漂浮式光伏发电系统在海洋环境中的腐蚀效应

孙慧丽

（国家电投集团资产管理有限公司，天津 300182）

0 引言

漂浮式光伏发电系统是一种利用太阳能将光能转化为电能的设备，通过漂浮在海洋中来收集和利用太阳能。相比于传统的地面或屋顶安装的光伏发电系统，漂浮式光伏发电系统具有更大的潜力和灵活性。与其它环境相比，海洋环境下漂浮式光伏发电系统面临着诸多挑战，其中腐蚀是最主要的问题之一。海洋环境中的高盐度、湿度和氧气含量以及海洋微生物等因素会对漂浮式光伏发电系统的材料和设备产生化学或电化学腐蚀作用[1,2]。海洋中还存在大量的微生物，它们可以在金属表面附着并形成生物膜，通过代谢产物和酸性物质的分泌或利用金属作为能量来源等方式，导致金属发生生物腐蚀。

1 漂浮式光伏发电系统

漂浮式光伏发电系统是一种将光伏电池板安装在水面上漂浮的发电系统。它利用太阳能通过光伏电池板转化为电能，实现清洁能源的发电[3]。它主要由以下几个部分组成：光伏电池板、漂浮体、逆变器以及传输线等。

1.1 利用水体

漂浮式光伏发电系统将光伏电池板直接安装在水面上，有效利用了大面积的水域资源，尤其适用于湖泊、河流、水库等水域丰富的地区[4]。由于水面广阔并且无遮挡，光伏发电系统受益于持续且稳定的日照，水体的光学反射性质为光伏电池提供了额外的光子流，从而潜在地提高了能量转换效率。

1.2 抗热效应

水体具有较高的热容量，有助于维持光伏板的温度在较低水平，进一步增强其转换效率。与陆地上的光伏系统相比，漂浮式光伏发电系统在高温环境下具有更好的性能表现[5]。

1.3 环境友好

漂浮式光伏发电系统不占用陆地资源，不会对土地使用和生态环境造成破坏。它采用清洁能源发电，不产生污染物和温室气体，符合可持续发展的要求[6]。

1.4 水域管理

漂浮式光伏发电系统在水域中的布设需要进行相应的水域管理和规划，确保正常的航行和生态环境的保护。为此，可以采用固定式、可移动式或浮动式的设计，并结合与航道和渔业的协调。

2 海洋环境中的腐蚀原因

2.1 盐水中的氯离子和氧气引起的腐蚀

在海洋环境中，水中富含盐分，尤其是氯离子（Cl-）的含量令人瞩目。氯离子具有强烈的氧化性，可以与金属表面发生反应，并形成氧化层，从而引发金属的腐蚀作用。氧气也是导致金属腐蚀的一个重要因素，因为氧气与金属产生反应会生成金属氧化物。特别是当金属表面存在缺陷、划痕或已经发生了一定程度的腐蚀时，氯离子和氧气更容易侵入金属内部，导致腐蚀现象加剧。

2.2 海洋微生物的生物腐蚀作用

海洋中富含丰富多样的微生物群落，可在金属表面形成致命的生物膜。通过代谢产物和酸性物质的分泌，它们能够破坏金属表面的保护层，无情地加速金属的腐蚀过程。它们以微不可见的形态存在，却能够对金属结构造成不可逆转的破坏。

3 腐蚀对漂浮式光伏发电系统的影响

3.1 降低能效和发电量

腐蚀会导致光伏电池板表面的损坏或污染，进而影响光伏电池的光吸收和转换效率。腐蚀还可能堵塞电池板上的导线和连接器，影响电流的输送和集电效率，从而降低整个系统的能效和发电量。

3.2 减少系统寿命

海洋环境中的腐蚀会对漂浮式光伏发电系统的材料和设备造成损害，加速其老化和失效。盐水中的氯离子和氧气等因素会引起金属部件的腐蚀，导致其结构性能下降，甚至发生严重的断裂、变形或破坏。微生物腐蚀会侵蚀金属表面，导致金属强度损失和孔洞形成。

3.3 增加维护和修复成本

海洋环境中的腐蚀会增加漂浮式光伏发电系统的维护和修复成本。由于腐蚀引起的损坏，可能需要定期进行清洗、防腐涂装或更换部件。这些维护和修复工作不仅需要人力和物力投入，还可能导致系统停机时间延长，影响发电效益和运营收益。

4 漂浮式光伏发电系统在海洋环境中的腐蚀保护措施

在海洋环境中，由于水质的高盐度、潮湿空气和腐蚀性物质的存在，光伏发电系统容易受到腐蚀的影响。为保护漂浮式光伏发电系统的金属部分，需要采取一系列的腐蚀保护措施。下面将详细介绍这些措施。

4.1 使用耐腐蚀材料

选择耐腐蚀性能好的材料也是一种重要的腐蚀保护措施。在漂浮式光伏发电系统的设计和制造过程中，应优先选择耐腐蚀性能较好的材料来替代容易腐蚀的金属材料，如使用不锈钢、镀锌钢等。耐腐蚀材料具有较高的化学稳定性和物理性能，能够更好地抵抗海洋环境下的腐蚀侵蚀，延长系统的使用寿命。

4.2 涂层技术

涂层技术是常用的腐蚀保护方法之一。通过给金属表面施加一层或多层的防腐蚀涂层，可以隔离金属与周围介质的接触，从而减少或阻止腐蚀的发生。在漂浮式光伏发电系统中，选择耐腐蚀性好的防腐涂料进行喷涂或涂覆到导线、支架和金属部件的表面上，起到保护作用。常用的防腐涂料有环氧树脂、聚醚等，具有良好的黏附性和抗腐蚀性能。

4.3 密封防护措施

密封防护是为了防止介质的渗透而采取的措施，可以减少或消除腐蚀引起的损坏。在漂浮式光伏发电系统中，可以考虑对电缆接头、连接器等直接暴露在海水中的部件进行密封处理，以防止海水渗入和侵蚀。这可以通过使用防水橡胶密封件、灌注密封胶等方式实现。

4.4 加装锌块等牺牲阳极保护阴极

在光伏平台和其他关键结构中使用耐腐蚀材料，如不锈钢、高强度铝合金等。这些材料具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗海洋环境中的腐蚀和氧化。为关键结构和设备表面施加耐腐蚀涂层，如环氧树脂、聚脲等。这些涂层可以形成一个保护膜，隔绝外界环境与金属表面的接触，减少腐蚀的发生。对于连接接头和电缆入口等地方，使用防水密封措施以避免海水渗入设备内部。有效防止海水对设备的腐蚀。如前述所提到的，采用牺牲阳极的措施，将锌块或其他材料安装在设备附近，让其作为牺牲物质保护设备不受腐蚀。

4.5 定期检查和维护

定期检查可以发现金属部件上的腐蚀迹象或破损，并及时采取修复或更换受损的部件。对于采用电流防护系统的光伏发电系统，还需要定期检查电流防护装置的运行状态，以确保其正常工作。

5 国内外目前已有应用的海洋漂浮式光伏防腐案例

海洋漂浮式光伏系统的防腐措施是确保系统在海洋环境中长期运行稳定的重要因素。以下是一些国内外已经应用的海洋漂浮式光伏防腐的举例：

5.1 日本福岛县海洋太阳能发电项目

该项目采用了防腐涂层技术，对漂浮式光伏设备进行防腐处理。借鉴福岛核事故的经验，项目中使用了耐腐蚀的材料和涂层，以确保设备在恶劣的海洋环境中长期抵御腐蚀。

5.2 挪威海洋风能研究中心

该中心的研究项目中，对漂浮式太阳能光伏设备进行了耐腐蚀处理。采用了特殊的材料和涂层，以增强设备的耐久性和抗腐蚀性能。

5.3 中国海洋新能源研究发展中心的研究项目

该研究中心开展了多个海洋漂浮式光伏项目，其中对防腐方面进行了一定的研究。他们通过选择耐腐蚀材料、采用涂层保护、加装牺牲阳极等方式，提高了光伏设备在海洋环境中的抗腐蚀能力。

6 结语

为了确保漂浮式光伏发电系统在海洋环境中的稳定运行和长期使用，需要进行材料的选择与腐蚀防护技术的研究。仅靠材料本身的耐腐蚀性可能无法满足需求，还需要借助表面涂层、防护涂料和防腐涂装等措施来增强材料的耐腐蚀性能。定期的维护和检修也是保证系统寿命和性能的重要环节。只有通过综合技术手段的应用，才能有效解决海洋环境中漂浮式光伏发电系统面临的腐蚀问题，实现其可靠、持久地发电。