海上光伏的腐蝕破壞與防護策略研究

摘要：光伏發電是一種現代化的發電技術，是一種重要的清潔能源利用方式。海上光伏發電站因其建設在廣闊的海洋區域而不占用陸上緊缺的土地資源，具有開發潛力和更突出的光發電效率。但其工作處于濕度大、鹽度高的海洋環境中，加強其防腐綜合管控顯得非常必要。以海上光伏的腐蝕破壞類型與危害為切入點，在此基礎上，分析海上光伏腐蝕破壞的防護策略，分別就新材料防護、涂層防護、增設防護設施、綜合應用輔助性手段等內容進行論述，最后結合模擬實驗對上述理論進行論證，服務于未來海上光伏建設的防腐工作。

關鍵詞：海上光伏"腐蝕破壞"涂層技術"防護設施

Corrosion"Damage"and"Protection"Strategies"of"Offshore"Photovoltaics

GAO"Junjie1"LU"Chenglin2"ZHANG"Jichao1

1.Huadian"（Zhejiang）"New"Energy"Co.，"Ltd."Hangzhou，"Zhejiang"Province，"310000"China;

2."Huadian"Heavy"Industry"Co.，"Ltd."，"Beijing，"100160"China

Abstract："Photovoltaic"power"generation"is"a"modern"power"generation"technology"and"an"important"way"of"utilizing"clean"energy."Offshore"photovoltaic"power"stations"have"development"potential"and"higher"photovoltaic"power"generation"efficiency"due"to"their"construction"in"vast"ocean"areas，"without"occupying"scarce"land"resources."However，"they"operate"in"a"high"humidity"and"high"salinity"marine"environment，"so"it"is"necessary"to"strengthen"its"comprehensive"anti-corrosion"control.Beginning"with"the"types"and"hazards"of"corrosion"damage"in"offshore"photovoltaics，"this"paper"analyzes"the"protection"strategies"for"corrosion"damage"in"offshore"photovoltaics，"including"new"material"protection，"coating"protection，"installation"of"protective"facilities，"and"comprehensive"application"of"auxiliary"methods."Finally，"these"strategies"are"demonstrated"through"simulation"experiments"to"support"anti-corrosion"efforts"in"future"offshore"photovoltaic""construction.

Key"Words："Offshore"photovoltaics;"Corrosion"damage;"Coating"technology;"Protective"facilities

海上光伏狹義上是指在海洋環境中建設、運營太陽能光伏發電系統的技術系統，廣義上的海上光伏牽涉到海水淡化、海洋牧場、海上風電等。本文取其狹義進行研究。海上光伏系統的工作模式與陸上光伏系統相似，主要借助光電轉化裝置完成對光能的利用，具有可持續利用、潔凈無污染的優勢[1]。但是，在其長期工作的過程中，海洋環境的特殊性往往會腐蝕海上光伏工作系統，且較陸上腐蝕破壞更為嚴重，從而降低了海上光伏的工作能力，降低其使用壽命，也會導致運維支出增加。因此，加強海上光伏腐蝕防護工作十分必要。

1"海上光伏的腐蝕破壞類型與危害

1.1"海上光伏的腐蝕破壞類型

海上光伏的腐蝕破壞可分為混凝土結構腐蝕、金屬部件腐蝕、太陽能電池板表面腐蝕3個類別。

1.1.1"混凝土結構腐蝕

海上光伏系統的基本支承結構一般為混凝土，混凝土各部分受到海水、海風以及水汽影響，出現腐蝕問題的可能性很高，包括基本的水腐蝕、電化學腐蝕等，混凝土外部結構、金屬（鋼筋）等均可能因腐蝕問題出現老化、損壞等問題。以水腐蝕為例，混凝土屬于多孔性材料，其內部大多存在數目較多的小空隙，在海上作業的情況下，海水進入混凝土空隙中可產生破壞，海水中還有各類氯化物、硫化物（SO2、NO2、CO2、NaCl等），其水溶液會導致返鹽、返堿現象，使混凝土表面和內部被破壞，總體承重能力下降[2]。

1.1.2"金屬部件腐蝕

海上光伏系統一般使用各類金屬材料提供總體強度，如混凝鋼筋，部分金屬材料也作為光伏系統的組件，以保證其能夠常規發揮光電轉化方面的作用。常見的金屬部件腐蝕包括電化學腐蝕、應力腐蝕、點蝕等。以鋼筋的電化學腐蝕問題為例，在混凝土工作區域，自由電子在混凝土內部、外部活動，混凝土鈍化區域為陰極，其金屬部分形成陽極，混凝土內部、外部的電位差因材料性質而無法根本避免，這導致陰極和陽極之間電子的快速、持續交換，海上光伏系統長期處于潮濕環境下，加快了這一過程，鋼筋各處生成物為Fe（OH）2（氫氧化亞鐵），并在氧化作用下形成鐵銹，以致鋼筋體積膨脹，自身理化性能弱化，同時也會影響混凝土性能[3]。

1.1.3"太陽能電池板表面腐蝕

太陽能電池板是海上光伏系統的核心結構，可對太陽能（光能）進行轉化，形成直流電，再通過其他電氣設備對直流電進行轉化，形成可供直接使用的交流電。太陽能電池板在海上環境下可能出現磨損腐蝕、金屬腐蝕、氣體腐蝕等情況。以磨損腐蝕為例，海上光伏系統大多在近海區域建設和工作，海風中含有各類固體顆粒，這些微粒在風力作用下持續摩擦太陽能電池板表面，使玻璃、硅片、金屬導電層等被破壞，降低其對太陽能的接收和轉化能力，形成長期層面的腐蝕破壞[4]。

1.2"海上光伏的腐蝕破壞危害

海上光伏的腐蝕破壞危害主要集中于3個方面，即系統的工作能力、系統的運維支出、系統的總體使用壽命。

各類腐蝕均有可能影響海上光伏系統的工作能力，該問題也是加強海上光伏的腐蝕控制工作的直接促因，如太陽能電池板表面腐蝕降低了其光電轉化能力、插件腐蝕導致電力輸出效率下降等。較嚴重的腐蝕需要及時進行處理，包括混凝土結構的腐蝕破壞、金屬銹蝕等，這顯著增加了海上光伏的運維成本。發生在海上光伏系統各處的腐蝕情況存在一定客觀性，很難根本免除，如果控制腐蝕工作開展不到位、不及時，則系統整體的老化速度會加快，使用壽命也會受到影響出現降低[5]。

2"海上光伏腐蝕破壞的防護策略

2.1"新材料防護

新材料防護是指借助各類新式材料進行海上光伏系統建設，利用新材料理化性質方面的優勢降低腐蝕破壞，提升其耐腐蝕性和使用壽命。較常見的新材料包括合金金屬、新式混凝土等。以新式混凝土為例，C50防腐蝕混凝土在部分水利工程中得到應用，也可以用于海上光伏系統的支承結構建設。

在實際工作中，主要強調控制不同材料配合比，同時應用防腐蝕材料對混凝土的理化性能進行改進。在材料配合比方面，以180～220"mm坍落度為基準，其不同材料用量如表1所示。

按此標準進行混凝土制備，可以提升其密實度，減少海水進入混凝土小空隙中造成破壞的可能，降低破壞性。其他新式材料也可以發揮類似作用，提升海上光伏的腐蝕控制、防護效果。

2.2"涂層防護

涂層防護是一種較常見的表面防護技術。該技術主要強調在待保護物表面涂刷防腐蝕材料，以避免目標與空氣中氧化物、破壞性物質直接接觸，起到防腐蝕的目的。其在金屬材料中的應用比較普遍，也可以用于混凝土防腐蝕，其基本工作原理如圖1所示。

按照圖1所示模式，在保護對象（金屬、混凝土等）外層涂刷防腐蝕涂層，海水、水汽等可少部分進入涂層，但無法直接接觸保護對象，強光、金屬顆粒等則被涂層阻擋，通過反射等方式遠離保護對象。在技術應用方面，以海上光伏的金屬架構為例，在組織防腐蝕涂層涂刷時，可選用改性瀝青、樹脂等高分子致密性材料為主，其工序如圖2所示。

施工前，要求首先對金屬結構表面進行處理，去除各類雜物、焊瘤、水漬等，保證其表面潔凈和平整。之后，組織初次涂刷，如果金屬架構規格較小，則可以人工借助簡單設備進行涂刷；較大的金屬架構可以借助機械設備進行涂刷。涂層防腐能夠在較長時間內發揮防腐作用，且成本低廉，適用性也比較廣泛。

2.3""增設防護設施

一些海風較大、海浪較高的區域，可在上述技術之外設法增設防護設施。在光伏組件表面增加防護罩、海上光伏基礎建筑結構外防護欄等設施，減少海鹽顆粒和海浪對組件表面與建筑結構的沖刷和磨損，降低腐蝕破壞。

光伏組件表面可以利用防護罩提供防護，防護罩的選取要求為具有較強的物理強度、較高的化學穩定性，同時不影響透光性，在條件允許的情況下，也應具有溫度控制、紫外線控制方面的附屬功能，以提升太陽能電池板等重點元器件的使用壽命。在此要求下，鋼化玻璃、熱固性塑料、具有透光性的改性材料可滿足一般需要。

3"模擬分析

以某近海海上光伏系統為例，通過參數代入法，對新式材料、涂層防護與防護設施防護工作進行模擬，分別代入時間參數、水汽影響參數、海水沖擊參數與金屬附屬參數，所有參數均結合既往資料進行計算，獲取固定值后，直接代入計算機模型。評估新技術應用后光伏系統各部分的腐蝕情況，與該平臺此前的工作資料進行對比，包括腐蝕發生區域比例、腐蝕處理難度、腐蝕等級。模擬結果如表2所示。

從表2結果可以看出，在應用新技術的情況下，海上光伏系統的腐蝕發生區域比例為1.3%，低于此前常規模式下的4.9%。腐蝕處理難度較小；在腐蝕等級方面，兩個級別比較接近，都屬于較低水平。這表明新式材料、涂層防護與防護設施防護有助于提升海上光伏系統的防腐蝕能力。

4""結語

綜上所述，海上光伏遭受腐蝕破壞后，經濟壓力加大、工作能力受限，需要加強腐蝕控制，提升防護水平。目前，海上光伏面臨的腐蝕破壞包括混凝土結構腐蝕、金屬部件腐蝕、太陽能電池板表面腐蝕、接插件腐蝕等，其形成原因略有差別。基于防護目的，主張選用新式材料進行光伏工作系統建設、應用涂層防護技術提供支持、增設防護設施、綜合應用輔助性手段控制腐蝕問題。結合模擬成果可知，上述措施具有一定的時效性，可在未來工作中加以運用。

參考文獻

[1]"呂建.基于概率猶豫信息集的海上光伏發電站選址決策研究[D].秦皇島：燕山大學，2023.

[2]"劉觀晨.樁基固定式海上光伏項目的設計與施工策略[J].科技資訊，2024，"22（10）：85-87.

[3]"董建業，黃凱龍，許立，等.海上固定式光伏薄壁型鋼桁架耐腐蝕性研究[J].涂層與防護，2024，45（1）：8-12，27.

[4]"趙通.海上油田平臺供電系統弧光高阻故障保護方法研究[D].北京：北方工業大學，2023.

[5]"許康，盧勝強，沈明，等.海洋環境在線監測系統在漂浮式光伏電站的應用[J].化工管理，2023（31）：120-123.