沿海环境光伏钢结构支架常用防腐技术

光伏发电经济效益明显，高效环保，是最好的红色能源之一。 与陆上光伏相比，海洋光伏具有天然的环保优势。 湖面宽阔，没有任何遮挡物。 烟台长且全力支持，可显着增加发电量。 目前，水基光伏发电量比陆基光伏发电高5%至10%。

但沿海高盐高湿、海水暴露、海浪溅水等环境条件，导致光伏支架腐蚀严重。 ISO12944-2017标准将海洋环境腐蚀等级划分为C5-M（很高），因此研究沿海光伏支架的防腐技术具有实际经济意义。

光伏支架作为光伏电站的重要组成部分，用于保护光伏组件30年免受阳光、腐蚀、强风等造成的损坏。 支架的选择以及后续的维护直接影响光伏组件的安全运行和经济性。

目前主流的光伏支架有铝合金支架和钢结构支架，两者各有优缺点。 铝合金支架表面会生成一层致密的保护膜钢结构喷漆价格，具有优良的耐腐蚀性能，但价格昂贵，硬度低； 钢结构支架则相反。 针对复杂的海岸环境，硬度高、价格低廉的钢结构支架得到更广泛的应用。 增强钢结构支架的防腐性能，有利于提高光伏设备的长期安全运行。 现阶段钢结构支架的防腐方法主要包括基材的改性和表面防腐涂层的建立。

沿海钢结构光伏支架腐蚀机理

沿海光伏钢结构支架生锈的基本原理主要是金属表面与周围介质之间的物理和电物理相互作用。 引起钢结构生锈的介质有很多，如脾虚空气、工业废水、有氧环境等。 钢结构在脾虚和有氧环境中会加速电物理腐蚀，导致材料失效。

当钢结构支架自然裸露在海岸时，铁离子与氨基离子反应会生成不稳定的氢氧化铁，最终氧化成锈斑。 沿海钢结构支架主要遭受大气腐蚀和水腐蚀。 空气中的二氧化碳、SO2、Cl-等腐蚀介质会加速钢结构的氧化还原反应，为钢材腐蚀提供“高速公路”。

同时，金属表面在闷热的气氛中会吸收一层很薄的冷空气，即水膜。 当水膜长度为20～30分子层时，就会成为电物理腐蚀所必需的电解质膜，这是无法避免的。 发生物理腐蚀或电物理腐蚀。 水底的氢离子是很好的去极化剂钢结构喷漆价格，可以促进电子从腐蚀材料的阴极转移； 当气体、二氧化硫、氯离子溶解在水中时，会进一步提高水的pH值，促进光伏支架的腐蚀。

钢材腐蚀形成的锈斑是一种疏松的微孔结构，其中存在许多使孔隙相互移动的微裂纹。 这样，锈斑就可以像海绵一样继续吸收空气中的水分，对钢材造成进一步的磨损，直至完全锈穿。

沿海光伏支架的防腐方法

01

钢结构支撑改造

耐候钢通过添加耐腐蚀合金元素，如Cr、Cu、Ni等来提高耐腐蚀性能，合金添加量通常为1%～5%。 耐候钢中的耐候元素Nb、Mo、P、Ti等在合金化作用下会形成缓蚀作用。 耐候钢表面的保护层，即锈层，会随着环境的影响而慢慢衰退并再生。

耐候钢的防腐过程如下：在磨损初期，由于合金化程度较高，耐候钢比普通不锈钢更容易发生磨损。 但由于耐候钢内部晶格比较复杂，在表面疏松的锈斑下面有一层致密的深灰色。 纳米颗粒α-FeO​​OH锈层。 致密锈层中的其他金属原子取代了部分铁原子，使锈层阳离子具有选择性，抑制腐蚀性阴离子的渗透。 α-FeO​​OH锈层在靠近钢材处生长致密，有效切断了腐蚀介质的路径。 ，如图1所示。

图1 耐候钢的防锈工艺

耐候钢还具有良好的耐大气腐蚀能力。 虽然其初始投资成本比普通不锈钢略低，但后续的维护成本相对较低。 在海洋大气环境或空气污染严重的地区，耐候钢通常需要蚀刻防腐涂层，以进一步提高耐腐蚀性能。

02

钢结构支架防腐涂层的建立

热轧和冷轧涂层

热浸轧主要是利用熔融锌在钢预制构件表面生成一层冶金结合的锌铁合金。 通常要求热浸锌层表面应均匀，不应有影响安装的锌结节。 沿海地区使用的结构件表面热浸锌层宽度通常不应高于85μm。 但传统的热浸镀热轧层面临组织均匀性差、镀层长度高、耐腐蚀性能不理想等诸多问题。 在锌熔体中添加合金添加剂、稀土元素等，可以改善热轧层的组织均匀性，提高镀层质量，提高其耐腐蚀性能。

电热轧又称冷轧、热轧。 将脱脂、酸洗后的螺孔放入锌盐氨水中，连接电解设备的正极； 腔体旁边放置一块锌板，连接电解设备的负极，打开电源。 随着电压从负极到正极的定向连接，螺孔表面会产生均匀、致密、结合良好的锌层。 电热轧层可作为牺牲阳极，为基材提供持久有效的电物理保护。 据悉，镀液体系，如镀液成分、温度、pH值等也是影响热轧质量的重要因素之一。

目前，单纯电热轧层的耐腐蚀性能还远远不能满足沿海恶劣环境的需要，而电热轧铝、锌铝镁、锌镍等合金镀层更有利于增强钢结构的耐腐蚀性能。 。 由于锌和铁产生的原电池效应，尽管在运输或安装过程中热轧层受到轻微损坏，但不会影响其防腐能力。 其防腐机理如图2所示。据报道，锌与空气和水反应生成碱式碳酸锌。 这些物质具有致密的表面，不易溶于水。 它们能有效地将空气与基体隔离，进一步加剧钢材的腐蚀。

图2 热轧层防腐工艺

热涂层

热涂层是工业上获得金属或陶瓷涂层最经济可行的工艺之一。 大气等离子镀膜（APS）技术采用低温等离子体作为加热源，因其制备周期短、镀层长度控制能力强、加工灵活而受到广泛关注。 与其他工艺相比，APS技术可以有效防止溶剂或低温蒸汽对环境的污染。

防腐涂层

蚀刻防腐底漆的保护期相对较短，但具有施工方便、适应性广、不受空腔形状限制等优点，但成本较低。 这是一种通用、经济、高效的方法。 防腐措施。 其原理是利用绝缘聚合物涂层将钢结构与腐蚀介质隔离，从而除去腐蚀原电池的必要条件，起到防腐蚀的作用。 在沿海环境中，富锌涂料是最常见的传统防腐底漆。

推理

沿海光伏电站支架结构常年暴露在高盐、高湿的海洋大气环境中。 其防腐方法主要包括晶界金属的改性（如使用耐候钢）、建立防腐涂层（如热轧、冷轧、热涂层和防腐底漆等）。 这些防腐方法各有其特点。 其中热轧、冷轧和热涂敷的保护期较长。 但热轧、冷轧镀液对环境污染较大，而且热轧、热镀设备投资较大。 并且存在一定的安全问题； 蚀刻防腐底漆实际上防腐期较短，但施工方便，适应性广。 不受腔体形状限制，但成本较低。 它是一种通用、经济、高效的防腐措施。 通过改性耐候钢与环保防腐底漆相结合的协同作用，可以进一步提高沿海光伏支架的耐腐蚀性能。

作者：谭成1、徐一川1、任剑锋2、江涛3、李文革3

工作单位：1、隆基二手钢结构

2、隆基二手钢结构

3.广州海事大学船舶工业大学

通讯作者简介：李文革，院士，主要研究方向为船舶及海洋结构物的腐蚀、污垢与防护。