การเก็บเกี่ยวดวงอาทิตย์ในทะเลหลวง: การฝึกฝนสเปรย์เกลือและพายุสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่ง

ลองนึกภาพฟาร์มโซล่าร์ที่ขึ้นๆ ลงๆ ตามกระแสน้ำ แผงระบายความร้อนด้วยน้ำทะเลด้านล่าง สร้างกระแสไฟฟ้าในขณะที่คลื่นซัดตัวลอย นี่ไม่ใช่แนวคิดแห่งอนาคต-แต่เป็นความจริงอยู่แล้ว ในเดือนกรกฎาคม ปี 2025 Sinopec ได้เริ่มดำเนินการโครงการเซลล์แสงอาทิตย์นอกชายฝั่งลอยน้ำเชิงพาณิชย์แห่งแรกของจีนในสภาพแวดล้อมน้ำทะเล-ที่สมบูรณ์นอกชายฝั่งชิงเต่า สถานีขนาด 7.5 เมกะวัตต์ ซึ่งครอบคลุมพื้นที่ 60,000 ตารางเมตร แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบที่น่าทึ่ง เนื่องจากผลกระทบจากการระบายความร้อนของน้ำทะเล ทำให้ประสิทธิภาพในการผลิตไฟฟ้าของสถานีสูงกว่าการติดตั้งบนบกที่เทียบเท่าถึง 5-8%

การสร้างโซลาร์ฟาร์มนอกชายฝั่งไม่ใช่เรื่องง่ายเหมือนกับการวางแผงบนอุปกรณ์ลอยน้ำ เนื่องจากฟาร์มเหล่านี้ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายที่สุดสำหรับการผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งก็คือในมหาสมุทร Van Hua (ผู้จัดการโครงการของ SGS ซึ่งเป็นองค์กรออกใบรับรอง/ทดสอบชั้นนำ) กล่าวว่า "มีความท้าทายอย่างต่อเนื่องมากมายที่ต้องพิจารณาเมื่อสร้างแผงโซลาร์เซลล์นอกชายฝั่ง เช่น การกัดกร่อนของสเปรย์เกลือ ความชื้น/ความชื้นสูง อุณหภูมิสุดขั้ว ลมแรง ความเครียดทางกล และการสัมผัสรังสียูวี" ในขณะที่ยังคงพัฒนานอกชายฝั่งต่อไป วิศวกรก็มีส่วนร่วมในการต่อสู้กับการกัดกร่อน ความชื้น และการปนเปื้อนทางชีวภาพ การต่อสู้ครั้งนี้จะตัดสินว่าพลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่งสามารถผลิตศักยภาพสูงสุดได้หรือไม่

 

 

เพื่อให้เข้าใจว่าแผงโซลาร์เซลล์ทำงานในทะเลได้ยากเพียงใด ให้ลองนึกถึงสิ่งที่เกิดขึ้นกับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์นอกชายฝั่งทั่วไป ตัวอย่างเช่น แผงโซลาร์เซลล์ถูกปกคลุมด้วยหมอกน้ำเกลือ-อย่างต่อเนื่อง ระดับความชื้นเกือบ 100% คลื่นซัดใส่ทั้งโครงสร้างที่ลอยอยู่และสมอที่ยึดสิ่งเหล่านั้นไว้ พื้นผิวใต้น้ำของทุ่นและโครงสร้างใดๆ ที่จมอยู่ใต้น้ำจะถูกกินโดยสิ่งมีชีวิตใต้ทะเลเพื่อค้นหาสถานที่ที่จะเกาะติดกับตัวมันเอง และทั้งหมดนี้จะต้องเกิดขึ้นพร้อมกับจ่ายไฟฟ้าที่เชื่อถือได้จากแผงโซลาร์เซลล์เป็นเวลาอย่างน้อย 25 ปี!

การกัดกร่อนเป็นภัยคุกคามหลัก น้ำเค็มเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่ดีเยี่ยม ซึ่งช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าซึ่งจะกัดกร่อนกรอบโลหะ ขั้วต่อ และโครงสร้างยึด แต่ความเสียหายกลับลึกลงไปอีก ในการทดสอบสเปรย์เกลือมาตรฐานที่ดำเนินการเพื่อการรับรองทางทะเล ส่วนประกอบจะต้องทนต่อการสัมผัสหมอกเกลือระดับ 8- ในกลุ่มการจำแนกประเภทที่รุนแรงที่สุด หากไม่มีการป้องกันที่เหมาะสม การกัดกร่อนอาจแทรกซึมเข้าไปในกล่องรวมสัญญาณ ทำให้หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเสื่อมลง และทำให้ระบบล้มเหลวในที่สุด

การซึมผ่านของความชื้นก็ร้ายกาจไม่แพ้กัน ไอน้ำสามารถทะลุผ่านสารห่อหุ้มโมดูล ทำให้เกิด-การย่อยสลาย (PID) และการกัดกร่อนของการเคลือบโลหะของเซลล์ ในระหว่างการสำรวจพายเรือในมหาสมุทรแอตแลนติกที่ 44 ตะวันตก ซึ่ง SGS ได้ทดสอบแผงโซลาร์เซลล์ที่มีไว้สำหรับ-การใช้งานในมหาสมุทรเปิด วิศวกรได้จำลองสถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุด-โดยการจุ่มแผงทั้งหมดลงในน้ำเค็มที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าในขณะที่ใช้ไฟฟ้าแรงสูง เป้าหมาย: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแม้ว่าคลื่นจะพัดผ่านระบบ ก็ไม่มีไฟฟ้ารั่วที่เป็นอันตราย

การปนเปื้อนทางชีวภาพหมายถึงการสะสม-สิ่งมีชีวิตในทะเล เช่น เพรียงและสาหร่าย บนพื้นผิวที่จมอยู่ใต้น้ำ การปนเปื้อนทางชีวภาพไม่เพียงแต่เพิ่มน้ำหนักและความเครียดส่วนเกินให้กับโครงสร้างที่ลอยอยู่เท่านั้น นอกจากนี้ยังสามารถแรเงาแผงหรือส่งเสริมการกัดกร่อนเฉพาะที่ ตามเนื้อผ้า สีกันเพรียงที่ใช้ในการต่อสู้กับการปนเปื้อนทางชีวภาพเคยทำจากสารกำจัดศัตรูพืชที่ก่อให้เกิดผลกระทบเชิงลบต่อระบบนิเวศทางทะเล และสร้างความขัดแย้งด้านสิ่งแวดล้อมสำหรับโครงการที่วางตลาดว่าเป็นสีเขียว

เพื่อตอบสนองความท้าทายเหล่านี้ ผู้ผลิตจึงทบทวนวิธีการสร้างแผงเซลล์แสงอาทิตย์โดยพื้นฐานใหม่ โมดูลนอกชายฝั่ง HT Series ของ HY SOLAR ซึ่งได้รับการรับรอง 2PfG 2930/02.23 ของ TÜV Rheinland- ซึ่งเป็นมาตรฐานแรกของโลกสำหรับ-ความน่าเชื่อถือของระบบ PV ใกล้ชายฝั่ง- มีการป้องกันหลายชั้น

กระจกด้านหน้าได้รับการเคลือบ-ป้องกันแสงสะท้อน-สองชั้นซึ่งไม่เพียงแต่ปรับปรุงการส่งผ่านแสง แต่ยังสร้างเกราะป้องกันความชื้นอีกด้วย เฟรมอะลูมิเนียม ซึ่งโดยทั่วไปจะชุบอโนไดซ์ตามมาตรฐาน AA10 สำหรับการติดตั้งภาคพื้นดิน- ได้รับการอัปเกรดเป็น AA20 ซึ่งเพิ่มความหนาของชั้นออกไซด์ป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสองเท่า สำหรับสารห่อหุ้ม-โพลีเมอร์ที่เชื่อมเซลล์กับแก้ว-ผู้ผลิตกำลังเปลี่ยนจากโครงสร้าง EVA มาตรฐานเป็น EPE+EPE ซึ่งมีความต้านทานต่อปริมาตรและคุณสมบัติกั้นความชื้นที่เหนือกว่า

ตัวเชื่อมต่อซึ่งมักเป็นจุดอ่อนที่สุดในสภาพแวดล้อมทางทะเลกำลังได้รับความสนใจเป็นพิเศษ วงแหวนซีลสองชั้น ปลั๊กป้องกัน และท่อหดเย็น-จะสร้างกำแพงสำรองจากน้ำและหมอกเกลือ การออกแบบบางแบบมีเจลที่ไม่ชอบน้ำซึ่งจะปิดกั้นความชื้นไม่ให้สัมผัสกับหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า

นอกจากโครงสร้างแบบลอยตัวแล้ว โครงสร้างแบบลอยตัวยังต้องใช้เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมอีกด้วย ตัวอย่างเช่น TECNALIA (ศูนย์วิจัย) ในโครงการ PV ของ Natursea- กำลังสร้างโครงสร้างลอยน้ำที่ได้รับแรงบันดาลใจจากการออกแบบแผ่นลิลลี่ แม้ว่าโครงสร้างเหล่านั้นจะถูกสร้างขึ้นจากคอนกรีตเชิงนิเวศ-สูง-ประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษ-ซึ่งมีการปล่อยก๊าซคาร์บอนน้อยกว่ามาก โครงสร้างลอยน้ำเหล่านี้ยังมีสารเคลือบกันเพรียงทางชีวภาพ-ซึ่งทำจากสารประกอบที่ได้มาจากชีวมวลที่จะป้องกันการปนเปื้อนทางชีวภาพโดยไม่ต้องใช้สารกำจัดศัตรูพืชที่เป็นพิษ ในเดือนธันวาคม 2025 ต้นแบบขนาดเต็ม-ของโครงสร้างลอยน้ำนี้ได้รับการติดตั้งที่ศูนย์วิจัยทางทะเล Mutriku ของ TECNALIA (สิ่งอำนวยความสะดวกประเภทเดียวในโลก) เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของโครงสร้าง ความทนทาน และประสิทธิภาพการใช้พลังงานของโครงสร้างลอยน้ำในสภาพทางทะเลที่เกิดขึ้นจริง

การเลือกใช้วัสดุมีชัยเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น วิศวกรยังกำลังทบทวนวิธีกำหนดค่าระบบเพื่อลดการสัมผัสและเพิ่มอายุการใช้งานให้ยาวนานที่สุด

มีเทคโนโลยีการห่อหุ้มจำนวนเพิ่มมากขึ้น เนื่องจากหลายคนกำลังสำรวจการใช้ซิลิโคนเป็นสารประกอบสำหรับการปลูก ซึ่งช่วยให้เป็นฉนวนที่สมบูรณ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ผู้ผลิตยังกำลังออกแบบกล่องรวมสัญญาณใหม่เพื่อให้มีซีลกันน้ำ ระบบระบายน้ำในตัว- และตัวเรือนที่ทนต่อการกัดกร่อน

ตัวเลือกที่เป็นไปได้อื่นๆ สำหรับส่วนประกอบที่จมอยู่ใต้น้ำคือระบบป้องกัน cathodic (CP) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการขนส่งเพื่อป้องกันการกัดกร่อน ระบบ CP ทำงานโดยการเชื่อมต่อชิ้นส่วนโลหะที่จมอยู่ใต้น้ำกับขั้วบวกแบบบูชายัญที่ทำจากสังกะสีหรืออะลูมิเนียม เพื่อให้โลหะที่จมอยู่ใต้น้ำจะกัดกร่อนไปทาง (และด้วยเหตุนี้จึงได้รับการปกป้องจากการกัดกร่อนโดย) แอโนดแบบบูชายัญ และแอโนดแบบบูชายัญจะละลายเมื่อเวลาผ่านไป

ระบบ Anchoring System ได้รับการออกแบบมาเพื่อยึดและรองรับโครงสร้างที่จมอยู่ใต้น้ำซึ่งอยู่บนพื้นมหาสมุทร ความสามารถในการยึดของพุกได้รับการทดสอบภายใต้สภาวะลมที่ระดับ 13 (ความสูงของพายุไต้ฝุ่น) และสำหรับช่วงน้ำขึ้นน้ำลง 3.5 เมตร รวมทั้งลดต้นทุนโดยรวมในการพัฒนาเมื่อเปรียบเทียบกับฐานรากเสาเข็มแบบตายตัวประมาณ 10%

ก่อนที่จะสามารถติดตั้งระบบสุริยะนอกชายฝั่งได้ ระบบดังกล่าวจะต้องพิสูจน์ตัวเองในห้องปฏิบัติการเสียก่อน ระเบียบวิธีการทดสอบสำหรับคณะสำรวจ 44west มีคำแนะนำ:

การตรวจสอบด้วยสายตาตรวจสอบรอยแตกร้าว การหลุดล่อน หรือข้อบกพร่องของการซีลที่อาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของการกัดกร่อน

การทดสอบความต้านทานของฉนวนตรวจสอบว่าไม่มีกระแสไฟฟ้าที่เป็นอันตรายรั่วจากวงจรภายในสู่เฟรม

การทดสอบกระแสรั่วไหลแบบเปียกจุ่มแผงลงในน้ำเค็มพร้อมกับใช้ไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งเป็นการจำลองสภาพมหาสมุทรที่เลวร้ายที่สุด-

การทดสอบการกัดกร่อนของละอองเกลือทำให้ส่วนประกอบสัมผัสกับหมอกเกลือเข้มข้นเป็นระยะเวลานาน

การทดสอบโหลดทางกลยืนยันว่าโครงสร้างสามารถทนแรงลม คลื่น และแรงสั่นสะเทือนได้

ผลลัพธ์จากการทดสอบอย่างเข้มงวดสร้างความเชื่อมั่นว่าพลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่งสามารถส่งมอบได้ตามคำมั่นสัญญา Van Hua ตั้งข้อสังเกตว่า "การรับรองคุณภาพและความทนทานของแผงโซลาร์เซลล์ช่วยยืดอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ ลดอัตราความล้มเหลว และลดต้นทุนโดยรวมของระบบพลังงานสะอาด"

ด้วยตระหนักถึงความสำคัญเชิงกลยุทธ์ของพลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่ง หน่วยงานมาตรฐานของจีนจึงกำลังเดินหน้าสร้างแนวปฏิบัติทางเทคนิคที่ชัดเจน ความพยายามระดับชาติที่กำลังดำเนินอยู่ในการสร้าง "ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการควบคุมการกัดกร่อนในระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์นอกชายฝั่ง" ซึ่งพัฒนาโดยสถาบันที่ปรึกษาวิศวกรรมพลังงานไฟฟ้าซานตงในเบื้องต้น กำลังดำเนินการอยู่ โครงการริเริ่มนี้เกี่ยวข้องกับผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น LONGi, Huawei และสถาบันวิจัยหลายแห่งที่มีส่วนร่วมในการจัดตั้งโครงการมาตรฐานแห่งชาตินี้ และต่อมาจะได้รับการพัฒนาเป็นเอกสารที่จะเผยแพร่เร็วๆ นี้

พลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่งกำลังเปลี่ยนจากการเป็นแนวคิดเชิงทดลองไปสู่การเป็นอุตสาหกรรมที่ถูกกฎหมาย โดยขณะนี้โครงการพลังงานแสงอาทิตย์นอกชายฝั่งกำลังดำเนินการและมีมาตรฐานที่เข้มงวดมากขึ้น โครงการ Sinopec ผลิตพลังงานหมุนเวียนได้ 16.7 ล้านกิโลวัตต์ชั่วโมงต่อปี โดยแทนที่การปล่อยก๊าซคาร์บอนจากชั้นบรรยากาศ 14,000 ตัน และมีแผนที่จะขยายกำลังการผลิตเป็น 23 เมกะวัตต์

แม้ว่าจะมีความท้าทายหลายประการที่บริเวณชายฝั่งต้องเผชิญเนื่องจากการสัมผัสกับน้ำเค็ม พายุ และลม; ผ่านวัสดุที่เป็นนวัตกรรม การออกแบบที่ชาญฉลาด และการทดสอบอย่างกว้างขวาง อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ได้พัฒนาวิธีการที่จะประสบความสำเร็จในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ผืนดินบรรจบกับมหาสมุทร เป็นผลให้พลังงานแสงอาทิตย์ได้เปิดแหล่งทรัพยากรหมุนเวียนใหม่เพื่อรองรับพื้นผิวโลกมากถึง 71% ที่ถูกปกคลุมด้วยมหาสมุทร