光伏发电经济效益显著，高效环保，是最好的绿色能源之一，而相较于陆地光伏，海洋光伏有天然的环境优势，水面开阔，无遮挡，日照时间长，充分利用，可以明显提高发电量，目前水上光伏发电量比陆地光伏高5%~10%。
但沿海地区的高盐高湿、海水浸泡、海浪溅射等因素导致光伏支架遭受严重的腐蚀，ISO 12944-2017标准将海洋环境的腐蚀等级划分为C5-M（非常高），因此有必要对沿海地区的腐蚀等级进行研究，研究光伏支架的防腐技术具有现实的经济意义。
光伏支架是光伏电站的重要组成部分，用于保护光伏组件30年内免受日光、腐蚀、强风等的损害。支架的选择及其后续的维护直接影响光伏组件的安全运行和经济效益。
目前主流的光伏支架为铝合金支架和钢结构支架，二者各有优缺点。铝合金支架表面会形成一层致密的保护膜，耐腐蚀性能优良，但价格昂贵钢结构防腐措施，强度低。钢结构支架则相反。针对沿海复杂的环境，强度高、价格低廉的钢结构支架应用更为广泛。提高钢结构支架的防腐性能，有利于提高光伏设备的长效安全运行。现阶段钢结构支架的防腐方法主要有基材改性、表面防腐涂层施工等。
沿海钢光伏支架腐蚀机理
沿海光伏钢结构支架腐蚀的基本原理主要是金属表面与周围介质之间发生的化学和电化学反应，引起钢结构腐蚀的介质很多，如湿热空气、工业废气、有氧环境等钢结构防腐措施，在有氧环境中会加速电化学腐蚀，造成材料失效。
在沿海地区暴露于风雨中，铁离子和羟基离子发生反应，生成不稳定的氢氧化铁，最终氧化生锈。沿海钢结构支架的腐蚀主要受到大气和水体的侵蚀，氧气、SO2、Cl-等腐蚀介质会加速钢结构的氧化还原反应，为钢材的腐蚀提供了“高速公路”。
同时，金属表面在潮湿的大气中会吸收一层很薄的水分即水膜，当水膜厚度为20～30个分子层时，便成为电化学腐蚀所必需的电解质膜，避免发生化学腐蚀或电化学腐蚀。水中的氢离子是良好的去极化剂，能促使腐蚀材料中阴极电子的转移；而当二氧化碳、二氧化硫、氯离子等溶于水后，又会进一步促使水的去极化，pH值的下降促进光伏支架的腐蚀。
钢铁腐蚀产生的铁锈组织结构疏松多孔，孔隙间有许多微裂纹相通，这样铁锈就能像海绵一样不断吸收空气中的水分，使钢铁进一步生锈，直至完全锈透。
沿海光伏支架的防腐方法
01
钢结构支撑改造
耐候钢是通过添加Cr、Cu、Ni等耐蚀合金元素来提高其耐蚀性能的，合金添加量一般为1%~5%，合金化会产生缓蚀作用，耐候钢表面的保护层即锈层会随着环境的影响而慢慢生长、再生。
耐候钢的防腐过程如下：在生锈初期，由于耐候钢的合金化程度较高，所以比普通碳钢更容易生锈，但由于耐候钢内部晶格比较复杂，在表面疏松的锈层下面有一层暗黑色致密的纳米粒子α-FeOOH锈层。致密锈层中的其他金属原子取代了部分铁原子，使锈层具有阳离子选择性，抑制了腐蚀阴离子的渗透，α-FeOOH锈层致密且紧贴钢层生长，有效地切断了腐蚀介质的路径，如图1所示。
图1 耐候钢防腐工艺流程
耐候钢还具有良好的耐大气腐蚀性能，虽然其初期投资成本较普通碳钢略高，但其后期维护成本相对较低，在海洋大气环境或大气污染严重的地区，耐候钢一般需涂装防腐涂层，以进一步提高耐腐蚀性能。
02
钢结构支架防腐涂装施工
热镀锌
热镀锌主要是利用熔融的锌在钢构件表面形成一层冶金结合的锌铁合金。一般热镀锌层表面应均匀，不应有影响安装的锌结节。层厚一般不小于85μm。但传统的热镀锌层面临组织均匀性差、镀层厚度高、耐腐蚀性能不理想等问题。在锌熔池中加入合金添加剂、稀土元素等，可以改善锌镀层组织的均匀性，提高镀层质量，增强其耐腐蚀性能。
电镀锌又叫冷镀锌，是将经过脱脂、酸洗的工件放入锌盐溶液中，接在电解设备负极上，在工件对面放置一块锌板，接在电解设备正极上，接通电源，工件由正极向负极定向移动，在工件表面形成一层均匀、致密、结合良好的锌层。电镀锌层可作为牺牲阳极，为基体提供持久有效的电化学保护。此外，镀液体系，如镀液的组分、温度、pH值等也是影响镀锌质量的重要因素。
目前单纯的电镀锌层耐腐蚀性能远远不能满足沿海恶劣环境的需要，而电镀锌铝、锌铝镁、锌镍等合金镀层更有利于提高钢结构的耐腐蚀性能。锌与铁形成的原电池效应，即使锌层在运输或安装过程中受到轻微损伤，也不会影响其防腐能力，其防腐机理如图2所示。另外，锌与空气和水发生反应，会生成碱式碳酸锌，这种物质表面致密，不易溶于水，能有效隔绝空气与基体，进一步减缓钢材的腐蚀。
图2 镀锌层防腐工艺流程
热喷涂涂层
热喷涂是工业上获得金属或陶瓷涂层最经济、最可行的工艺之一。大气等离子喷涂（APS）技术采用高温等离子体作为加热源，因其制备周期短、涂层厚度控制强、加工灵活而受到欢迎。与其他工艺相比，APS技术可以有效避免溶剂或高温蒸汽带来的环境污染。
防腐涂层
防腐涂层防护期相对较短，但具有施工方便、适应性广、不受工件形状限制、成本低等优点，是一种通用、经济、高效的防腐涂层。其原理是利用绝缘聚合物涂层将钢结构与腐蚀介质隔离，从而消除腐蚀原电池形成的必要条件，起到防腐作用。在沿海环境中，富锌涂料是最常见的传统防腐涂料。
综上所述
沿海光伏电站支架结构长期处于高盐、高湿海洋大气中，主要的防腐方法有基体金属改性(如采用耐候钢)、防腐涂层施工(如热镀锌、热喷涂防腐涂料等)。这些防腐方法各有特点，其中冷镀锌和热镀锌防护周期较长，但冷镀锌槽对环境污染较大，而热镀锌槽和热喷涂设备投资较大，且存在一定的安全问题。防腐涂层虽然防腐周期短，但施工简便，适应性广，不受工件形状限制，成本较低。它是一种通用的沿海光伏支架耐腐蚀性能，通过改性耐候钢与环保防腐涂料的协同作用，可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、李文阁3
工作单位：1.国网常州供电公司
2.江苏瑞盛电力科技有限公司
3.上海海事大学商船学院
通讯作者简介：李文革，教授，主要研究方向为船舶与海洋结构物的腐蚀、污损与防护。
