Introduzzjoni
L-ispinta globali lejn l-enerġija rinnovabbli wasslet għal espansjoni rapida ta 'installazzjonijiet fotovoltajċi (PV) f'ambjenti kostali u offshore. Il-kapaċità tal-PV f'wiċċ l-ilma madwar id-dinja laħqet madwar 5.9 GW sal-aħħar tal-2023 u hija mbassra li taqbeż l-10 GW sal-2030. Il-PV offshore joffri vantaġġi distinti fuq sistemi bbażati fuq l-art-, inkluż l-evitar ta' restrizzjonijiet tal-użu tal-art- u rendimenti ogħla tal-enerġija minħabba l-effett tat-tkessiħ tal-ilma fuq il-pannelli. Madankollu, l-ilma baħar jintroduċi sett ta 'mekkaniżmi ta' degradazzjoni li jheddu b'mod fundamentali d-durabilità u l-prestazzjoni tal-moduli solari b'modi li l-installazzjonijiet terrestri rari jiltaqgħu magħhom.
Mekkaniżmi tal-Ilma Baħar-Degradazzjoni Indotta
Korrużjoni tal-Ħġieġ u Telf Ottiku
Il-ħġieġ tal-qoxra ta 'quddiem ta' modulu PV huwa l-ewwel barriera esposta għall-ilma baħar. Studji sperimentali wrew li wara 98 jum ta 'immersjoni f'ilma baħar simulat, it-trażmissjoni tal-ħġieġ PV tonqos minn 91.46% għal 70.35%-telf ta' aktar minn 21 punt perċentwali. Din id-degradazzjoni ottika drammatika hija mmexxija minn proċess ta 'depożizzjoni sekwenzjali: saffi tal-melħ tal-manjeżju-ewwel jiffurmaw u jaċċelleraw il-korrużjoni lokali tal-wiċċ tal-ħġieġ, segwit minn saffi ta' melħ tal-kalċju-li, flimkien ma 'dissoluzzjoni tal-ħġieġ li għaddej, ikomplu jaggravaw it-telf ottiku u jnaqqsu l-output tal-modulu.
Korrużjoni Elettrokimika ta' Komponenti Metalliċi
L-ilma baħar huwa għani fi speċi joniċi-Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-li l-assorbiment jew il-penetrazzjoni tagħhom fil-modulu jibdew proċessi ta' korrużjoni elettrokimika. Elettrodi metalliċi, partikolarment il-fidda (Ag) u r-ram (Cu), huma suxxettibbli ħafna għal bidliet potenzjali u diffużjoni tal-joni, li t-tnejn jikkompromettu l-istabbiltà fit-tul-. F'reġjuni kostali, il-mod ta 'falliment primarju huwa korrużjoni elettrokimika u galvanika li sseħħ f'kuntatti tal-metall u weldjaturi, peress li l-infiltrazzjoni tal-umdità fil-pannell taċċellera l-ossidazzjoni tal-kuntatti metalliċi u d-degradazzjoni tal-materjali inkapsulanti.
Manifestazzjoni partikolarment viżibbli ta 'dan il-proċess hija l-formazzjoni ta' linji skuri jew marki ta 'l-ilma fuq l-uċuħ tal-moduli. Melħ -umdità mgħobbija tipprovdi ambjent elettrolitiku għal reazzjonijiet elettrokimiċi fuq il-pejst tal-fidda użat fil-metallizzazzjoni taċ-ċelloli solari, li jwassal għall-formazzjoni ta 'ossidu tal-fidda li jidher bħala linji suwed viżibbli, li jiddegrada kemm id-dehra tal-modulu kif ukoll il-prestazzjoni elettrika.
Vulnerabbiltà tal-Inkapsulanti u tal-Kaxxa tal-Junction
Espożizzjoni twila għall-umdità mill-melħ twassal għall-korrużjoni ta 'partijiet importanti tal-moduli bħal frejms, kaxxi tal-junction, u uċuħ tal-ħġieġ li twassal għal tnaqqis fil-prestazzjoni u tqassir tal-ħajja tas-servizz tal-modulu. Jekk kaxxa tad-distribuzzjoni, terminali, jew inverter jiġi infiltrat minn ċpar jew fwar tal-melħ, eventwalment sadid minħabba d-depożiti. Għalhekk, kaxxi tal-junction għal applikazzjonijiet tal-baħar għandhom ikunu ssiġillati IP68 biex ikunu prova tal-melħ u l-umdità.
Rati ta' Degradazzjoni Aċċellerata
Osservazzjonijiet fuq il-post ta' moduli bifacial taħt kundizzjonijiet kostali jirrappurtaw rati effettivi ta' degradazzjoni annwali bejn madwar 0.36% u 0.75% fis-sena għal moduli-inkapsulati tajjeb. Madankollu, l-akkumulazzjoni tal-melħ fuq moduli PV offshore taċċellera r-rata ta 'degradazzjoni b'0.05% sa 0.13% addizzjonali, potenzjalment tnaqqas il-ħajja tal-modulu bi 3 sa 5 snin. F'każijiet estremi b'inkapsulament iddisinjat ħażin, id-degradazzjoni tal-potenzal ta' wara-in-naħa ta' wara-ikkawżat telf ta' enerġija lura lokalizzat-li jaqbeż it-30%.
Standards tal-Ittestjar tal-Industrija
L-istandard internazzjonali primarju li jirregola r-reżistenza għall-korrużjoni taċ-ċpar tal-melħ huwa IEC 61701, li jiddeskrivi s-sekwenzi tat-test biex jiddeterminaw ir-reżistenza tal-moduli PV għall-korrużjoni minn ċpar tal-melħ li fih komposti tal-klorur bħal NaCl u MgCl₂. Il-livell tat-test l-aktar sever-Livell 6-jinvolvi tmien ċikli tat-test fuq 56 jum. Kull ċiklu ta '7 ijiem jikkonsisti f'erba' stadji ta 'sprej tal-melħ li jdumu sagħtejn f'35 grad b'93% umdità, segwit minn ħażna f'40 grad b'umdità kkontrollata. Dan il-protokoll rigoruż jevalwa d-degradazzjoni tal-output tal-enerġija, il-kontinwità tal-art, il-kurrent ta 'tnixxija mxarrba, ir-reżistenza tal-insulazzjoni u d-dehra.
It-tielet edizzjoni tal-IEC 61701, maħruġa fl-2020, introduċiet aġġornamenti importanti: il-metodi tat-test ġew ikkondensati u allinjati ma 'edizzjonijiet ġodda tal-IEC 61215 u IEC 61730, u ġie miżjud anness normattiv biex jiggwida liema metodi tat-test japplikaw għal applikazzjonijiet differenti. Xi manifatturi volontarjament qabżu r-rekwiżiti tal-istandard, wettqu testijiet taċ-ċikliżmu taċ-ċpar tal-melħ sa 168 jum-tliet darbiet it-tul tal-ogħla livell standard-u kisbu telf ta 'enerġija ta' 1 % biss.
Strateġiji ta' Mitigazzjoni u Protezzjoni
Kisi Avvanzat tal-Ħġieġ
Il-manifatturi ewlenin tal-PV żviluppaw kisjiet tal-ħġieġ speċjalizzati għal ambjenti tal-baħar. Approċċ wieħed notevoli juża saff bażi dens ta' SiO₂ flimkien ma' saff tal-wiċċ ta'-trasmittanza anti-riflettiv; is-saff bażi jimblokka b'mod effettiv il-fwar tal-ilma u l-penetrazzjoni tal-jone tal-klorur filwaqt li s-saff tal-wiċċ jipprovdi kapaċità ta' tindif waħdu-u jżomm it-trażmissjoni 'l fuq minn 94%. Moduli bħal dawn għaddew mill-ittestjar tal-Livell 8 taċ-ċpar tal-melħ IEC 61701, li jaqbeż ħafna r-rekwiżiti konvenzjonali. Proċess ta' protezzjoni integrat li jgħaqqad sottostrat ittemprat, kisja nano-saff doppju, depożizzjoni ta' saff atomiku, tindif awto-superidrofobiku, u siġillar tat-tarf intwera li jestendi l-ħajja tal-modulu lil hinn minn 25 sena, b'ħġieġ miksi b'{-saff doppju li juri tolleranza għall-isprej tal-melħ ta' aktar minn 1,10 siegħa.
Qafas u Protezzjoni Strutturali
Il-frejms tal-aluminju tal-moduli PV terrestri standard huma tipikament anodizzati għall-ispeċifikazzjoni AA10. Għal ambjenti tal-baħar, dan għandu jiġi aġġornat għal AA20 (ħxuna ta' 20–25 μm), li huwa meqjus bħala l-istandard obbligatorju ta' grad marittimu-għal proġetti solari kostali. L-aġġornament tas-saff anodizzat tal-qafas minn AA10 għal AA20 itejjeb b'mod drammatiku r-reżistenza għall-korrużjoni u jsaħħaħ l-affidabbiltà strutturali taħt espożizzjoni fit-tul. Kisjiet ta' l-azzar taż-żingu-manjeżju-aluminju ġew iċċertifikati wkoll għall-użu f'ambjenti marittimi C5-M, bil-kontenut ta' manjesju ta' 3% jipprovdi difiża ferm aktar effettiva kontra l-korrużjoni minn kisjiet b'kontenut ta' manjesju aktar baxx.
Awto-fejqan u Kisi Komposti Anti-UV
Avvanzi riċenti fit-teknoloġija tal-kisi introduċew kapaċitajiet ta' fejqan awto- għal tagħmir PV tal-baħar. Kisi kompost fabbrikat permezz ta 'elettrospinning sinerġiku u elettrospraying wera li, waqt l-ittestjar tal-isprej tal-melħ-, iż-żona msadda kienet sostanzjalment iżgħar minn fuq kisjiet epossidiċi vojta, b'impedenza elettrokimika li teċċedi dik tal-epossi vojta b'żewġ ordnijiet ta 'kobor. L-awto-fejqan tar-reġjuni bil-ħsara twettaq f'perjodu qasir, u wara test ta 'tixjiħ aċċellerat ta' 300 siegħa, il-kisja ppreservat il-proprjetajiet fiżikokimiċi u l-prestazzjoni protettiva tagħha.
Korrużjoni Strutturali u Impatt Mekkaniku
Lil hinn mill-modulu PV innifsu, il-komponenti strutturali tas-sistemi PV li jżommu f'wiċċ l-ilma offshore jiffaċċjaw sfidi severi ta 'korrużjoni. Il-korrużjoni tal-baħar tnaqqas il-kapaċità ta' ġarr-tagħbija tal-ġonot T-kritiċi b'madwar 33% sa 45%. Id-degradazzjoni tal-ebusija tilħaq sa 59.76%, filwaqt li l-kapaċità tad-dissipazzjoni tal-enerġija tonqos b'54.6% għal 62.5%. Madankollu, kisjiet ta' saffi-ħġieġ-epoxy modifikat u kisjiet taż-żingu tal-graffen jipproteġu b'mod effettiv il-ġonot T-, u jżommu kapaċità ta' ġarr ta' tagħbija-kważi mhux mibdula mingħajr ħsara fil-kisja.
Implikazzjonijiet Ekonomiċi
L-ispiża tal-korrużjoni fl-installazzjonijiet tal-PV tal-baħar hija sostanzjali. Razzett solari ta '5 MW li jinsab 200 metru mill-kosta Atlantika ta' Florida sofra tnaqqis fl-effiċjenza ta '5% fl-ewwel sena tiegħu, bi spejjeż ta' manutenzjoni li laħqu $15,000 għal kull MW kull sena. Speċifikazzjoni xierqa reżistenti għall-korrużjoni-iżżid 5-10% mal-kont bil-quddiem ta'-spejjeż tal-materjali-madwar $2-4 għal kull modulu-iżda dan il-premium iħallas għalih innifsu billi jipprevjeni l-korrużjoni tal-qafas li kieku tkun teħtieġ sostituzzjoni sħiħa tal-modulu. Fiċ-Ċina, l-industrija-spejjeż kollha tal-korrużjoni ġew stmati għal 4 triljun wan, li jammontaw għal 3.34% tal-PGD, filwaqt li protezzjoni effettiva mill-korrużjoni tista 'tirkupra 25% sa 40% ta' dan it-telf.
Konklużjoni
Il-korrużjoni minħabba l-ilma baħar hija waħda mid-diffikultajiet sinifikanti li jiffaċċja s-suq fotovoltajku offshore u kostali li qed jevolvi malajr. Hemm aktar minn mod wieħed kif tispjega n-natura tal-problema. Tipi differenti ta 'degradazzjoni jidhru hawn - korrużjoni tal-ħġieġ, proċessi elettrokimiċi li jaġixxu fuq partijiet tal-metall tal-apparat, id-dgħjufija tal-materjal inkapsulanti kif ukoll id-dgħajjef tal-istruttura tal-apparat innifsu. L-industrija tilqa' l-isfida billi tiżviluppa teknoloġiji ta 'protezzjoni ġodda bl-użu ta' kisjiet tal-ħġieġ b'ħafna-saffi u anodizzazzjoni avvanzata għall-kisi tal-metall. L-industrija hija megħjuna minn standards internazzjonali fl-ittestjar tal-korrużjoni bħal IEC 61701. Hekk kif il-volum ta 'proġetti offshore jiżdied, il-provvista ta' protezzjoni tal-korrużjoni affidabbli u rħisa ssir kruċjali għall-effettività tal-impjanti tal-enerġija solari.
