leto za dobro-inkapsulirane module. Vendar kopičenje soli na fotonapetostnih modulih na morju pospeši stopnjo razgradnje za dodatnih 0,05 % do 0,13 %, kar potencialno skrajša življenjsko dobo modula za 3 do 5 let. V skrajnih primerih s slabo zasnovano inkapsulacijo je -potencialna-zadnja stran povzročena degradacija povzročila lokalizirane povratne-izgube moči, ki presegajo 30 %.
Standardi industrijskega testiranja
Primarni mednarodni standard, ki ureja korozijsko odpornost solne meglice, je IEC 61701, ki opisuje preskusna zaporedja za določanje odpornosti PV modulov proti koroziji zaradi solne meglice, ki vsebuje kloridne spojine, kot sta NaCl in MgCl₂. Najstrožja preskusna stopnja-6. stopnja vključuje osem preskusnih ciklov v 56 dneh. Vsak 7-dnevni cikel je sestavljen iz štirih stopenj solnega razpršila, ki trajajo dve uri pri 35 stopinjah s 93-odstotno vlažnostjo, čemur sledi shranjevanje pri 40 stopinjah z nadzorovano vlažnostjo. Ta strogi protokol ocenjuje poslabšanje izhodne moči, kontinuiteto ozemljitve, tok mokrega uhajanja, izolacijsko upornost in videz.
Tretja izdaja standarda IEC 61701, izdana leta 2020, je uvedla pomembne posodobitve: preskusne metode so bile zgoščene in usklajene z novima izdajama standardov IEC 61215 in IEC 61730, dodana pa je bila tudi normativna priloga, ki vodi, katere preskusne metode veljajo za različne aplikacije. Nekateri proizvajalci so prostovoljno presegli zahteve standarda in izvedli ciklične preskuse slane meglice do 168 dni-trikratno trajanje najvišje standardne ravni-in dosegli samo 1-odstotno izgubo moči.
Strategije ublažitve in zaščite
Napredni stekleni premazi
Vodilni proizvajalci PV so razvili posebne steklene premaze za morska okolja. En opazen pristop uporablja gosto osnovno plast SiO₂ v kombinaciji z visoko-prepustnostjo-odsevne površinske plasti; osnovna plast učinkovito blokira prodiranje vodne pare in kloridnih ionov, medtem ko površinska plast omogoča samo-čiščenje in vzdržuje prepustnost nad 94 %. Takšni moduli so opravili testiranje IEC 61701 solne meglice ravni 8, kar daleč presega običajne zahteve. Pokazalo se je, da integrirani zaščitni postopek, ki združuje kaljeno podlago, dvo-slojno nano-prevleko, nanašanje atomske plasti, superhidrofobno samo-čiščenje in tesnjenje robov, podaljša življenjsko dobo modula nad 25 let, z dvo-slojno prevlečenim steklom, ki dokazuje toleranco na slano prho, ki presega 1100 ur.
Zaščita okvirja in strukture
Aluminijasti okvirji standardnih prizemnih fotonapetostnih modulov so običajno anodizirani po specifikaciji AA10. Za morska okolja je treba to nadgraditi na AA20 (debelina 20–25 μm), ki velja za obvezni morski-standard za obalne solarne projekte. Nadgradnja anodiziranega sloja okvirja z AA10 na AA20 dramatično izboljša odpornost proti koroziji in izboljša strukturno zanesljivost pri dolgotrajni izpostavljenosti. Prevleke iz cinka-magnezija-aluminija so prav tako certificirane za uporabo v morskih okoljih C5-M, pri čemer 3-odstotna vsebnost magnezija zagotavlja veliko učinkovitejšo zaščito pred korozijo kot premazi z nižjo vsebnostjo magnezija.
Kompozitni premazi-in proti-UV
Nedavni napredek v tehnologiji premazov je uvedel-zmožnosti samozdravljenja za pomorsko fotovoltaično opremo. Kompozitna prevleka, izdelana s sinergističnim elektropredenjem in elektrorazprševanjem, je pokazala, da je bilo med preskušanjem s-solnim razpršilom korodirano območje bistveno manjše kot na praznih epoksidnih prevlekah, pri čemer je elektrokemična impedanca za dva reda velikosti presegala impedanco slepega epoksida. Samo{4}}celjenje poškodovanih predelov je bilo doseženo v kratkem času, po 300-urnem testu pospešenega staranja pa je premaz ohranil svoje fizikalno-kemijske lastnosti in zaščitno delovanje.
Strukturna korozija in mehanski udarci
Poleg samega fotonapetostnega modula se strukturni sestavni deli plavajočih fotonapetostnih sistemov na morju soočajo z resnimi korozijskimi izzivi. Morska korozija zmanjša-nosilnost kritičnih T-spojev za približno 33 % do 45 %. Degradacija togosti doseže do 59,76 %, medtem ko se zmogljivost disipacije energije zmanjša za 54,6 % na 62,5 %. Vendar modificirani epoksi{10}}stekleni-prevleki in grafensko-cinkovi premazi učinkovito ščitijo T-spoje, pri čemer ohranjajo skoraj nespremenjeno nosilnost-obremenitve brez porušitve premaza.
Gospodarske posledice
Stroški korozije v pomorskih PV napravah so precejšnji. Sončna elektrarna s 5 MW, ki se nahaja 200 metrov od atlantske obale Floride, je v prvem letu utrpela 5-odstotni padec učinkovitosti, stroški vzdrževanja pa so dosegli 15.000 USD na MW letno. Ustrezna specifikacija-odpornosti proti koroziji doda 5–10 % k--stroškom materiala-približno 2–4 USD na modul-vendar se ta premija povrne s preprečevanjem korozije okvirja, ki bi sicer zahtevala popolno zamenjavo modula. Na Kitajskem so bili stroški korozije-v celotni panogi ocenjeni na 4 bilijone juanov, kar predstavlja 3,34 % BDP, medtem ko lahko učinkovita zaščita pred korozijo povrne od 25 % do 40 % teh izgub.
Zaključek
Korozija zaradi morske vode je ena od pomembnih težav, s katerimi se sooča hitro razvijajoči se trg fotovoltaike na morju in obali. Obstaja več načinov za razlago narave težave. Tu so vidne različne vrste degradacije - korozija stekla, elektrokemični procesi, ki delujejo na kovinske dele naprave, oslabitev materiala za inkapsulacijo kot tudi oslabitev strukture same naprave. Industrija se sooča z izzivom z razvojem novih zaščitnih tehnologij z uporabo več-plastnih steklenih premazov in napredne anodizacije za kovinska ohišja. Industriji pomagajo mednarodni standardi pri testiranju korozije, kot je IEC 61701. Ker se obseg projektov na morju povečuje, postane zagotavljanje zanesljive in poceni zaščite pred korozijo ključnega pomena za učinkovitost naprav za sončno energijo.
