อากาศทะเลส่งผลต่อระบบโซลาร์เซลล์อย่างไร

อากาศทะเลส่งผลต่อระบบโซลาร์เซลล์อย่างไร

ในภูเก็ตและพื้นที่ชายฝั่งของไทย ธรรมชาติดูเหมือนจะเอื้อต่อพลังงานแสงอาทิตย์โดยตรง ทั้งแสงแดดตลอดปีและความต้องการใช้ไฟฟ้าที่สูงในช่วงกลางวันซึ่งเป็นเวลาที่เครื่องปรับอากาศทำงาน อย่างไรก็ตาม อากาศชายฝั่งมีความเสี่ยงเฉพาะตัว ละอองเกลือโซเดียมและแมกนีเซียมร่วมกับความชื้นสูงเร่งการกัดกร่อนของโลหะ ทำลายหน้าสัมผัสทางไฟฟ้า และอาจทำให้ระบบโฟโตโวลตาอิกขัดข้องได้ บทความนี้จะอธิบายว่าอุปกรณ์ส่วนใดของระบบโซลาร์เซลล์เสี่ยงต่ออากาศที่มีเกลือมากที่สุด แนวทางวิศวกรรมใดช่วยยืดอายุระบบ และเหตุใดการรับรองอุปกรณ์สำหรับสภาพแวดล้อมชายฝั่งจึงสำคัญ

สภาพแวดล้อมทางทะเลสร้างความเสียหายอย่างไร

ละอองเกลือส่งผลอย่างไร

เมื่อคลื่นทะเลกระทบชายฝั่ง จะเกิดละอองน้ำทะเลขนาดเล็ก ลมพัดพาละอองเหล่านี้เข้าสู่แผ่นดินและตกสะสมบนพื้นผิว คราบคลอไรด์ไอออนสะสมได้แม้อยู่ห่างจากชายฝั่งหลายร้อยเมตร งานวิจัยในฮาวาย แสดงให้เห็นว่าอัตราการสะสมต่อปีแตกต่างกันมากตามลม ระยะห่างจากชายฝั่ง และภูมิประเทศ แต่แม้อยู่ห่างจากทะเลหลายกิโลเมตร การปนเปื้อนของเกลือก็อาจยังอยู่ในระดับสูง

เมื่อเกลือสัมผัสกับความชื้นสูง จะเกิดฟิล์มบางที่นำไฟฟ้าได้บนผิวโลหะ กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการกัดกร่อน อุปกรณ์ที่ได้รับผลกระทบได้แก่ กรอบแผง ระบบยึดติด สายไฟและจุดเชื่อมต่อ เสารองรับโลหะ อินเวอร์เตอร์ และกล่องพักสายไฟ

การกัดกร่อนตามซอก เป็นการกัดกร่อนที่อันตรายเป็นพิเศษ เมื่อความชื้นที่มีเกลือแทรกเข้าไปในช่องแคบใต้แหวนรอง บริเวณรอยต่อ ขั้วต่อ เกลียว และใต้ซีล น้ำในบริเวณเหล่านี้ระเหยได้ยาก เกลือค้างอยู่นาน และการกัดกร่อนเกิดเร็วขึ้น

การกัดกร่อนแบบกัลวานิก เมื่อโลหะต่างชนิดสัมผัสกันในสภาพแวดล้อมที่ชื้นและมีเกลือ อาจเกิดสิ่งที่เรียกว่าการกัดกร่อนแบบกัลวานิก อธิบายง่าย ๆ คือโลหะชนิดหนึ่งในคู่สัมผัสทำให้อีกชนิดหนึ่งถูก “กัดกิน” เรื่องนี้สำคัญอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ยึด ขั้วสาย กรอบ ข้อต่อแปลง และระบบสายดิน

อีกปัจจัยหนึ่งคืออุณหภูมิอากาศ เมื่ออุณหภูมิในแต่ละวันแตกต่างกันมาก จะเกิดการควบแน่นเป็นหยดน้ำ ซึ่งแทรกเข้าไปในอุปกรณ์และทำให้เกิดกระแสไฟรั่ว  

การกัดกร่อนมีลักษณะอย่างไร

การกัดกร่อนแสดงออกได้หลายรูปแบบ ได้แก่

• โลหะมีสีคล้ำ เป็นสีขาว หรือมีคราบเกาะ

• เกิดจุดดำ หลุมกัดกร่อน และรอยบุ๋ม

• ขอบและชิ้นส่วนที่บางค่อย ๆ บางลง

• หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเริ่มร้อนผิดปกติ

• อุปกรณ์ยึดสูญเสียความแข็งแรง

เหตุใดการกัดกร่อนจึงอันตราย

การกัดกร่อนไม่เพียงทำให้ระบบดูไม่สวยงาม แต่สิ่งสำคัญที่สุดคือความปลอดภัย

ความร้อนสูงเกินและไฟฟ้าลัดวงจร
เมื่อหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเกิดการกัดกร่อน การนำกระแสไฟฟ้าจะลดลง ทำให้ความต้านทานเพิ่มขึ้น และความต้านทานที่สูงขึ้นทำให้อุณหภูมิเพิ่มตาม ความร้อนสูงเกินก็ยิ่งเร่งการเสื่อมสภาพของหน้าสัมผัส ผลที่ตามมาอาจเป็นฉนวนหลอมละลาย ไฟฟ้าลัดวงจร ระบบบางส่วนขัดข้อง และในกรณีร้ายแรงที่สุดอาจเกิดเพลิงไหม้

อุปกรณ์ยึดสูญเสียความแข็งแรง
สลักเกลียวและชิ้นส่วนโลหะบางลง จุดยึดคลายตัว เมื่อมีลมแรงหรือพายุ โครงสร้างอาจเสียรูปหรือหลุดออกได้

ประสิทธิภาพของระบบลดลง
เมื่อหน้าสัมผัสและจุดเชื่อมต่อเสื่อมสภาพ พลังงานบางส่วนจะสูญเสียไป ระบบทำงานได้แย่ลงและผลิตไฟฟ้าได้น้อยลง

ส่วนใดของระบบโซลาร์เซลล์ได้รับผลกระทบ

อุปกรณ์ยึด: สลักเกลียว นอต แหวนรอง และแคลมป์

การกัดกร่อนและสนิมมักเกิดบริเวณเกลียวของสลักเกลียวและนอต รวมถึงจุดที่ถูกกดหนีบ อุปกรณ์ยึดสูญเสียความแข็งแรง จุดยึดอาจคลายตัว และโครงสร้างรับแรงลมและแรงสั่นสะเทือนได้น้อยลง ปัญหาอาจปรากฏหลังผ่านไปหลายฤดูกาล ซึ่งอาจตรงกับช่วงที่ระบบต้องเผชิญฤดูพายุพอดี

รางติดตั้งและโครงสร้างรองรับ

โลหะค่อย ๆ สูญเสียชั้นป้องกัน เกิดจุดกัดกร่อนบนพื้นผิว และในบริเวณที่มีสภาพแวดล้อมไม่เอื้ออำนวยจะเกิดความเสียหายเฉพาะจุดและเนื้อโลหะบางลง ส่งผลให้โครงสร้างทั้งหมดอ่อนแอลง

หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าและขั้วต่อ

ความชื้นและเกลือเข้าไปในจุดเชื่อมต่อ ทำให้เกิดคราบบนหน้าสัมผัสและลดการนำไฟฟ้า ส่งผลให้ขั้วต่อร้อนขึ้น เพิ่มความเสี่ยงที่วงจรจะขัดข้อง เกิดความร้อนสูงเกิน และฉนวนเสียหาย  

สายไฟ

ไม่เพียงตัวนำเท่านั้นที่ได้รับผลกระทบ แต่รวมถึงเปลือกหุ้มภายนอกด้วย รังสีอัลตราไวโอเลตจากแสงแดด ความร้อน ความชื้น และเกลือค่อย ๆ ทำให้ฉนวนสายไฟเสื่อม หากสายไฟหรือปลายสายได้รับการป้องกันไม่ดี การกัดกร่อนจะลุกลามไปถึงแกนตัวนำและขั้วสาย

อินเวอร์เตอร์ กล่องพักสายไฟ และตู้ไฟ

หากอากาศชื้นที่มีเกลือเข้าไปภายในตัวเครื่อง จะทำลายขั้วสาย แผงวงจร ลายวงจร และชิ้นส่วนโลหะภายในอุปกรณ์ เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง อาจเกิดหยดน้ำควบแน่นภายใน ส่งผลให้ระบบทำงานไม่เสถียร เกิดข้อผิดพลาด หยุดทำงาน สูญเสียฟังก์ชัน และอุปกรณ์เสื่อมสภาพเร็วขึ้น

ระบบสายดิน

ตัวนำสายดินและจุดเชื่อมต่อก็เกิดการกัดกร่อนได้ โดยเฉพาะเมื่อใช้วัสดุที่ไม่เหมาะสม ทำให้การป้องกันของระบบด้อยลง และระดับความปลอดภัยทางไฟฟ้าโดยรวมลดลงตามไปด้วย

วัสดุใดเหมาะกับระบบโซลาร์เซลล์ริมทะเลมากกว่า

กรอบแผงและรางติดตั้ง แนะนำให้ใช้อะลูมิเนียมอัลลอย อะลูมิเนียมทนต่อบรรยากาศทางทะเลได้มากกว่าเหล็กหลายสิบเท่า สำหรับเหล็กกล้าคาร์บอนในพื้นที่ชายฝั่ง อัตราการสูญเสียเนื้อโลหะในปีแรกอยู่ที่ 50–80 ไมครอนต่อปี และ สูงถึง 200 ไมครอน ในสภาพแวดล้อมที่กัดกร่อนรุนแรงมาก ขณะที่อะลูมิเนียมกัดกร่อนช้ากว่ามาก งานวิจัยแสดงว่าในบรรยากาศทางทะเล ชั้นการกัดกร่อนมีความหนาเพิ่มขึ้น ประมาณหนึ่งไมครอนต่อปี.

สามารถใช้เหล็กชุบสังกะสีได้ หากสารเคลือบมีคุณภาพ ออกแบบโครงสร้างอย่างเหมาะสม และสถานที่ติดตั้งไม่ได้อยู่ในบริเวณที่มีการกัดกร่อนรุนแรงที่สุดติดขอบทะเล

สลักเกลียวและอุปกรณ์ยึด ยังคงต้องทำจากเหล็ก เพราะอะลูมิเนียมมีความแข็งแรงไม่เพียงพอสำหรับงานนี้ แต่อาคารริมทะเลไม่เหมาะกับสลักเกลียวเหล็กธรรมดาจากคลังสินค้าทั่วไป สลักเกลียวและอุปกรณ์ยึดควรเป็นสเตนเลส 316 ซึ่งทนการกัดกร่อนได้ดีกว่าเหล็กชนิดอื่น ๆ  

สายไฟ ในโครงการชายฝั่งต้องมีเปลือกหุ้มภายนอกคุณภาพสูงที่ทนความชื้น เกลือ และรังสีอัลตราไวโอเลต สายไฟต้องรองรับการใช้งานกลางแจ้งระยะยาวได้  

สำหรับแกนตัวนำ ทองแดงเคลือบดีบุกป้องกันการกัดกร่อนได้ดีกว่าทองแดงทั่วไป

ขั้วต่อและจุดเชื่อมต่อ มักเป็นจุดที่ขัดข้องในระบบริมทะเล ดังนั้นไม่เพียงวัสดุของหน้าสัมผัสเท่านั้นที่สำคัญ แต่ยังรวมถึงคุณภาพของซีล การป้องกันความชื้น และการติดตั้งที่ถูกต้อง ควรใช้ขั้วต่อ PV ที่ผ่านการรับรองและมีความสามารถในการปิดผนึกสูง

ตัวเรือนอินเวอร์เตอร์และกล่องต่าง ๆ ต้องปิดผนึกแน่นหนา พร้อมการป้องกันการกัดกร่อนที่ดีและระดับ IP ที่เหมาะสม หากตัวเรือนปล่อยให้อากาศชื้นที่มีเกลือเข้าไป อุปกรณ์ภายในจะเสื่อมสภาพเร็วขึ้นมาก

มาตรฐานใดที่ลูกค้าควรรู้จัก

คุณไม่จำเป็นต้องเข้าใจมาตรฐานและการรับรองอย่างลึกซึ้ง แต่ส่วนนี้จะช่วยให้ถามผู้รับเหมาได้ตรงประเด็น

IEC 61701

นี่คือมาตรฐานหลักสำหรับ โมดูลโซลาร์เซลล์ซึ่งบ่งบอกว่าแผงได้ผ่านการทดสอบความทนทานต่อบรรยากาศทางทะเลหรือไม่

IEC 60068-2-52

เป็นมาตรฐานการทดสอบด้วยละอองเกลือแบบวัฏจักร ใช้ประเมินความทนทานต่อการกัดกร่อนของ อุปกรณ์ยึด โครงสร้างติดตั้ง ตัวเรือนอุปกรณ์ และจุดเชื่อมต่อทางไฟฟ้า

IEC 62930

หนึ่งในมาตรฐานสำคัญสำหรับ สายไฟมาตรฐานนี้สำคัญเพราะสายไฟในระบบ PV ต้องใช้งานกลางแจ้งหลายปี และต้องคงความปลอดภัยรวมถึงสมรรถนะในการทำงานภายใต้สภาวะที่รุนแรง

ISO 9223

มาตรฐานนี้ไม่ได้ใช้จำแนกอุปกรณ์ แต่ใช้จำแนก ความรุนแรงของการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมช่วยให้เข้าใจว่าสภาพแวดล้อมที่ระบบของคุณต้องทำงานนั้นรุนแรงเพียงใด ซึ่งจะส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์ด้วย

CE, TÜV, TISI

การรับรองเหล่านี้ยืนยันว่าอุปกรณ์ผ่านการตรวจสอบด้านความปลอดภัยและเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพสากล

คำถามที่ควรถามผู้รับเหมาก่อนทำสัญญา

1. การเลือกอุปกรณ์ของระบบคำนึงถึงลักษณะภูมิอากาศชายฝั่งหรือไม่?

2. แผงเหมาะสำหรับพื้นที่ชายฝั่งและผ่านการทดสอบตาม IEC 61701 หรือไม่?

3. ระบบติดตั้งใช้วัสดุอะไร: อะลูมิเนียมหรือเหล็ก?

4. อุปกรณ์ยึดที่ใช้เป็นแบบธรรมดาหรือสเตนเลส 316?

5. ใช้สายไฟทองแดงเคลือบดีบุกหรือไม่?

6. ระบบใช้ขั้วต่อชนิดใด และปิดผนึกได้แน่นหนาเพียงใด?

7. อินเวอร์เตอร์และกล่องพักสายไฟมีการป้องกันอากาศชื้นที่มีเกลืออย่างไร?

8. บริษัทให้บริการบำรุงรักษาอะไรบ้าง: การตรวจสภาพ การล้าง และการตรวจสอบจุดเชื่อมต่อ?

สรุป

ในภาคใต้ของไทย ภูมิอากาศเองถือเป็นปัจจัยทางวิศวกรรม เกลือ ความชื้น และหยดน้ำควบแน่นค่อย ๆ ทำลายโลหะและหน้าสัมผัส ทำให้เกิดผลเสียได้หลายด้าน ทั้งอุปกรณ์ยึดคลายตัว ความแข็งแรงของโครงสร้างลดลง ขั้วต่อร้อน และสายไฟเสื่อมเร็วขึ้น ส่วนไฟฟ้าของระบบมีความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยลดลง สำหรับบ้าน วิลล่า โรงแรม หรือร้านอาหารริมทะเล การออกแบบระบบโซลาร์เซลล์โดยคำนึงถึงภูมิอากาศทางทะเลจึงเป็นเรื่องสำคัญ

‍