Логотип Рентехно
(044) 332-81-90
Решения возобновляемой энергетики - Превышая ваши ожидания
enuaru

Коррозия рамок солнечных модулей

Главная » Блог » Коррозия рамок солнечных модулей

Коррозия рамок солнечных модулей: причины и способы противодействия

Гарантированный срок эксплуатации фотоэлектрических модулей составляет не менее 25 лет. При этом конструкция всей солнечной электростанции, а не только основного и самого дорогого её компонента, должна быть рассчитана на аналогичный срок службы. В этой статье мы рассмотрим воздействие гальванической коррозии на опорные конструкции и рамки солнечных модулей и определим методы, которые позволяют минимизировать это воздействие. Если некоторые видимые — небольшие, буквально косметические, эффекты коррозии, появляющиеся на внешней стороне конструкции, можно игнорировать, то сильные повреждения, влияющие на общую целостность конструкции, требуют самого пристального внимания.

 

Гальваническая коррозия: причины появления и факторы, на неё влияющие

Гальваническая (электрохимическая) коррозия — это результат электрохимической реакции. Для появления гальванической коррозии необходимо наличие четырех составляющих — анод, катод, электролит и проводник (токопроводящая дорожка) между двумя металлами. Гальваническая цепь возникает, когда при помощи электролита металл-анод начинает эмитировать электроны, которые направляются к металлу-катоду. Гальванический элемент, созданный двумя разнородными металлами и электролитом, работает только в одном направлении, поэтому анод со временем изнашивается (распадается).

В реальных солнечных электростанциях анод и катод формируется из таких металлов, как нержавеющая сталь, медь и алюминий, при этом в качестве электролита чаще всего выступает обыкновенная вода. Станет ли гальваническая реакция серьезной проблемой для фотоэлектрической установки зависит от множества факторов, при этом долгосрочные последствия коррозии могут варьироваться от просто неприглядного внешнего вида да разрушения опорных стоек или креплений.

Гальваническая шкала электрохимического потенциала металлов

Чем дальше расположены друг от друга металлы по шкале электрохимических потенциалов, тем сильнее будет протекать между ними электрохимическая реакция, тем интенсивнее будет гальваническая коррозия. Именно поэтому основное правило противодействия гальванической коррозии заключается в подборе металлов, которые максимально близко расположены друг к другу в гальваническом ряду. При этом один и тот же металл может выступать и в роли анода, и в роли катода, например, сталь будет анодом для нержавеющей стали и латуни, а катодом — для алюминия и цинка. Другими словами, сталь подвергается коррозии, когда рядом находится латунь или нержавеющая сталь. И в то же время сталь становится причиной коррозии цинка или алюминия, при этом для обоих случаев необходимо наличие электролита и проводящего пути.

Каждый металл имеет стандартный электрический потенциал, который характеризует способность эмитировать или принимать электроны при взаимодействии с другими металлами при наличии электролита. В действительности же гальваническая система очень динамична, она не может быть строго, точно и однозначно описана, опираясь на имеющиеся данные. Фактическая реакция, которая протекает между двумя металлами в природной среде, зависит от множества факторов, из которых главными можно считать концентрацию электролита, уровень рН, температуру, влажность и т.д. При этом инженеры-химики предупреждают, что использование гальванической шкалы — не очень верный способ для определения совместимости металлов. Точнее говоря, эта шкала соответствует действительности только при идеальных условиях, в реальности же, после образования на поверхности металла даже небольшого оксидного слоя появляется фактически новый материал со своими свойствами, который может как повторять электрохимические характеристики исходного материала, так и иметь характеристики, существенно отличающиеся от «родного» металла.

В общем случае, чем больше разница потенциалов между двумя металлами (чем дальше они расположены друг от друга в гальванической шкале), тем сильнее протекает гальваническая реакция, а значит — больше скорость возникновения и развития коррозии. Если потенциал мал, то реакция будет незначительной.

Внешняя среда так же оказывает влияние на протекание реакции. Возьмем, к примеру, влагу, выступающую в качестве электролита и обеспечивающую протекание электрохимической реакции. Строго говоря, чем выше влажность, тем интенсивнее реакция, тем выше скорость коррозии. Наличие примесей в атмосфере (хлориды в морском воздухе и двуокиси серы и соединений азота в промышленных районах) так же влияют на протекание реакции. Примеси оседают на поверхность металла и, вступая в реакцию с водой и кислородом, ускоряют эмиссию электронов с поверхности металла. Следует отметить, что интенсивные ливни на самом деле выступают в качестве замедлителей коррозии, регулярно смывая грязь и примеси с поверхности металлов.

 

Рекомендации по предотвращению коррозии солнечных модулей

Для профилактики и борьбы с коррозией, необходимо:

  • Использовать только один материал для изготовления электрически изолированных систем или компонентов везде, где это возможно.
  • При сваривании металлов или создании конструкций из разных металлов выбирать такие, которые максимально близко расположены друг к другу в гальванической шкале или выбирать гальванически совместимые металлы.
  • Необходимо изолировать разнородные металлы всегда, где это возможно, например, используя прокладки. Очень важно, чтобы изоляции была не нарушена.
  • Наносить защитную окраску на элементы конструкции. При этом необходимо поддерживать защитное покрытии (покраску) в хорошем состоянии, особенно это важно для материала, который выступает в качестве анода.
  • Необходимо избегать резьбовых соединений, особенно среди металлов, далеко расположенных в гальванической шкале.
  • При проектировании конструкции предусмотреть возможность быстрой и легкой замены элементов, выступающих в качестве анода. Кроме того, их можно сделать толще — это позволит увеличить срок службы.

Как же реализовать эти советы на практике при проектировании и монтаже солнечных электростанций? Прежде всего, следует помнить, что гальваническая система, как говорилось выше, работает при наличии четырех составляющих: катод, анод, электролит и проводящего пути. Контролируя все составляющие, можно уменьшить скорость коррозии.

Идеальный вариант — это удалить из системы или катод, или анод, используя только один материал для создания конструкции. Контролировать содержание электролита (фактически — влаги) очень тяжело и очень непрактично. Хотя существенное снижение влажности значительно снижает вероятность возникновения и развития коррозии. Именно поэтому солнечные электростанции, устанавливаемые в пустынях, практически не подвержены коррозии. Но контролировать влажность на больших площадях практически невозможно. Поэтому единственный экономически оправданный вариант — это подбор металлов, близко расположенных рядом на гальванической шкале. Также необходимо выбирать защитные покрытия, которые оптимально подходят для условий окружающей среды, уменьшать площадь контакта между разнородными металлами или физически их изолировать.

 

Защитное покрытие или окраска материалов для солнечных электростанций

Нанесение защитного покрытия (покраска) — самый простой, но при этом — достаточно эффективный способ защиты металлоконструкций от негативного влияния окружающей среды. Правильно нанесенное покрытие, целостность которого регулярно поддерживается, значительно ухудшает условия для возникновения и дальнейшего развития коррозии.

Если говорить об алюминии, который активно используется для создания несущих конструкций и рамок солнечных батарей, то для повышения коррозионной стойкости материала используют анодирование (точнее говоря — анодное оксидирование), т.е. создание на поверхности алюминия прочного тонкого поверхностного пассивного слоя, который препятствует возникновению коррозии.

В некоторых случаях используют нанесение одного слоя металла для защиты другого. Например, оцинкованное железо, при котором цинковое покрытие вступает в реакцию с окружающей атмосферой, создавая слой оксида цинка и карбонат цинка, тем самым защищая слой стали под ним. Нанесение цинкового слоя, который хоть и разрушается со временем, позволяет защитить другие, более структурно важные металлы.

На длительность защиты, обеспечиваемой цинкованием, влияет несколько факторов — влажность, наличие двуокиси серы, температура, уровень солей в атмосфере, но самое главное — толщина нанесенного слоя. Чем толще слой — тем большее время он гарантированно защищает металл, на который он нанесен. Минимально рекомендуемая толщина цинкового покрытия для стальных опорных конструкций, используемых в солнечных электростанциях — 0,75 мл, такая толщина покрытия обеспечит срок службы порядка 25 лет.

При этом покрытие требует регулярного восстановления, особенно если оно нанесено на такой анодный материал, как сталь. Если цинковое покрытие оказалось нарушенным, образовав тем самым токопроводящую дорожку, необходимо восстановить его при помощи холодной оцинковки. Она представляет собой подобие краски и наносится тонким слоем с помощью валика, кисти, распылителя или окунанием. Так как случайные царапины (повреждения покрытия) практически неизбежны при монтаже установок, после окончания работ необходимо внимательно осмотреть поверхность и с помощью холодной оцинковки закрасить царапины и сколы. Очень часто производители металлических конструкций, используемых для монтажа фотоэлектрических систем, рекомендуют подходящую краску для восстановления защитного покрытия.

Зависимость срока службы цинкового покрытия от условий эксплуатации и толщины нанесения цинкового слоя

 

Правильный подбор контактной площади поверхностей

Еще одним важным фактором является и площадь, на которой взаимодействуют анод и катод. К примеру, если площадь катода невелика по сравнению с анодом, то раствор оказывается очень насыщен электронами, скорость протекания реакции будет незначительной, как следствие — малый уровень коррозии.

Совершенно иная картина образуется в тех случаях, когда площадь металла-катода оказывается значительно больше площади металла-анода. Наиболее показательный пример — стальные крепежные элементы, которые используются для крепления медных листов. В этом случае металл-катод (медь) значительно доминирует над металлом-анодом, он способен быстро поглотить все электроны, которые выходят из анода. Даже оцинкованные крепежные элементы не существенно влияют на ситуацию — они все равно достаточно быстро выходят из строя. Именно поэтому на этапе проектирования необходимо избегать моментов, когда небольшое количество металла-анода взаимодействует с большим количеством (площадью) металла-катода. Использование неметаллической изоляции

Отличный вариант обеспечить физическое и электрическое разделение потенциально проблемных материалов. К примеру, в строительстве для монтажа кровельных покрытий из стального листа уже давно используют оцинкованные винты с резиновой шайбой. Это позволяет обеспечить достаточно надежную изоляцию, устранив контакт металлов, который может запустить гальванический процесс коррозии.

 

Выбор крепежа для солнечных модулей

Это один из главных выборов, который вам предстоит сделать. Прежде всего, крепежный элемент не должен быть изготовлен из металла, который выступит в роли анода по отношению к другим элементам конструкции. Не стоит использовать и болтовое крепление — как показывает практика, оно очень сильно подвержено коррозионному влиянию. В последнее время все активнее в конструкциях солнечных электростанций используются крепления, изготовленные из нержавеющей стали. Перспективными выглядят разработки на основе полимерных материалов, со временем они могут стать альтернативой крепежным приспособлениям из нержавеющей стали, сведя к минимуму вероятность гальванической реакции между элементами конструкции и крепежом.

При выборе крепежа всегда необходимо учитывать место крепления, а также внимательно ознакомиться со спецификацией, составленной производителем фотоэлектрических модулей, и строго следовать этим требованиям. При этом у разных производителей эти требования могут существенно отличаться, к примеру, REC Solar для предотвращения возникновения гальванической коррозии, советует использовать крепления из нержавеющей стали, но при этом допускает использование крепежа из оцинкованной стали. Sharp Solar для инсталляции собственной продукции рекомендует исключительно крепеж из нержавеющей стали. Cooper B-Line рекомендует использовать для своих алюминиевых конструкций крепеж из нержавеющей стали.

При этом всегда следует иметь в виду и такой важный параметр, как стоимость креплений, например, крепеж из нержавеющей стали дороже, чем аналогичный, но изготовленный из оцинкованной стали. Использование нержавеющей стали, конечно, повышает срок службы конструкции, но при этом существенно сказывается на росте её стоимости. Поэтому возможно комбинирование разных материалов, чтобы получить оптимальное отношение стоимость/долговечность.

Подбирая солнечные панели, всегда обращайте внимание на качество и материалы, из которых изготовлены рамки. Это особенно важно для нашей климатической зоны с достаточно высокой влажностью, осенними и весенними дождями и снежными зимами. Из-за гальванической коррозии срок службы установки может сократиться до 10-12 лет.

Еще одной причиной возникновения коррозии может стать некачественная обработка металла — в «нечистом» металле, с большим процентом примесей, гальваническая реакция протекает быстрее, чем в однородном веществе. Причиной коррозии может стать и некачественно выполненное анодирование алюминия — этим часто грешат небольшие производители из Азии, стремясь максимально снизить производственные затраты.


Печать

Остались вопросы по назначению наших услуг?
Оставьте нам заявку. Наши специалисты проконсультируют Вас

Тема вашего запроса
Заказать звонок

^