Perkenalan
Dorongan global menuju energi terbarukan telah mendorong perluasan pesat instalasi fotovoltaik (PV) di lingkungan pesisir dan lepas pantai. Kapasitas PV terapung di seluruh dunia mencapai sekitar 5,9 GW pada akhir tahun 2023 dan diproyeksikan melebihi 10 GW pada tahun 2030. PV lepas pantai menawarkan keunggulan tersendiri dibandingkan sistem berbasis lahan, termasuk menghindari kendala penggunaan lahan dan hasil energi yang lebih tinggi karena efek pendinginan air pada panel. Namun, air laut menimbulkan serangkaian mekanisme degradasi yang secara mendasar mengancam ketahanan dan kinerja modul surya dengan cara yang jarang ditemui pada instalasi terestrial.
Mekanisme Degradasi Air Laut-yang Disebabkan
Korosi Kaca dan Kerugian Optik
Kaca penutup depan modul PV merupakan penghalang pertama yang terkena air laut. Studi eksperimental menunjukkan bahwa setelah 98 hari perendaman dalam simulasi air laut, transmisi kaca PV menurun dari 91,46% menjadi 70,35%-kehilangan lebih dari 21 poin persentase. Degradasi optik yang dramatis ini didorong oleh proses pengendapan yang berurutan: lapisan garam magnesium-terbentuk terlebih dahulu dan mempercepat korosi lokal pada permukaan kaca, diikuti oleh lapisan garam kalsium-yang, bersama dengan pelarutan kaca yang berkelanjutan, semakin memperburuk kehilangan optik dan mengurangi keluaran modul.
Korosi Elektrokimia pada Komponen Logam
Air laut kaya akan spesies ionik-Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻-yang adsorpsi atau penetrasinya ke dalam modul memicu proses korosi elektrokimia. Elektroda logam, khususnya perak (Ag) dan tembaga (Cu), sangat rentan terhadap pergeseran potensial dan difusi ion, yang keduanya membahayakan stabilitas jangka panjang. Di wilayah pesisir, modus kegagalan utama adalah korosi elektrokimia dan galvanik yang terjadi pada kontak logam dan las, karena infiltrasi uap air ke dalam panel mempercepat oksidasi kontak logam dan degradasi bahan enkapsulan.
Manifestasi yang sangat terlihat dari proses ini adalah terbentuknya garis-garis gelap atau tanda air pada permukaan modul. Kelembapan yang mengandung garam menyediakan lingkungan elektrolit untuk reaksi elektrokimia pada pasta perak yang digunakan dalam metalisasi sel surya, yang menyebabkan pembentukan oksida perak yang tampak sebagai garis hitam, menurunkan penampilan modul dan kinerja listrik.
Kerentanan Enkapsulan dan Kotak Persimpangan
Paparan kelembapan garam dalam waktu lama menyebabkan korosi pada bagian modul penting seperti rangka, kotak sambungan, dan permukaan kaca yang menyebabkan penurunan kinerja dan memperpendek masa pakai modul. Jika kotak distribusi, terminal, atau inverter disusupi kabut atau uap garam, maka akhirnya akan berkarat karena endapan tersebut. Oleh karena itu, kotak sambungan untuk aplikasi kelautan harus disegel IP68 agar tahan terhadap garam dan kelembapan.
Tingkat Degradasi yang Dipercepat
Pengamatan lapangan terhadap modul bifasial dalam kondisi pesisir melaporkan tingkat degradasi tahunan efektif antara sekitar 0,36% dan 0,75% per tahun untuk-modul yang terenkapsulasi dengan baik. Namun, akumulasi garam pada modul PV lepas pantai mempercepat laju degradasi sebesar 0,05% hingga 0,13%, sehingga berpotensi mengurangi masa pakai modul sebesar 3 hingga 5 tahun. Dalam kasus ekstrem dengan enkapsulasi yang dirancang dengan buruk, potensi degradasi yang disebabkan oleh sisi belakang telah menyebabkan hilangnya daya di bagian belakang melebihi 30%.
Standar Pengujian Industri
Standar internasional utama yang mengatur ketahanan terhadap korosi kabut garam adalah IEC 61701, yang menjelaskan urutan pengujian untuk menentukan ketahanan modul PV terhadap korosi dari kabut garam yang mengandung senyawa klorida seperti NaCl dan MgCl₂. Level pengujian paling berat-Level 6-melibatkan delapan siklus pengujian selama 56 hari. Setiap siklus 7 hari terdiri dari empat tahap penyemprotan garam yang berlangsung selama dua jam pada suhu 35 derajat dengan kelembapan 93%, dilanjutkan dengan penyimpanan pada suhu 40 derajat dengan kelembapan terkontrol. Protokol ketat ini mengevaluasi penurunan keluaran daya, kontinuitas ground, arus bocor basah, resistansi isolasi, dan tampilan.
Edisi ketiga IEC 61701, yang diterbitkan pada tahun 2020, memperkenalkan pembaruan penting: metode pengujian diringkas dan diselaraskan dengan edisi baru IEC 61215 dan IEC 61730, dan lampiran normatif ditambahkan untuk memandu metode pengujian mana yang berlaku untuk berbagai aplikasi. Beberapa produsen secara sukarela melampaui persyaratan standar, melakukan pengujian siklus kabut garam hingga 168 hari-tiga kali durasi level standar tertinggi-dan mencapai kehilangan daya hanya 1%.
Strategi Mitigasi dan Perlindungan
Pelapis Kaca Tingkat Lanjut
Produsen PV terkemuka telah mengembangkan pelapis kaca khusus untuk lingkungan laut. Salah satu pendekatan penting adalah menggunakan lapisan dasar SiO₂ padat yang dipadukan dengan lapisan permukaan-anti-reflektif transmitansi tinggi; lapisan dasar secara efektif menghalangi penetrasi uap air dan ion klorida, sedangkan lapisan permukaan memberikan kemampuan pembersihan mandiri dan mempertahankan transmisi di atas 94%. Modul tersebut telah lulus pengujian kabut garam Level 8 IEC 61701, jauh melebihi persyaratan konvensional. Proses perlindungan terintegrasi yang menggabungkan substrat temper, pelapisan-nano-lapisan ganda, pengendapan lapisan atom, pembersihan mandiri-superhidrofobik, dan penyegelan tepi telah terbukti memperpanjang masa pakai modul lebih dari 25 tahun, dengan kaca berlapis-lapisan yang menunjukkan toleransi semprotan garam melebihi 1.100 jam.
Perlindungan Rangka dan Struktural
Rangka aluminium modul PV terestrial standar biasanya dianodisasi sesuai spesifikasi AA10. Untuk lingkungan laut, ini harus ditingkatkan ke AA20 (ketebalan 20–25 μm), yang dianggap sebagai standar kelas laut wajib-untuk proyek tenaga surya pesisir. Peningkatan lapisan anodisasi rangka dari AA10 ke AA20 secara dramatis meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan meningkatkan keandalan struktural dalam paparan yang lama. Pelapis baja seng-magnesium-aluminium juga telah disertifikasi untuk digunakan di lingkungan kelautan C5-M, dengan kandungan magnesium 3% memberikan pertahanan yang jauh lebih efektif terhadap korosi dibandingkan pelapis dengan kandungan magnesium lebih rendah.
Lapisan Komposit-Penyembuhan Mandiri dan Anti{{1}UV
Kemajuan terkini dalam teknologi pelapisan telah memperkenalkan kemampuan-penyembuhan mandiri untuk peralatan PV kelautan. Lapisan komposit yang dibuat melalui electrospinning dan electrospray yang sinergis menunjukkan bahwa, selama pengujian semprotan garam, area yang terkorosi jauh lebih kecil dibandingkan pada lapisan epoksi kosong, dengan impedansi elektrokimia melebihi epoksi kosong sebanyak dua kali lipat. Penyembuhan diri-bagian yang rusak dicapai dalam waktu singkat, dan setelah uji penuaan yang dipercepat selama 300 jam, lapisan tersebut mempertahankan sifat fisikokimia dan kinerja perlindungannya.
Korosi Struktural dan Dampak Mekanis
Selain modul PV itu sendiri, komponen struktural sistem PV terapung lepas pantai menghadapi tantangan korosi yang parah. Korosi laut mengurangi kapasitas menahan beban sambungan T kritis sekitar 33% hingga 45%. Penurunan kekakuan mencapai 59,76%, sedangkan kapasitas disipasi energi menurun 54,6% menjadi 62,5%. Namun, pelapis serpihan epoksi-kaca-dan pelapis seng graphene secara efektif melindungi sambungan T, mempertahankan kapasitas menahan beban yang hampir tidak berubah tanpa kegagalan pelapisan.
Implikasi Ekonomi
Biaya korosi pada instalasi PV laut cukup besar. Pembangkit listrik tenaga surya berkapasitas 5 MW yang terletak 200 meter dari pantai Atlantik Florida mengalami penurunan efisiensi sebesar 5% pada tahun pertama, dengan biaya pemeliharaan mencapai $15.000 per MW per tahun. Spesifikasi tahan korosi-yang tepat menambah 5–10% pada tagihan-biaya-bahan dimuka-kira-kira $2–4 per modul-namun premi ini terbayar dengan mencegah korosi rangka yang memerlukan penggantian modul secara penuh. Di Tiongkok, biaya korosi di seluruh industri diperkirakan mencapai 4 triliun yuan, yang mencakup 3,34% PDB, sementara perlindungan korosi yang efektif dapat memulihkan 25% hingga 40% kerugian tersebut.
Kesimpulan
Korosi akibat air laut adalah salah satu kesulitan signifikan yang dihadapi oleh pasar fotovoltaik lepas pantai dan pesisir yang berkembang pesat. Ada lebih dari satu cara untuk menjelaskan sifat masalahnya. Berbagai jenis degradasi terlihat di sini - korosi kaca, proses elektrokimia yang bekerja pada bagian logam perangkat, melemahnya bahan enkapsulasi serta melemahnya struktur perangkat itu sendiri. Industri ini menjawab tantangan tersebut dengan mengembangkan teknologi perlindungan baru menggunakan-lapisan kaca multi-lapis dan anodisasi canggih untuk selubung logam. Industri ini dibantu oleh standar internasional dalam pengujian korosi seperti IEC 61701. Seiring dengan meningkatnya volume proyek lepas pantai, penyediaan perlindungan korosi yang andal dan murah menjadi penting untuk efektivitas pembangkit listrik tenaga surya.
