某光伏电站光伏支架锈蚀原因分析

刘 杰，牛军燕，唐永涛，刘 全

(1.河南职业技术学院，河南 郑州 450015；2.河南交通职业技术学院，河南 郑州 450015；3.华电郑州机械设计研究院有限公司，河南 郑州 450000)

0 引言

某100 MWp农光互补电站项目为国家级扶贫项目，总装机容量为121 MWp，是典型的地面光伏电站。该电站采用以Q235B为主材的钢结构热浸锌支架，光伏支架作为电站项目的重要组成部分，它承载着光伏电站的主要发电部件，直接影响着光伏组件的稳定性、安全性、破损率及建设投资[1]。而光伏支架在使用过程中经常发生锈蚀，支架锈蚀是钢结构设计、施工、使用中必须解决的重要问题，它牵涉到钢结构的耐久性、造价、使用性能、维护费用等诸多方面。为此，本文针对该电站现场出现的锈蚀问题进行了原因分析。

1 现场勘查与检测

1.1 现场勘查

经现场勘查发现已安装的支架中有13根立柱发生了局部锈蚀，如图1所示。进一步排查发现，现场还有一捆未使用完的立柱也存在局部锈蚀的情况，经查阅资料得知，发生锈蚀的立柱都来自现场未使用完的同一捆立柱，锈蚀部位相同。

图1 发生锈蚀的立柱

1.2 支架材质分析

支架材质为Q235B，其主要化学成分见表1。对现场锈蚀的立柱进行取样，送有相关检测资质的第三方机构检验，检验结果表明支架材质符合Q235B材质的要求，检测报告如图2所示。

表1 Q235B主要化学成分(质量分数) %

图2 支架材质化学分析报告

1.3 镀锌层厚度检测

使用锌层测厚仪对支架镀锌层厚度进行检测，如图3所示。支架锈蚀和未锈蚀部位的锌层厚度均在64 μm～93 μm之间，符合图纸标注的65 μm技术要求，由此可见，支架材质的镀锌层厚度满足技术要求。

图3 镀锌层厚度测量

2 支架锈蚀的机理分析

2.1 锈蚀的基本原理

钢材锈蚀的基本原理是金属表面与周围介质发生化学反应及电化学作用而遭受破坏。引起钢材锈蚀的介质有很多种，如潮湿的空气、土壤、工业废气、有氧环境等。钢材在高温中可以氧化生成Fe3O4，常温下氧化生成FeO。在潮湿及有氧的环境中会产生电化学腐蚀，其过程基本上与电解质电池相同。在自然暴露的情况下通常可发生如下反应：

铁离子和羟基离子反应生成不稳定的氢氧化铁，最终氧化成为铁锈。而现场的光伏支架就是在自然暴露的环境中，所以极易氧化为铁锈。

2.2 引起锈蚀的介质分析

引起钢材锈蚀的介质有很多，针对现场环境进行分析，该地区主要存在的腐蚀有大气腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀。

2.2.1 大气腐蚀

据统计，世界上60%以上的钢材在大气环境中使用，而该100 MWp农光互补电站项目的光伏支架就是暴露在空气中。空气中约含有21%的氧气，以及空气污染带来的二氧化硫等腐蚀气体，这些气体都有可能引起钢材表面材料的变质和破坏，同时，金属表面在潮湿的大气中会吸附一层很薄的湿气层即水膜，当这个水膜达到20个～30个分子层厚时，就会变成电化学腐蚀所必需的电解液膜，所以不可避免地发生化学腐蚀或电化学腐蚀。

2.2.2 水腐蚀

只有水不会使钢材生锈，但当空气中的氧气溶解在水里时，氧在有水的环境中与铁发生化学反应，生成三氧化二铁，即铁锈。水的PH值会影响钢材的腐蚀性，当水的PH值呈酸性时，钢材的表面不易形成保护膜，而且H+是很好的去极化剂，促进腐蚀材料阴极电子的转移，从而加速腐蚀；当二氧化碳溶于水，则生成碳酸或者碳酸氢盐，使水的PH值下降呈酸性，导致钢材腐蚀；当二氧化硫或氯离子溶于水也会降低水的PH值，增加钢材的腐蚀性。总之，水中溶解的气体尤其是氧和二氧化碳与有机物，同样也会对腐蚀的类型和程度产生重要的影响[2]。

2.2.3 土壤腐蚀

土壤腐蚀是指土壤的不同组分和性质对材料的腐蚀，土壤中微生物的新陈代谢产物也会对材料产生腐蚀。而该100 MWp农光互补电站项目建在我国西北地区，风沙天气必然导致光伏支架上存留土壤或灰尘，当土壤中有水分存在时，就容易发生化学反应或电化学反应，从而造成腐蚀。

3 光伏支架锈蚀原因分析

根据上述分析，造成光伏支架锈蚀原因如下：

(1) 光伏支架直接暴露在大气中，所以极易发生大气腐蚀。

(2) 光伏支架在潮湿及有氧的环境中，不可避免地会发生水腐蚀。

(3) 光伏支架长期遭受风吹日晒，大量浮尘堆积在支架表面，当灰尘中有水分时就会发生土壤腐蚀。

(4) 未安装的光伏支架和其他杂物(发现现场有一根腐烂的垫木，见图4)放置在一起，腐烂的垫木在雨水的浸泡下呈酸性，酸性雨水接触镀锌层会对锌层造成破坏，致使光伏支架锈蚀。

图4 造成锈蚀的垫木

4 现场应急处理及对策

4.1 现场应急处理

首先用碱性水对锈蚀部位进行清洗、晾干，然后用镀锌修补剂对锈蚀部位进行修补，自然晾干即可。

4.2 避免光伏支架锈蚀的对策

(1) 全面清查料场具有腐蚀性的杂物，切断锈蚀源，并保证运输过程满足规范要求，杜绝暴力装卸带来的表面损伤[3]。

(2) 未安装的光伏支架应与其他杂物分类放置。

(3) 加强对产品的监管巡视工作，做到及时发现问题，及时处理问题。

(4) 施工过程中，如发现有锌层破坏或者漏镀现象的构件，局部可以采用镀锌修补剂进行修补，大面积则更换该构件。

5 结束语

光伏支架作为钢结构的一种，腐蚀普遍存在，但是如果光伏支架长期腐蚀，必将影响它的承载力、稳定性和安全性，甚至会影响整个项目的顺利进展。为了解决这个问题，找出导致钢材腐蚀的主要原因，从而有针对性地采取措施，及时制止，如采取切断锈蚀源、清理支架灰尘及采用镀锌修补剂进行修补等措施来降低钢材的腐蚀性，以避免光伏支架锈蚀带来的危害。