Zbieranie słońca na pełnym morzu: oswajanie mgły solnej i burz dla morskiej energii słonecznej

Wyobraź sobie farmę fotowoltaiczną, która unosi się i opada wraz z przypływami, a jej panele są chłodzone przez morze poniżej i wytwarzają energię elektryczną, podczas gdy fale uderzają w pływaki. To nie jest futurystyczna koncepcja,-to już rzeczywistość. W lipcu 2025 r. firma Sinopec oddała do użytku pierwszy w Chinach komercyjny projekt pływającej morskiej fotowoltaiki w pełnym-środowisku wody morskiej u wybrzeży Qingdao. Stacja o mocy 7,5 MW, zajmująca powierzchnię 60 000 metrów kwadratowych, ma niezwykłą zaletę: dzięki chłodzącemu działaniu wody morskiej jej wydajność wytwarzania energii jest w rzeczywistości o 5-8% wyższa w porównaniu z równoważnymi instalacjami naziemnymi.

Budowa morskich farm fotowoltaicznych nie jest tak prosta, jak umieszczenie paneli na urządzeniach pływających, ponieważ działają one w jednym z najtrudniejszych warunków do produkcji energii słonecznej: oceanie. Według Van Hua (kierownika projektu, SGS, wiodąca organizacja certyfikująca/testująca) „Podczas budowy morskich systemów fotowoltaicznych istnieje wiele ciągłych wyzwań, które należy wziąć pod uwagę, takich jak korozja mgły solnej, wysoka wilgotność/wilgoć, ekstremalne temperatury, silny wiatr, naprężenia mechaniczne i narażenie na promieniowanie UV”. Kontynuując dalszy rozwój na morzu, inżynierowie toczą cichą walkę z korozją, wilgocią i biologicznymi osadami; ta bitwa zadecyduje, czy morska energia słoneczna będzie w stanie w pełni wykorzystać swój potencjał.

 

 

Aby zrozumieć, jak trudna jest praca panelu słonecznego w oceanie, zastanów się, co dzieje się z typową morską instalacją fotowoltaiczną. Na przykład panele słoneczne są stale pokryte-mgłą wodną zawierającą sól. Poziom wilgotności wynosi prawie 100%. Fale uderzają zarówno w pływającą konstrukcję, jak i w utrzymujące ją kotwice. Podwodne powierzchnie pływaka i wszelkich zanurzonych konstrukcji zostaną pochłonięte przez organizmy morskie szukające miejsca, w którym mogą się przyczepić. A wszystko to musi odbywać się przy zapewnieniu niezawodnego prądu z panelu słonecznego przez co najmniej 25 lat!

Korozja jest głównym zagrożeniem. Słona woda jest doskonałym elektrolitem, przyspieszającym reakcje elektrochemiczne, które niszczą metalowe ramy, złącza i konstrukcje montażowe. Ale szkody są głębsze. W standardowych testach mgły solnej przeprowadzanych w celu uzyskania certyfikatu morskiego komponenty muszą wytrzymać ekspozycję na mgłę solną na poziomie 8-wśród najsurowszych klasyfikacji. Bez odpowiedniej ochrony korozja może przedostać się do skrzynek przyłączeniowych, uszkodzić styki elektryczne i ostatecznie spowodować awarię systemu.

Wnikanie wilgoci jest równie podstępne. Para wodna może przenikać przez kapsułki modułów, prowadząc do potencjalnie-indukowanej degradacji (PID) i korozji metalizacji ogniw. Podczas wyprawy wioślarskiej 44west Atlantic, podczas której firma SGS testowała panele słoneczne przeznaczone do-rozmieszczenia na otwartym oceanie, inżynierowie symulowali najgorsze-scenariusze polegające na całkowitym zanurzeniu paneli w przewodzącej słonej wodzie i przyłożeniu wysokiego napięcia. Cel: zapewnić, że nawet jeśli fale zaleją system, nie nastąpi niebezpieczny upływ prądu.

Biofouling oznacza gromadzenie się-organizmów morskich, takich jak pąkle i glony, na zanurzonych powierzchniach. Biofouling nie tylko zwiększa wagę i obciążenie konstrukcji pływających; może również zacieniać panele lub sprzyjać miejscowej korozji. Tradycyjnie farby przeciwporostowe stosowane do zwalczania biofoulingu wytwarzano z biocydów, które powodowały szereg negatywnych skutków dla ekosystemów morskich i stwarzały sprzeczność środowiskową dla projektów reklamowanych jako ekologiczne.

Aby sprostać tym wyzwaniom, producenci zasadniczo zmieniają sposób budowy modułów fotowoltaicznych. Moduły morskie serii HT firmy HY SOLAR, które uzyskały certyfikat TÜV Rheinland 2PfG 2930/02.23-pierwszy na świecie standard dotyczący-przybrzeżnej niezawodności systemów fotowoltaicznych-obejmują wiele warstw zabezpieczeń.

Przednia szyba jest pokryta podwójną-warstwą-antyrefleksyjną, która nie tylko poprawia transmisję światła, ale także tworzy barierę przed wnikaniem wilgoci. Aluminiowa rama, zwykle anodowana zgodnie ze standardami AA10 w przypadku instalacji-na lądzie, została zmodernizowana do AA20, skutecznie podwajając grubość ochronnej warstwy tlenku. W przypadku kapsułkującego-polimeru spajającego komórki ze szkłem-producenci przechodzą ze standardowych struktur EVA na struktury EPE+EPE, które zapewniają doskonałą rezystywność objętościową i właściwości barierowe dla wilgoci.

Szczególną uwagę zwraca się na złącza, często najsłabsze ogniwo w środowiskach morskich. Podwójne-pierścienie uszczelniające, zatyczki ochronne i-rurki termokurczliwe tworzą zbędne bariery chroniące przed wodą i mgłą solną. Niektóre projekty zawierają żele hydrofobowe, które fizycznie blokują przedostawanie się wilgoci do styków elektrycznych.

Oprócz samych konstrukcji pływających, konstrukcje pływające będą wymagały również innowacyjnych technologii. Na przykład TECNALIA (centrum badawcze) w projekcie Natursea-PV tworzy pływające konstrukcje inspirowane projektem liliowców, chociaż są one zbudowane z ultra-wysoko-ekobetonu-, który ma znacznie niższy ślad węglowy. Te pływające konstrukcje mają także bio-powłoki przeciwporostowe wykonane ze związków pochodzących z biomasy, które chronią przed biofoulingiem bez użycia toksycznych biocydów. W grudniu 2025 r. w ośrodku badań morskich Mutriku firmy TECNALIA (jedynym tego typu obiekcie na świecie) zainstalowano pełnoskalowy-prototyp tej pływającej konstrukcji, aby sprawdzić parametry konstrukcyjne, trwałość i efektywność energetyczną konstrukcji pływającej w rzeczywistych warunkach morskich.

Wybór materiału to tylko połowa sukcesu. Inżynierowie ponownie zastanawiają się nad konfiguracją systemów, aby zminimalizować narażenie i zmaksymalizować trwałość.

Nastąpił wzrost liczby dostępnych technologii hermetyzacji, ponieważ wiele z nich bada zastosowanie silikonu jako masy zalewowej, umożliwiającej całkowitą izolację wrażliwej elektroniki. Producenci przeprojektowują także skrzynki przyłączeniowe, aby były wyposażone w wodoodporne uszczelki, wbudowane-systemy odwadniające i obudowę odporną na korozję.

Inną potencjalną opcją dla podzespołów zanurzonych jest system ochrony katodowej (CP) stosowany w przemyśle okrętowym w celu zapobiegania korozji. System CP działa poprzez połączenie zanurzonych części metalowych z anodą protektorową wykonaną z cynku lub aluminium, tak że zanurzony metal będzie korodował w kierunku anody protektorowej (i w ten sposób będzie chroniony przed korozją), a anoda protektorowa z czasem się rozpuści.

System kotwiczenia przeznaczony jest do utrzymywania i podtrzymywania zanurzonych konstrukcji znajdujących się na dnie oceanu. Wytrzymałość kotew została przetestowana w warunkach wiatru o sile 13 (wysokość tajfunu) i przy pływach o głębokości 3,5 metra, a także w celu zmniejszenia całkowitego kosztu budowy w porównaniu z fundamentami z pali stałych o około 10%.

Zanim jakikolwiek morski układ fotowoltaiczny będzie mógł zostać wdrożony, musi on sprawdzić się w laboratorium. Protokół testowy paneli ekspedycyjnych 44west jest pouczający:

Kontrola wzrokowasprawdza pęknięcia, rozwarstwienia lub wady uszczelnień, które mogą stać się punktami wejścia korozji

Badanie rezystancji izolacjisprawdza, czy z obwodów wewnętrznych do ramy nie może wyciekać niebezpieczny prąd

Testowanie prądu upływu na mokrozanurza panele w słonej wodzie, przykładając wysokie napięcie, symulując najgorszy{0}}warunki oceaniczne

Badanie korozji mgły solnejnaraża komponenty na działanie skoncentrowanej mgły solnej przez dłuższy czas

Testowanie obciążenia mechanicznegopotwierdza, że ​​konstrukcja jest w stanie wytrzymać wiatr, fale i wibracje

Wyniki rygorystycznych testów dają pewność, że morska energia słoneczna może spełnić pokładane w niej nadzieje. Jak zauważa Van Hua: „Zapewnienie jakości i trwałości paneli słonecznych pomaga wydłużyć żywotność produktów, zmniejszyć awaryjność i obniżyć całkowity koszt systemów czystej energii”.

Uznając strategiczne znaczenie morskiej energii słonecznej, chińskie organy normalizacyjne dążą do ustalenia jasnych wytycznych technicznych. Obecnie trwają krajowe wysiłki mające na celu stworzenie „Specyfikacji technicznej kontroli korozji w morskich systemach fotowoltaicznych”, opracowanej głównie przez Instytut Konsultingu Energetyki Shandong. W inicjatywie tej uczestniczy szerokie grono ekspertów branżowych, takich jak LONGi, Huawei i kilka instytucji badawczych, którzy przyczyniają się do powstania tego Krajowego Projektu Normalizacyjnego, który następnie zostanie przekształcony w dokument, który wkrótce zostanie opublikowany.

Morska energia fotowoltaiczna przestaje być pomysłem eksperymentalnym i staje się legalną branżą, a projekty morskiej energii słonecznej są już wdrożone, a ich standardy są coraz bardziej rygorystyczne. Projekt Sinopec generuje 16,7 mln kWh energii odnawialnej rocznie, wypierając 14 000 ton emisji dwutlenku węgla z atmosfery, a planuje zwiększyć swoją moc do 23 MW.

Chociaż obszary przybrzeżne muszą stawić czoła wielu wyzwaniom ze względu na ekspozycję na słoną wodę, burze i wiatr; poprzez innowacyjne materiały; inteligentny projekt; i szeroko zakrojonym testom branża fotowoltaiczna opracowała sposoby skutecznego wykorzystania energii słonecznej w miejscach, gdzie ląd styka się z oceanem. W rezultacie energia słoneczna udostępniła nowe zasoby odnawialne, które mogą pokryć do 71% powierzchni Ziemi pokrytej oceanami.