Korozyjność materiałów i połączeń – co naprawdę niszczy konstrukcje PV?

Co naprawdę powoduje korozję konstrukcji PV?

Najbardziej oczywistym substratem jest wilgotność. To pierwszy i najważniejszy czynnik przyspieszający korozję. Co ważne, chodzi o jej obecność nie tylko w powietrzu, ale i w gruncie. Wysoka wilgotność, mgły, kondensacja pary wodnej na zimnych elementach – to wszystko sprzyja procesom elektrochemicznym, które niszczą powłoki ochronne. 

„Im bardziej wilgotne powietrze, tym środowisko bardziej korozyjne. Kluczowa jest też kondensacja pary wodnej na elemencie” – wyjaśnia dr Wojciech Rejmer, adiunkt na Wydziale Nauk Technicznych Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie.

Rola wilgoci w powstawaniu korozji jest oczywista dla większości osób. Jednak już mniejsza grupa zdaje sobie sprawę z także dużej roli zanieczyszczeń przemysłowych i komunalnych. Korozję znacznie przyspieszają tlenki siarki (SOx) i azotu (NOx), obecne w powietrzu w okolicach hut i elektrociepłowni, spalarni i fabryk, a także gęsto zaludnionych osiedli z piecami węglowymi.

Reimer zwraca uwagę, że w połączeniu z wilgocią tworzą się kwasy tlenowe (np. siarkowy, azotowy) – wysoce agresywne dla stali i jej powłok.

„W kontakcie z wilgocią powstają kwasy tlenowe, które są jednymi z najbardziej agresywnych związków dla stali” – zaznacza Wojciech Reimer.

Dużym zagrożeniem jest także zasolenie, z którym można się zetknąć nie tylko w morskich warunkach. Powszechnie wiadomo, że instalacje w pobliżu morza są narażone na korozję przez związki chloru. Mało kto zdaje sobie jednak sprawę, że rzeki i zbiorniki wodne mogą być zasolone wskutek zrzutów przemysłowych. Co więcej, obszary zalewowe i grunty podmokłe kumulują sole w glebie. Nawet woda deszczowa z dachów w miastach potrafi zawierać agresywne jony.

„W Polsce zasolenie może pojawić się nawet w rzekach, co wiemy z kryzysu na Odrze. Tam chlorki osiągały stężenia wyższe niż w Bałtyku” – wspomina Wojciech Reimer.

Korozja galwaniczna – czyli pułapka różnic potencjałów

W instalacjach fotowoltaicznych często stosuje się połączenia różnych materiałów, takich jak stal ocynkowana, aluminium (na przykład w postaci klem) oraz stal nierdzewna (stosowana m.in. do śrub i podkładek). Z punktu widzenia elektrochemii takie zestawienia mogą stanowić potencjalne źródło korozji galwanicznej – zjawiska, w którym jeden z metali oddaje elektrony, stając się anodą, podczas gdy drugi pełni rolę katody i pozostaje chroniony, co prowadzi do przyspieszonej degradacji materiału o niższym potencjale elektrochemicznym.

„Jeżeli mamy do czynienia ze środowiskiem wilgotnym, tworzy się ogniwo, które przyspiesza korozję elementu o niższym potencjale” – tłumaczy doktor Reimer.

Z punktu widzenia elektrochemicznego różne materiały konstrukcyjne charakteryzują się odmienną podatnością na korozję galwaniczną, która wynika z ich potencjału elektrochemicznego. Im wyższy potencjał, tym materiał jest mniej podatny na oddawanie elektronów, a więc mniej narażony na korozję w zestawieniu z innymi metalami. Największą odporność wykazuje stal nierdzewna, nieco niższą – aluminium, a najbardziej podatny na korozję jest ocynk. Choć dodanie domieszek aluminium i magnezu do powłok cynkowych ma na celu zmniejszenie tej różnicy potencjałów i poprawienie trwałości powłoki, to – jak podkreślają eksperci – wpływ ten jest minimalny i w praktyce nie eliminuje ryzyka powstawania korozji galwanicznej, szczególnie w środowiskach wilgotnych lub zasolonych. Zmiana potencjału przy domieszkach to różnica o setne wolta – bardzo mała. W praktyce nie zmienia to ryzyka galwanicznego w sposób znaczący.

Biały nalot to nie problem. Ale brązowy – już tak.

Instalatorzy często zauważają biały nalot na elementach metalowych – szczególnie po kilku miesiącach. To naturalna warstwa tlenków lub wodorotlenków aluminium i magnezu, która działa ochronnie, buforując pH powierzchni.

„To są wodorotlenki – naturalna warstwa ochronna, która nie jest problemem. Problemem jest dopiero brązowy nalot – tlenki żelaza, czyli rdza” – zwraca uwagę Wojciech Reimer.

Jeśli widzimy rdzę w odcieniu brunatnym lub pomarańczowym – oznacza to, że została naruszona główna struktura nośna, a nie tylko powłoka.

Badania Enzeit Technik: jak wygląda walka z korozją w praktyce?

Firma Enzeit Technik, wspólnie z naukowcami z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego, prowadzi zaawansowane badania odporności powłok, które wykraczają poza standardy branżowe. W ramach takich badań należy wyróżnić dwa podejścia testowe:

1. Komora mgły solnej – zgodna z normą ISO 12944. Symuluje wpływ neutralnych chlorków w środowisku wilgotnym.
   
2. Badania elektrochemiczne – bardziej szczegółowe, odwzorowujące m.in. środowiska kwaśne, przemysłowe, zakwaszone gleby. Pozwalają mierzyć utratę masy w czasie rzeczywistym.
   

„Komora solna pokazuje odporność na chlorki, ale rzeczywistość jest bardziej złożona. Dlatego testujemy też siarczki, siarczany i środowiska kwaśne” – wspomina Reimer.

Co ważne, na podstawie tych badań Enzeit może samodzielnie udzielać rozszerzonych gwarancji na perforację powłoki, bez konieczności czasochłonnych analiz gleby w laboratoriach zewnętrznych.

Praktyczne wnioski dla projektanta i inwestora

Aby skutecznie uniknąć problemów korozyjnych w instalacjach fotowoltaicznych, należy przede wszystkim unikać łączenia różnych metali – zwłaszcza w środowiskach wilgotnych i zasolonych, gdzie ryzyko korozji galwanicznej znacząco wzrasta. 

Kluczowe jest także precyzyjne dopasowanie rodzaju powłoki ochronnej do rzeczywistej klasy korozyjności środowiska, zgodnie z normami, np. C3–C5 według klasyfikacji ISO. Zalecane jest stosowanie nowoczesnych powłok domieszkowanych aluminium i magnezem, które nie tylko zmniejszają zużycie materiału, ale również wykazują efekt samozabliźniania, chroniąc powierzchnię nawet po jej mechanicznym uszkodzeniu. 

Szczególną uwagę należy zwrócić na miejsca najbardziej narażone na korozję, takie jak przecięcia, złącza oraz spawy. Niezwykle istotna jest również edukacja wykonawców – dotycząca konieczności zabezpieczania elementów po wbijaniu, szybkiego usuwania ognisk rdzy oraz stosowania farb naprawczych zgodnie z zaleceniami producenta. 

Warto dodać, że firmy prowadzące własne badania – jak Enzeit Technik – zyskują istotną przewagę konkurencyjną: mogą szybciej udzielać gwarancji na powłoki bez konieczności przeprowadzania pełnej analizy chemicznej gruntu, trafnie dobierać rodzaj zabezpieczenia do lokalizacji (np. w strefach nadmorskich), a także doradzać inwestorom w zakresie wyboru materiałów łączników i optymalnej konfiguracji konstrukcji.

Korozja to nie mit, a jedno z głównych zagrożeń dla trwałości instalacji PV. Co więcej, może wystąpić w warunkach, które na pierwszy rzut oka wydają się neutralne.

Nowoczesne podejście do ochrony antykorozyjnej – poprzez:

• wybór odpowiednich powłok,
• unikanie niebezpiecznych połączeń materiałowych,
• i stosowanie wniosków z badań elektrochemicznych – to dziś standard profesjonalnego inwestora.

W kolejnej części przyjrzymy się, jak jakość konstrukcji wpływa na rentowność inwestycji PV – i jakich kosztów można uniknąć, podejmując decyzje mądrze, a nie najtaniej.

Źródło: Warsztat OZE GLOBENERGIA

Materiał sponsorowany marki Enzeit Technik