漂浮式光伏發電系統在海洋環境中的腐蝕效應

孫慧麗

（國家電投集團資產管理有限公司，天津 300182）

0 引言

漂浮式光伏發電系統是一種利用太陽能將光能轉化為電能的設備，通過漂浮在海洋中來收集和利用太陽能。相比于傳統的地面或屋頂安裝的光伏發電系統，漂浮式光伏發電系統具有更大的潛力和靈活性。與其它環境相比，海洋環境下漂浮式光伏發電系統面臨著諸多挑戰，其中腐蝕是最主要的問題之一。海洋環境中的高鹽度、濕度和氧氣含量以及海洋微生物等因素會對漂浮式光伏發電系統的材料和設備產生化學或電化學腐蝕作用[1,2]。海洋中還存在大量的微生物，它們可以在金屬表面附著并形成生物膜，通過代謝產物和酸性物質的分泌或利用金屬作為能量來源等方式，導致金屬發生生物腐蝕。

1 漂浮式光伏發電系統

漂浮式光伏發電系統是一種將光伏電池板安裝在水面上漂浮的發電系統。它利用太陽能通過光伏電池板轉化為電能，實現清潔能源的發電[3]。它主要由以下幾個部分組成：光伏電池板、漂浮體、逆變器以及傳輸線等。

1.1 利用水體

漂浮式光伏發電系統將光伏電池板直接安裝在水面上，有效利用了大面積的水域資源，尤其適用于湖泊、河流、水庫等水域豐富的地區[4]。由于水面廣闊并且無遮擋，光伏發電系統受益于持續且穩定的日照，水體的光學反射性質為光伏電池提供了額外的光子流，從而潛在地提高了能量轉換效率。

1.2 抗熱效應

水體具有較高的熱容量，有助于維持光伏板的溫度在較低水平，進一步增強其轉換效率。與陸地上的光伏系統相比，漂浮式光伏發電系統在高溫環境下具有更好的性能表現[5]。

1.3 環境友好

漂浮式光伏發電系統不占用陸地資源，不會對土地使用和生態環境造成破壞。它采用清潔能源發電，不產生污染物和溫室氣體，符合可持續發展的要求[6]。

1.4 水域管理

漂浮式光伏發電系統在水域中的布設需要進行相應的水域管理和規劃，確保正常的航行和生態環境的保護。為此，可以采用固定式、可移動式或浮動式的設計，并結合與航道和漁業的協調。

2 海洋環境中的腐蝕原因

2.1 鹽水中的氯離子和氧氣引起的腐蝕

在海洋環境中，水中富含鹽分，尤其是氯離子（Cl-）的含量令人矚目。氯離子具有強烈的氧化性，可以與金屬表面發生反應，并形成氧化層，從而引發金屬的腐蝕作用。氧氣也是導致金屬腐蝕的一個重要因素，因為氧氣與金屬產生反應會生成金屬氧化物。特別是當金屬表面存在缺陷、劃痕或已經發生了一定程度的腐蝕時，氯離子和氧氣更容易侵入金屬內部，導致腐蝕現象加劇。

2.2 海洋微生物的生物腐蝕作用

海洋中富含豐富多樣的微生物群落，可在金屬表面形成致命的生物膜。通過代謝產物和酸性物質的分泌，它們能夠破壞金屬表面的保護層，無情地加速金屬的腐蝕過程。它們以微不可見的形態存在，卻能夠對金屬結構造成不可逆轉的破壞。

3 腐蝕對漂浮式光伏發電系統的影響

3.1 降低能效和發電量

腐蝕會導致光伏電池板表面的損壞或污染，進而影響光伏電池的光吸收和轉換效率。腐蝕還可能堵塞電池板上的導線和連接器，影響電流的輸送和集電效率，從而降低整個系統的能效和發電量。

3.2 減少系統壽命

海洋環境中的腐蝕會對漂浮式光伏發電系統的材料和設備造成損害，加速其老化和失效。鹽水中的氯離子和氧氣等因素會引起金屬部件的腐蝕，導致其結構性能下降，甚至發生嚴重的斷裂、變形或破壞。微生物腐蝕會侵蝕金屬表面，導致金屬強度損失和孔洞形成。

3.3 增加維護和修復成本

海洋環境中的腐蝕會增加漂浮式光伏發電系統的維護和修復成本。由于腐蝕引起的損壞，可能需要定期進行清洗、防腐涂裝或更換部件。這些維護和修復工作不僅需要人力和物力投入，還可能導致系統停機時間延長，影響發電效益和運營收益。

4 漂浮式光伏發電系統在海洋環境中的腐蝕保護措施

在海洋環境中，由于水質的高鹽度、潮濕空氣和腐蝕性物質的存在，光伏發電系統容易受到腐蝕的影響。為保護漂浮式光伏發電系統的金屬部分，需要采取一系列的腐蝕保護措施。下面將詳細介紹這些措施。

4.1 使用耐腐蝕材料

選擇耐腐蝕性能好的材料也是一種重要的腐蝕保護措施。在漂浮式光伏發電系統的設計和制造過程中，應優先選擇耐腐蝕性能較好的材料來替代容易腐蝕的金屬材料，如使用不銹鋼、鍍鋅鋼等。耐腐蝕材料具有較高的化學穩定性和物理性能，能夠更好地抵抗海洋環境下的腐蝕侵蝕，延長系統的使用壽命。

4.2 涂層技術

涂層技術是常用的腐蝕保護方法之一。通過給金屬表面施加一層或多層的防腐蝕涂層，可以隔離金屬與周圍介質的接觸，從而減少或阻止腐蝕的發生。在漂浮式光伏發電系統中，選擇耐腐蝕性好的防腐涂料進行噴涂或涂覆到導線、支架和金屬部件的表面上，起到保護作用。常用的防腐涂料有環氧樹脂、聚醚等，具有良好的黏附性和抗腐蝕性能。

4.3 密封防護措施

密封防護是為了防止介質的滲透而采取的措施，可以減少或消除腐蝕引起的損壞。在漂浮式光伏發電系統中，可以考慮對電纜接頭、連接器等直接暴露在海水中的部件進行密封處理，以防止海水滲入和侵蝕。這可以通過使用防水橡膠密封件、灌注密封膠等方式實現。

4.4 加裝鋅塊等犧牲陽極保護陰極

在光伏平臺和其他關鍵結構中使用耐腐蝕材料，如不銹鋼、高強度鋁合金等。這些材料具有良好的耐腐蝕性能，能夠抵抗海洋環境中的腐蝕和氧化。為關鍵結構和設備表面施加耐腐蝕涂層，如環氧樹脂、聚脲等。這些涂層可以形成一個保護膜，隔絕外界環境與金屬表面的接觸，減少腐蝕的發生。對于連接接頭和電纜入口等地方，使用防水密封措施以避免海水滲入設備內部。有效防止海水對設備的腐蝕。如前述所提到的，采用犧牲陽極的措施，將鋅塊或其他材料安裝在設備附近，讓其作為犧牲物質保護設備不受腐蝕。

4.5 定期檢查和維護

定期檢查可以發現金屬部件上的腐蝕跡象或破損，并及時采取修復或更換受損的部件。對于采用電流防護系統的光伏發電系統，還需要定期檢查電流防護裝置的運行狀態，以確保其正常工作。

5 國內外目前已有應用的海洋漂浮式光伏防腐案例

海洋漂浮式光伏系統的防腐措施是確保系統在海洋環境中長期運行穩定的重要因素。以下是一些國內外已經應用的海洋漂浮式光伏防腐的舉例：

5.1 日本福島縣海洋太陽能發電項目

該項目采用了防腐涂層技術，對漂浮式光伏設備進行防腐處理。借鑒福島核事故的經驗，項目中使用了耐腐蝕的材料和涂層，以確保設備在惡劣的海洋環境中長期抵御腐蝕。

5.2 挪威海洋風能研究中心

該中心的研究項目中，對漂浮式太陽能光伏設備進行了耐腐蝕處理。采用了特殊的材料和涂層，以增強設備的耐久性和抗腐蝕性能。

5.3 中國海洋新能源研究發展中心的研究項目

該研究中心開展了多個海洋漂浮式光伏項目，其中對防腐方面進行了一定的研究。他們通過選擇耐腐蝕材料、采用涂層保護、加裝犧牲陽極等方式，提高了光伏設備在海洋環境中的抗腐蝕能力。

6 結語

為了確保漂浮式光伏發電系統在海洋環境中的穩定運行和長期使用，需要進行材料的選擇與腐蝕防護技術的研究。僅靠材料本身的耐腐蝕性可能無法滿足需求，還需要借助表面涂層、防護涂料和防腐涂裝等措施來增強材料的耐腐蝕性能。定期的維護和檢修也是保證系統壽命和性能的重要環節。只有通過綜合技術手段的應用，才能有效解決海洋環境中漂浮式光伏發電系統面臨的腐蝕問題，實現其可靠、持久地發電。