Naprave za sončno energijo na morju in plavajoče sončne elektrarne so doživele hitro rast, saj razvijalci poskušajo izkoristiti premalo izkoriščene vodne površine in zmanjšati konkurenco na kopnem. Trg plavajočih sončnih elektrarn je bil leta 2024 ocenjen na 7,7 milijarde USD in naj bi v prihodnjem desetletju vztrajno rasel, kar bo posledica tehnološkega napredka v materialih in sistemih privezovanja ter podpornih politik v mnogih regijah. V tem kontekstu postajajo morski fotonapetostni kabli ključne komponente: morajo vzdržati močno slano vodo, izpostavljenost UV-žarkom, mehanske obremenitve zaradi valov in biološko obraščanje v dolgi življenjski dobi. Standard 2PfG 2962 podjetja TÜV Rheinland (ki vodi do oznake TÜV Bauart) posebej obravnava te izzive z opredelitvijo zahtev glede testiranja zmogljivosti in certificiranja kablov v morskih fotonapetostnih aplikacijah.
Ta članek preučuje, kako lahko proizvajalci izpolnijo zahteve standarda 2PfG 2962 z robustnimi praksami testiranja zmogljivosti in načrtovanja.
1. Pregled standarda 2PfG 2962
Standard 2PfG 2962 je specifikacija TÜV Rheinland, prilagojena za fotovoltaične kable, namenjene za pomorske in plavajoče aplikacije. Temelji na splošnih normah za fotovoltaične kable (npr. IEC 62930 / EN 50618 za kopenske fotovoltaične sisteme), vendar dodaja stroge teste za slano vodo, UV, mehansko utrujenost in druge stresne dejavnike, specifične za morje. Cilji standarda vključujejo zagotavljanje električne varnosti, mehanske celovitosti in dolgoročne vzdržljivosti v spremenljivih, zahtevnih pogojih na morju. Velja za enosmerne kable z nazivno napetostjo običajno do 1500 V, ki se uporabljajo v obalnih in plavajočih fotovoltaičnih sistemih, kar zahteva dosleden nadzor kakovosti proizvodnje, tako da certificirani kabli v množični proizvodnji ustrezajo preizkušenim prototipom.
2. Okoljski in operativni izzivi za morske fotonapetostne kable
Morsko okolje hkrati obremenjuje kable z več dejavniki:
Korozija v slani vodi in izpostavljenost kemikalijam: Neprekinjena ali občasna potopitev v morsko vodo lahko poškoduje prevodno prevleko in razgradi polimerne ovoje.
Staranje zaradi UV-sevanja in sončne svetlobe: Neposredna izpostavljenost soncu na plavajočih nizih pospešuje krhkost polimerov in razpokanje površine.
Temperaturni ekstremi in toplotni cikli: Dnevne in sezonske temperaturne spremembe povzročajo cikle raztezanja/krčenja, kar obremenjuje izolacijske vezi.
Mehanske obremenitve: Valovanje in gibanje zaradi vetra vodita do dinamičnega upogibanja, deformacije in morebitne abrazije ob plovce ali privezno opremo.
Biološko obraščanje in morski organizmi: Rast alg, vitičnjakov ali mikrobnih kolonij na površinah kablov lahko spremeni odvajanje toplote in doda lokalizirane napetosti.
Dejavniki, specifični za namestitev: ravnanje med nameščanjem (npr. odvijanje bobna), upogibanje okoli konektorjev in napetost na priključnih točkah.
Ti kombinirani dejavniki se bistveno razlikujejo od kopenskih antenskih nizov, zaradi česar je potrebno prilagojeno testiranje v skladu z 2PfG 2962 za simulacijo realnih morskih razmer.
3. Zahteve glede testiranja delovanja v skladu z 2PfG 2962
Ključni testi učinkovitosti, ki jih predpisuje 2PfG 2962, običajno vključujejo:
Električni izolacijski in dielektrični preskusi: Preskusi visokonapetostne vzdržljivosti (npr. preskusi enosmerne napetosti) v vodnih ali vlažnih komorah za potrditev, da ni preboja v pogojih potopitve.
Izolacijska upornost skozi čas: Spremljanje izolacijske upornosti, ko so kabli namočeni v slani vodi ali vlažnem okolju, za zaznavanje vdora vlage.
Preverjanje napetostne vzdržljivosti in delnega praznjenja: Zagotavljanje, da izolacija prenese projektno napetost in varnostno rezervo brez delnega praznjenja, tudi po staranju.
Mehanski preskusi: Preskusi natezne trdnosti in raztezka izolacijskih in plaščnih materialov po ciklih izpostavljenosti; preskusi upogibne utrujenosti, ki simulirajo upogibanje, povzročeno z valovanjem.
Preskusi prožnosti in ponavljajočega se upogibanja: Ponavljajoče se upogibanje čez trne ali dinamične preskusne naprave za upogibanje za posnemanje valovnega gibanja.
Odpornost proti obrabi: Simulacija stika s plovci ali konstrukcijskimi elementi, po možnosti z uporabo abrazivnih medijev, za oceno trajnosti plašča.
4. Preskusi staranja v okolju
Slana pršila ali potopitev v simulirano morsko vodo za daljše obdobje za oceno korozije in razgradnje polimerov.
Komore za izpostavljanje UV-žarkom (pospešeno vremensko obstojnost) za oceno krhkosti površine, spremembe barve in nastanka razpok.
Ocene hidrolize in absorpcije vlage, pogosto z dolgotrajnim namakanjem in naknadnimi mehanskimi preizkusi.
Termično cikliranje: Ciklično spreminjanje nizkih in visokih temperatur v nadzorovanih komorah za odkrivanje delaminacije izolacije ali mikrorazpok.
Kemijska odpornost: Izpostavljenost oljem, gorivom, čistilnim sredstvom ali spojinam proti obraščanju, ki se pogosto nahajajo v morskem okolju.
Odpornost na ogenj ali obnašanje v primeru požara: Za specifične namestitve (npr. zaprti moduli) preverjanje, ali kabli izpolnjujejo omejitve širjenja plamena (npr. IEC 60332-1).
Dolgoročno staranje: Pospešeni preizkusi življenjske dobe, ki združujejo izpostavljenost temperaturi, UV-žarkom in soli za napovedovanje življenjske dobe in določitev intervalov vzdrževanja.
Ti testi zagotavljajo, da kabli ohranijo električne in mehanske lastnosti v pričakovani večdesetletni življenjski dobi v morskih fotonapetostnih sistemih.
5. Interpretacija rezultatov testov in prepoznavanje načinov odpovedi
Po testiranju:
Pogosti vzorci degradacije: razpoke v izolaciji zaradi UV-sevanja ali termičnega cikla; korozija ali razbarvanje prevodnikov zaradi vdora soli; vodni žepi, ki kažejo na okvare tesnil.
Analiza trendov izolacijske upornosti: Postopno zmanjševanje pri testih namakanja lahko kaže na neoptimalno formulacijo materiala ali nezadostne pregradne plasti.
Kazalniki mehanske okvare: izguba natezne trdnosti po staranju kaže na krhkost polimera; zmanjšan raztezek kaže na povečanje togosti.
Ocena tveganja: Primerjava preostalih varnostnih meja glede na pričakovane obratovalne napetosti in mehanske obremenitve; ocena, ali so cilji življenjske dobe (npr. 25+ let) dosegljivi.
Povratna zanka: Rezultati testov vplivajo na prilagoditve materiala (npr. višje koncentracije UV stabilizatorja), prilagoditve zasnove (npr. debelejše plasti plašča) ali izboljšave procesa (npr. parametri ekstruzije). Dokumentiranje teh prilagoditev je ključnega pomena za ponovljivost proizvodnje.
Sistematična interpretacija podpira nenehno izboljševanje in skladnost s predpisi
6. Izbira materialov in strategije oblikovanja za skladnost z 2PfG 2962
Ključni dejavniki:
Izbira vodnikov: Bakreni vodniki so standardni; zaradi večje odpornosti proti koroziji v slanovodnih okoljih je morda bolj primeren kositrov baker.
Izolacijske mase: Zamreženi poliolefini (XLPO) ali posebej formulirani polimeri z UV-stabilizatorji in dodatki, odpornimi proti hidrolizi, za ohranjanje prožnosti več desetletij.
Materiali za plašč: Robustne spojine za plašč z antioksidanti, UV-absorberji in polnili za odpornost proti abraziji, slani pršici in temperaturnim ekstremom.
Večplastne strukture: Večplastne zasnove lahko vključujejo notranje polprevodniške plasti, folije za zaščito pred vlago in zunanje zaščitne plašče za preprečevanje vdora vode in mehanskih poškodb.
Dodatki in polnila: Uporaba zaviralcev gorenja (kjer je potrebno), protiglivičnih ali protimikrobnih sredstev za omejitev učinkov biološkega obraščanja in modifikatorjev udarne trdnosti za ohranitev mehanskih lastnosti.
Oklep ali ojačitev: Za globokomorske ali visoko obremenjene plavajoče sisteme se doda pletena kovinska ali sintetična ojačitev, ki prenese natezne obremenitve brez ogrožanja prožnosti.
Doslednost proizvodnje: Natančen nadzor nad recepturami mešanic, temperaturami ekstrudiranja in hitrostmi hlajenja za zagotavljanje enotnih lastnosti materiala od serije do serije.
Izbira materialov in modelov z dokazano učinkovitostjo v analognih pomorskih ali industrijskih aplikacijah pomaga pri bolj predvidljivem izpolnjevanju zahtev 2PfG 2962
7. Nadzor kakovosti in doslednost proizvodnje
Zahteve glede ohranjanja certifikata pri količinski proizvodnji:
Pregledi na liniji: Redni pregledi dimenzij (velikost vodnika, debelina izolacije), vizualni pregledi površinskih napak in preverjanje certifikatov serije materiala.
Urnik vzorčnega testiranja: Periodično vzorčenje za ključne preskuse (npr. izolacijska upornost, natezni preskusi), ki posnemajo pogoje certificiranja za zgodnje odkrivanje premikov.
Sledljivost: Dokumentiranje številk serij surovin, parametrov mešanja in proizvodnih pogojev za vsako serijo kablov, da se omogoči analiza vzrokov, če se pojavijo težave.
Kvalifikacija dobavitelja: Zagotavljanje, da dobavitelji polimerov in aditivov dosledno izpolnjujejo specifikacije (npr. ocene odpornosti na UV žarke, vsebnost antioksidantov).
Pripravljenost na presojo s strani tretjih oseb: vzdrževanje temeljitih zapisov o preskusih, dnevnikov kalibracij in dokumentov o nadzoru proizvodnje za presoje ali ponovno certificiranje TÜV Rheinland.
Robustni sistemi vodenja kakovosti (npr. ISO 9001), integrirani z zahtevami certificiranja, pomagajo proizvajalcem ohranjati skladnost s predpisi.
dolgoročno
Certifikat TÜV 2PfG 2962 podjetja Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
11. junija 2025 je TÜV Rheinland med 18. mednarodno konferenco in razstavo o sončni fotovoltaiki in pametni energiji (SNEC PV+2025) izdal certifikat tipa TÜV Bauart Mark za kable za fotovoltaične sisteme na morju na podlagi standarda 2PfG 2962 podjetju Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (v nadaljnjem besedilu »Weihexiang«). G. Shi Bing, generalni direktor oddelka za sončne in komercialne izdelke in storitvene komponente pri TÜV Rheinland Greater China, in g. Shu Honghe, generalni direktor podjetja Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., sta se udeležila podelitve in si ogledala rezultate tega sodelovanja.
Čas objave: 24. junij 2025