稀土耐候（耐蝕）鋼在光伏系統(tǒng)中的應(yīng)用
鋼鐵材料的耐大氣腐蝕是一個與介質(zhì)、溫度、時間、空間、地域等因素相關(guān)的非常復(fù)雜的問題。?
因為如果支架材料發(fā)生金屬腐蝕，改變金屬其原有的穩(wěn)定特性，在整個光伏支架系統(tǒng)中板材本身及接合部的強度便會降低，極易遭受自然環(huán)境等各類因素產(chǎn)生的破壞，從而造成直接經(jīng)濟(jì)損失。?
我國于 2014 年才全面啟動鋼材腐蝕調(diào)查工作，通過研究 2014 年我國的鋼材腐蝕總成本包括腐蝕帶來的損失和防腐蝕投入，約占當(dāng)年GDP 的 3.34%，總額超 2.1 萬億人民幣，這個數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自然災(zāi)害、各類事故損失的總和，相當(dāng)于每個中國人當(dāng)年承擔(dān) 1555 多元的腐蝕成本。2014 年至今，我國 GDP 總量在增加，而我國的鋼材腐蝕總成本也基本按照當(dāng)年 GDP 的 4%在增加。全國 2018 年平均每秒腐蝕鋼材 28 噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3.6 萬億;2019 年平均每秒腐蝕鋼材 29 噸，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)4 萬億;《中國腐蝕調(diào)查報告》 (2003 版) 中分析，中國石油工業(yè)的金屬腐蝕損失每年約 100 億人民幣，汽車工業(yè)的金屬腐蝕損失約為300 億人民幣，化學(xué)工業(yè)的金屬腐蝕損失也約為 300 億人民幣，這些數(shù)字均不包括間接損失。
通過對公路橋梁、港口碼頭、水利工程、海洋平臺等 30 個行業(yè)的研究，重點圍繞基礎(chǔ)設(shè)施、交通運輸、能源、水環(huán)境、生產(chǎn)制造及公共事業(yè)等領(lǐng)域腐蝕狀況開展調(diào)查研究，在廣泛深入調(diào)查研究基礎(chǔ)上獲取了大量全國腐蝕成本數(shù)據(jù)。鋼材每腐蝕減薄 1 毫米，其強度會下降 5%至 10%。不是說這塊金屬腐蝕完了才會發(fā)生破壞，當(dāng)壁厚因腐蝕減薄到一定程度，在載荷或壓力等作用下，就可能會發(fā)生破壞事故。?
我國鋼材防腐，主要是酸洗鍍鋅，或噴涂防腐漆，這樣不僅增加生產(chǎn)成本，同時也給當(dāng)?shù)乜諝?、土壤、水帶來巨大污染，?yán)重破壞生態(tài)環(huán)境! 嚴(yán)重危害當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】??
隨著鋼精煉與凝固方式的改變，一種被稱為“工業(yè)維生素”的合金，即稀土合金受到了廣泛關(guān)注。
稀土原子化學(xué)性質(zhì)具備活潑、結(jié)合力強等特性，將稀土添加到鋼中可起到改善凝固組織、細(xì)化固態(tài)相變組織、使夾雜物變形無害化、偏聚強化界面、鈍化表面銹層等作用，從而顯著提高鋼的韌性、耐蝕性能、抗疲勞性能、耐熱性能等。 耐候鋼由普碳鋼添加少量銅、鎳等耐腐蝕元素而成，具有優(yōu)質(zhì)鋼的強韌、塑延、成型、焊割、磨蝕、高溫、抗疲勞等特性;耐候性為普碳鋼的 2一10 倍，涂裝性為普碳鋼的 1.5一10 倍。
耐候鋼主要用于建筑、鐵道、車輛、橋梁、塔架、光伏支架、市政、高速工程等長期暴露在大氣中使用的鋼結(jié)構(gòu)。可用于制造集裝箱、鐵道車輛、石油井架、海港建筑、采油平臺及化工石油設(shè)備中含硫化氫腐蝕介質(zhì)的容器等。?
“林光互補”項目
????????中電合浦烏家鎮(zhèn)“林光互補”光伏發(fā)電項目，位于廣西壯族自治區(qū)北海市合浦縣，為生態(tài)林業(yè)光伏大棚發(fā)電項目。項目光伏組件選用單晶硅電池組件，采用耐候鋼光伏支架，固定式光伏陣列最佳傾角（15°）安裝在木材晾曬大棚頂上。逆變器選用組串式逆變器。光伏電站內(nèi)設(shè)28個光伏發(fā)電子系統(tǒng)，通過35 kV集電線路接入110 kV升壓站，經(jīng)1臺50 MVA主變壓器升壓至110 kV后，以一回110 kV線路接入北海電網(wǎng)，太陽能光伏電站發(fā)出的電量直接上網(wǎng)。電站總裝機容量為50MW，分兩期建設(shè)，一期建設(shè)20MW，二期建設(shè)30MW，一、二期工程投資概算3.51億元。兩期建成后年均發(fā)電量約為3717.14萬kW·h，每年可節(jié)約標(biāo)煤21947噸。
????????該工程實施后將推動綠色林業(yè)生產(chǎn)，真正實現(xiàn)林產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的林業(yè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化。中電合浦烏家鎮(zhèn)“林光互補”光伏發(fā)電項目作為清潔能源項目的新航標(biāo)，將引領(lǐng)新能源發(fā)展方向，為“一帶一路”建設(shè)發(fā)揮重要作用。
????????耐候鋼光伏支架利用耐候鋼耐腐蝕性，在降低光伏支架成本的同時還能減少鍍鋅污染，縮短生產(chǎn)周期，使工程工期得到了有力的保障，解決了傳統(tǒng)支架的短板。
?耐候鋼性能評價實驗?
????????通常稀土耐候耐蝕鋼的服役環(huán)境分為4種，分別是戶外裸露、戶外防護(hù)裸露、室內(nèi)裸露及持續(xù)潮濕裸露。與傳統(tǒng)耐候鋼的耐蝕評價方法相似，稀土耐候耐蝕鋼的耐蝕性能評價試驗方法主要包括戶外大氣暴曬試驗與室內(nèi)加速腐蝕試驗兩大類。
1.大氣暴曬試驗
????????稀土耐候耐蝕鋼最經(jīng)典的耐蝕性能評價方法是大氣暴曬試驗。根據(jù)鋼材的服役環(huán)境，在不同地區(qū)進(jìn)行真實氣候長期暴曬試驗。由于實際結(jié)構(gòu)件很難進(jìn)行破壞性取樣，通常采用的是掛片試驗，即與結(jié)構(gòu)件在同一工況條件下同時進(jìn)行戶外大氣暴曬。試驗后，對掛片試樣的表面銹蝕形貌、銹層氧化物的形成及轉(zhuǎn)變進(jìn)行深入研究，分析稀土耐候耐蝕鋼的耐蝕性能。盡管試驗周期長，但相比于室內(nèi)加速腐蝕試驗，戶外大氣暴曬試驗更能真實反映不同鋼的耐蝕性能差異。
????????耐候鋼裸露在大氣環(huán)境下，最初會形成與普碳鋼一樣的銹層，但經(jīng)過3~5a的環(huán)境腐蝕，靠近基體的銹層不斷溶解再析出形成較為致密的非晶態(tài)羥基氧化物。最終經(jīng)過多年后，耐大氣腐蝕鋼形成穩(wěn)定的銹層，其中起主要保護(hù)作用的內(nèi)銹層是富集了Cr、Cu、Ni、P等元素的α-FeOOH。
2.室內(nèi)加速腐蝕試驗
????????由于大氣暴露試驗中穩(wěn)定化銹層的生成通常需要數(shù)年時間，鋼材的耐蝕評價周期過長，因此常采用室內(nèi)加速腐蝕試驗對稀土耐候耐蝕鋼及其配套連接材料的耐蝕性能進(jìn)行評價。室內(nèi)加速腐蝕試驗主要包括電化學(xué)腐蝕試驗、鹽霧腐蝕試驗、周期浸潤腐蝕試驗等。
????????稀土耐候鋼光伏支架利用耐候鋼耐腐蝕性，在降低光伏支架成本的同時還能減少鍍鋅污染，縮短生產(chǎn)周期，使工程工期得到了有力的保障，解決了傳統(tǒng)支架的短板。稀土耐候鋼光伏支架不論是曠野、山坡，還是海邊灘涂等使用環(huán)境，表面的劃傷、磕碰，材料自身會自動修復(fù).自動形成保護(hù)層，免除后期維護(hù)，不需要儲備部件、部品，不增加運營維護(hù)成本。使用壽命承諾不少于 70 年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光伏電站項目的設(shè)計壽命期。光伏支架退役后，幾乎對材料的使用性能沒有影響。
????????因此，稀土耐候耐蝕鋼可用于取代鍍鋅鋼，廣泛用于鋼結(jié)構(gòu)裝配式民居、耐蝕地螺絲、外掛裝飾裝修框架、集裝箱移動房、廠房式實驗室建筑等。低成本稀土合金化技術(shù)的成果推廣對綠色化可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
