某光伏電站光伏支架銹蝕原因分析

劉 杰，牛軍燕，唐永濤，劉 全

(1.河南職業技術學院，河南 鄭州 450015；2.河南交通職業技術學院，河南 鄭州 450015；3.華電鄭州機械設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

某100 MWp農光互補電站項目為國家級扶貧項目，總裝機容量為121 MWp，是典型的地面光伏電站。該電站采用以Q235B為主材的鋼結構熱浸鋅支架，光伏支架作為電站項目的重要組成部分，它承載著光伏電站的主要發電部件，直接影響著光伏組件的穩定性、安全性、破損率及建設投資[1]。而光伏支架在使用過程中經常發生銹蝕，支架銹蝕是鋼結構設計、施工、使用中必須解決的重要問題，它牽涉到鋼結構的耐久性、造價、使用性能、維護費用等諸多方面。為此，本文針對該電站現場出現的銹蝕問題進行了原因分析。

1 現場勘查與檢測

1.1 現場勘查

經現場勘查發現已安裝的支架中有13根立柱發生了局部銹蝕，如圖1所示。進一步排查發現，現場還有一捆未使用完的立柱也存在局部銹蝕的情況，經查閱資料得知，發生銹蝕的立柱都來自現場未使用完的同一捆立柱，銹蝕部位相同。

圖1 發生銹蝕的立柱

1.2 支架材質分析

支架材質為Q235B，其主要化學成分見表1。對現場銹蝕的立柱進行取樣，送有相關檢測資質的第三方機構檢驗，檢驗結果表明支架材質符合Q235B材質的要求，檢測報告如圖2所示。

表1 Q235B主要化學成分(質量分數) %

圖2 支架材質化學分析報告

1.3 鍍鋅層厚度檢測

使用鋅層測厚儀對支架鍍鋅層厚度進行檢測，如圖3所示。支架銹蝕和未銹蝕部位的鋅層厚度均在64 μm～93 μm之間，符合圖紙標注的65 μm技術要求，由此可見，支架材質的鍍鋅層厚度滿足技術要求。

圖3 鍍鋅層厚度測量

2 支架銹蝕的機理分析

2.1 銹蝕的基本原理

鋼材銹蝕的基本原理是金屬表面與周圍介質發生化學反應及電化學作用而遭受破壞。引起鋼材銹蝕的介質有很多種，如潮濕的空氣、土壤、工業廢氣、有氧環境等。鋼材在高溫中可以氧化生成Fe3O4，常溫下氧化生成FeO。在潮濕及有氧的環境中會產生電化學腐蝕，其過程基本上與電解質電池相同。在自然暴露的情況下通常可發生如下反應：

鐵離子和羥基離子反應生成不穩定的氫氧化鐵，最終氧化成為鐵銹。而現場的光伏支架就是在自然暴露的環境中，所以極易氧化為鐵銹。

2.2 引起銹蝕的介質分析

引起鋼材銹蝕的介質有很多，針對現場環境進行分析，該地區主要存在的腐蝕有大氣腐蝕、水腐蝕、土壤腐蝕。

2.2.1 大氣腐蝕

據統計，世界上60%以上的鋼材在大氣環境中使用，而該100 MWp農光互補電站項目的光伏支架就是暴露在空氣中。空氣中約含有21%的氧氣，以及空氣污染帶來的二氧化硫等腐蝕氣體，這些氣體都有可能引起鋼材表面材料的變質和破壞，同時，金屬表面在潮濕的大氣中會吸附一層很薄的濕氣層即水膜，當這個水膜達到20個～30個分子層厚時，就會變成電化學腐蝕所必需的電解液膜，所以不可避免地發生化學腐蝕或電化學腐蝕。

2.2.2 水腐蝕

只有水不會使鋼材生銹，但當空氣中的氧氣溶解在水里時，氧在有水的環境中與鐵發生化學反應，生成三氧化二鐵，即鐵銹。水的PH值會影響鋼材的腐蝕性，當水的PH值呈酸性時，鋼材的表面不易形成保護膜，而且H+是很好的去極化劑，促進腐蝕材料陰極電子的轉移，從而加速腐蝕；當二氧化碳溶于水，則生成碳酸或者碳酸氫鹽，使水的PH值下降呈酸性，導致鋼材腐蝕；當二氧化硫或氯離子溶于水也會降低水的PH值，增加鋼材的腐蝕性。總之，水中溶解的氣體尤其是氧和二氧化碳與有機物，同樣也會對腐蝕的類型和程度產生重要的影響[2]。

2.2.3 土壤腐蝕

土壤腐蝕是指土壤的不同組分和性質對材料的腐蝕，土壤中微生物的新陳代謝產物也會對材料產生腐蝕。而該100 MWp農光互補電站項目建在我國西北地區，風沙天氣必然導致光伏支架上存留土壤或灰塵，當土壤中有水分存在時，就容易發生化學反應或電化學反應，從而造成腐蝕。

3 光伏支架銹蝕原因分析

根據上述分析，造成光伏支架銹蝕原因如下：

(1) 光伏支架直接暴露在大氣中，所以極易發生大氣腐蝕。

(2) 光伏支架在潮濕及有氧的環境中，不可避免地會發生水腐蝕。

(3) 光伏支架長期遭受風吹日曬，大量浮塵堆積在支架表面，當灰塵中有水分時就會發生土壤腐蝕。

(4) 未安裝的光伏支架和其他雜物(發現現場有一根腐爛的墊木，見圖4)放置在一起，腐爛的墊木在雨水的浸泡下呈酸性，酸性雨水接觸鍍鋅層會對鋅層造成破壞，致使光伏支架銹蝕。

圖4 造成銹蝕的墊木

4 現場應急處理及對策

4.1 現場應急處理

首先用堿性水對銹蝕部位進行清洗、晾干，然后用鍍鋅修補劑對銹蝕部位進行修補，自然晾干即可。

4.2 避免光伏支架銹蝕的對策

(1) 全面清查料場具有腐蝕性的雜物，切斷銹蝕源，并保證運輸過程滿足規范要求，杜絕暴力裝卸帶來的表面損傷[3]。

(2) 未安裝的光伏支架應與其他雜物分類放置。

(3) 加強對產品的監管巡視工作，做到及時發現問題，及時處理問題。

(4) 施工過程中，如發現有鋅層破壞或者漏鍍現象的構件，局部可以采用鍍鋅修補劑進行修補，大面積則更換該構件。

5 結束語

光伏支架作為鋼結構的一種，腐蝕普遍存在，但是如果光伏支架長期腐蝕，必將影響它的承載力、穩定性和安全性，甚至會影響整個項目的順利進展。為了解決這個問題，找出導致鋼材腐蝕的主要原因，從而有針對性地采取措施，及時制止，如采取切斷銹蝕源、清理支架灰塵及采用鍍鋅修補劑進行修補等措施來降低鋼材的腐蝕性，以避免光伏支架銹蝕帶來的危害。