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金屬支架腐蝕：太陽能發電系統維護盲點

來源：押川渡 | 1評論 | 6300查看 | 2013-03-18 14:32:00

　　支撐太陽能電池板的支架如果發生金屬腐蝕，那么板材本身及接合部的強度就會降低，還可能因強風和地震而遭到破壞。關于這方面的主要注意事項，記者采訪了研究大氣腐蝕環境下鋼鐵材料壽命評估的琉球大學副教授押川渡。

　　說到太陽能發電系統（PV）的壽命，人們往往是想到太陽能電池板，但卻容易忽略支架這一盲點。

　　但是，電鍍鋼板及鋁等金屬支架受環境影響，多少會出現腐蝕現象。發生腐蝕后，材料上會出現孔洞，容易引起結合部位強度降低等問題，如果遭受到強風襲擊，還可能發生電池板掉落等事故。

　　關于金屬的壽命，琉球大學副教授押川渡指出：“根據金屬種類及表面涂膜性能的不同，腐蝕程度各異，但只要有水和氧氣，金屬就會腐蝕。”

　　下面就來探討金屬被腐蝕的原因，以及太陽能電池板支架方面的注意事項。

耐用年數因電鍍種類不同而異

　　腐蝕是指金屬在水和氧氣的作用下發生的氧化反應。金屬內部及金屬之間的接點產生電位差時，在電解作用下也會發生腐蝕。從海洋擴散而來的含有鹽分的粒子之所以會造成腐蝕，是因為吸濕性較高的氯化物附著后，金屬表面會保持形成了水膜的狀態，而且氯化物離子可促進電解作用。

　　太陽能發電系統的支架上當然也存在這些發生腐蝕的因素。關于支架容易發生金屬腐蝕的部位，押川列舉了3處。

　　首先是金屬表面及切割加工后產生的端面。

　　支架中大量使用的鋼材會在容易發生腐蝕的鐵材表面進行熱浸鍍鋅等加工。但盡管進行了防腐蝕的電鍍處理，鋼板仍會微小地逐漸發生腐蝕。押川說：“根據設置環境的不同，腐蝕的程度也不同，鐵材每年平均最多腐蝕0.1毫米左右。而鍍鋅鋼材僅為其十分之一左右。”

　　電鍍層在厚度較最初減少了9成時便失去了效力。另外，根據電鍍種類的不同，腐蝕程度也大不相同。

　　日本熱浸鍍鋅協會在受海鹽粒子影響嚴重的北陸高速公路德合川橋進行的大氣暴露試驗結果顯示，將熱浸鍍鋅與含有鋁和鎂的高耐候性熱浸鍍鋅鋁合金在10年后的腐蝕失重進行比較，后者是前者的六分之一左右。需要考慮設置環境及整個太陽能發電設施的生命周期，來選擇電鍍的種類。

　　支架根部和不同金屬的接點處為危險區域

　　鋁材和不銹鋼等也需要注意腐蝕問題。

　　如上所述，在容易出現海鹽粒子的海岸附近，氯化物附著到支架上后，其周圍會出現局部腐蝕。雖經雨水沖洗后，影響減小，但被電池板遮住、不易受到雨淋的支架上仍會殘留氯化物，發生腐蝕的可能性較高。

　　押川提示：“關于擴散來的海鹽粒子的對策沒有什么特別規定。但在日本道路協會編撰的《道路橋梁技術標準及其解說》中，將可使用無涂裝耐候鋼的地區大致定為，‘太平洋沿海地區為距離海岸線2公里以上，日本海沿海地區根據地區的不同，為距離海岸線5公里以上及20公里以上’。可以大致按照這些標準值采取防腐措施。”

　　此外，金屬部材加工部位也會發生腐蝕。比如，在制造支架的過程中，會切割金屬板材形成端面。該端面會露出未進行電鍍處理的鋼材，隨著鋼材及電鍍厚度的不同，有時也容易發生腐蝕。

　　另外兩處易發生腐蝕的部位如下。

　　首先是產業領域太陽能發電系統中常見的、在地上及混凝土基礎上設置的支架的根部。地面與混凝土基礎相接的部位容易發生腐蝕。在道路標識及金屬護欄上，也經常看到根部出現孔洞，破爛不堪的現象。這是因為地面及遭受雨淋的混凝土面濕度較高，金屬被浸泡時間太長而造成的。埋在地面及混凝土下的部分與外部露出的部分之間會產生電位差，因此還會加快腐蝕速度。

　　另一處是與太陽能電池板的接合部分，及螺栓孔等與不同金屬直接接觸的部分。如上文所述，不同金屬接觸后，因標準電極電位存在差異，會生成電流，離子化趨勢較強的金屬一側會發生嚴重腐蝕。比如，鍍鋅鋼材與不銹鋼組合后，鍍鋅側會腐蝕。

注意排水

　　那么，這些金屬應如何防腐蝕呢？

　　“首先重要的是隔絕水和氧氣。特別是進行排水處理等，不要讓金屬周圍有水。”

　　比如，混凝土基礎上部采用傾斜設計，不要留存水等，支架周邊須采取有效的排水措施。

　　在多個金屬材料相接觸的部位，盡量避免使用不同金屬。使用不同金屬時，則盡可能選擇電位差較小的材料。雖然也可以考慮粘貼絕緣膠布等不使兩種金屬直接接觸的措施，但膠布的縫隙之間會留存水分，因此也不是萬全之策。

　　施工時的疏忽也可能造成腐蝕，這點也需要注意。押川說：“可以考慮到的情況有，搬運時在金屬表面造成傷痕，以及使用了非指定的接合工具等。”如果固定支架的螺栓采用不符合要求的產品，與支架之間很可能產生較大的電位差。確認是否使用了廠商指定的防腐蝕產品，這點十分重要。

　　總之，大家需要牢記的是定期進行支架檢查、不要疏忽根據具體情況重新涂抹表面涂膜以及更換腐蝕部位等，這樣才有助于延長太陽能發電系統的壽命。

　　本文作者：押川渡：生于1965年8月。1990年3月琉球大學研究生院碩士課程畢業。1990年4月擔任琉球大學工程系能源機械工學科助教。1993年10月擔任琉球大學工程系機械系統工學科助教。2005年7月擔任該學科助理教授，2007年后擔任現職至今。2005年獲得東京大學（工學）博士學位。同年榮獲日本腐蝕防蝕協會論文獎。

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