Morskie i pływające instalacje fotowoltaiczne odnotowały gwałtowny wzrost, ponieważ deweloperzy dążą do wykorzystania niewykorzystanych powierzchni wodnych i ograniczenia konkurencji na lądzie. Rynek pływających instalacji fotowoltaicznych był wyceniany na 7,7 miliarda dolarów w 2024 roku i przewiduje się, że będzie stale rósł w nadchodzącej dekadzie, napędzany postępem technologicznym w zakresie materiałów i systemów cumowniczych, a także polityką wspierającą w wielu regionach. W tym kontekście morskie kable fotowoltaiczne stają się kluczowymi komponentami: muszą być odporne na działanie agresywnej słonej wody, promieniowanie UV, naprężenia mechaniczne fal i biofouling przez długi okres użytkowania. Norma 2PfG 2962 TÜV Rheinland (prowadząca do uzyskania znaku TÜV Bauart Mark) w szczególności odpowiada na te wyzwania, definiując wymagania dotyczące testów wydajności i certyfikacji kabli w morskich zastosowaniach fotowoltaicznych.
W tym artykule zbadano, w jaki sposób producenci mogą spełnić wymagania normy 2PfG 2962 poprzez solidne testy wydajności i praktyki projektowe.
1. Przegląd normy 2PfG 2962
Norma 2PfG 2962 to specyfikacja TÜV Rheinland dostosowana do kabli fotowoltaicznych przeznaczonych do zastosowań morskich i pływających. Opiera się ona na ogólnych normach dotyczących kabli fotowoltaicznych (np. IEC 62930 / EN 50618 dla instalacji fotowoltaicznych na lądzie), ale dodaje rygorystyczne testy na słoną wodę, promieniowanie UV, zmęczenie mechaniczne i inne czynniki stresu specyficzne dla środowiska morskiego. Celem normy jest zapewnienie bezpieczeństwa elektrycznego, integralności mechanicznej i długotrwałej trwałości w zmiennych i wymagających warunkach morskich. Dotyczy ona kabli prądu stałego o napięciu znamionowym do 1500 V, stosowanych w przybrzeżnych i pływających systemach fotowoltaicznych, wymagających ciągłej kontroli jakości produkcji, aby certyfikowane kable produkowane masowo odpowiadały testowanym prototypom.
2. Wyzwania środowiskowe i operacyjne dla morskich kabli fotowoltaicznych
Środowiska morskie wywierają na kable wiele równoczesnych czynników stresogennych:
Korozja wywołana słoną wodą i ekspozycja na substancje chemiczne: Ciągłe lub okresowe zanurzenie w wodzie morskiej może uszkodzić powłokę przewodnika i spowodować degradację powłok polimerowych.
Starzenie się pod wpływem promieniowania UV i światła słonecznego: Bezpośrednie działanie promieni słonecznych na pływające układy przyspiesza kruchość polimerów i pękanie powierzchni.
Ekstremalne temperatury i cykle termiczne: Dobowe i sezonowe zmiany temperatury powodują cykle rozszerzania się i kurczenia, które wywierają nacisk na połączenia izolacyjne.
Naprężenia mechaniczne: Ruch fal i ruch powodowany przez wiatr powodują dynamiczne zginanie, uginanie i potencjalne ścieranie się pływaków lub osprzętu cumowniczego.
Biofouling i organizmy morskie: Rozwój glonów, małży lub kolonii drobnoustrojów na powierzchniach kabli może zaburzyć rozpraszanie ciepła i powodować lokalne naprężenia.
Czynniki specyficzne dla instalacji: obsługa podczas rozkładania (np. rozwijanie bębna), zginanie wokół złączy i naprężenie w punktach końcowych.
Te połączone czynniki znacznie różnią się od tych stosowanych w systemach lądowych, co wymaga przeprowadzenia dostosowanych testów zgodnie z 2PfG 2962 w celu symulacji realistycznych warunków morskich
3. Podstawowe wymagania dotyczące testowania wydajności zgodnie z 2PfG 2962
Kluczowe testy wydajności wymagane przez normę 2PfG 2962 zazwyczaj obejmują:
Badania izolacji elektrycznej i badania dielektryczne: Badania wytrzymałości na wysokie napięcie (np. badania napięcia stałego) w komorach wodnych lub wilgotnościowych w celu potwierdzenia braku przebić w warunkach zanurzenia.
Rezystancja izolacji w czasie: monitorowanie rezystancji izolacji, gdy kable są zanurzone w wodzie morskiej lub wilgotnym środowisku w celu wykrycia wnikania wilgoci.
Kontrola wytrzymałości napięciowej i wyładowań niezupełnych: sprawdzenie, czy izolacja wytrzymuje napięcie projektowe powiększone o margines bezpieczeństwa bez wyładowań niezupełnych, nawet po zużyciu.
Badania mechaniczne: badania wytrzymałości na rozciąganie i wydłużenia materiałów izolacyjnych i osłonowych po cyklach ekspozycji; badania zmęczeniowe przy zginaniu symulujące zginanie wywołane falami.
Elastyczność i wielokrotne testy zginania: wielokrotne zginanie nad trzpieniami lub stanowiskami do dynamicznych testów zginania w celu naśladowania ruchu fal.
Odporność na ścieranie: Symulacja kontaktu z pływakami lub elementami konstrukcyjnymi, w miarę możliwości przy użyciu środków ściernych, w celu oceny trwałości osłony.
4. Testy starzenia środowiskowego
Sól w sprayu lub zanurzenie w symulowanej wodzie morskiej przez dłuższy czas w celu oceny korozji i degradacji polimerów.
Komory do ekspozycji na promieniowanie UV (przyspieszone starzenie) w celu oceny kruchości powierzchni, zmiany koloru i powstawania pęknięć.
Oceny hydrolizy i absorpcji wilgoci, często przeprowadzane poprzez długotrwałe namaczanie i późniejsze badania mechaniczne.
Cykle termiczne: cykle między niskimi i wysokimi temperaturami w kontrolowanych komorach mające na celu ujawnienie rozwarstwienia izolacji lub mikropęknięć.
Odporność chemiczna: narażenie na działanie olejów, paliw, środków czyszczących lub związków przeciwporostowych powszechnie spotykanych w środowisku morskim.
Ognioodporność lub zachowanie się ognia: W przypadku określonych instalacji (np. modułów zamkniętych) należy sprawdzić, czy kable spełniają wymagania dotyczące ograniczeń rozprzestrzeniania się płomienia (np. IEC 60332-1).
Starzenie się w długim okresie: Przyspieszone testy żywotności łączące działanie temperatury, promieniowania UV i soli w celu prognozowania okresu eksploatacji i ustalenia interwałów konserwacji.
Testy te zapewniają, że kable zachowują parametry elektryczne i mechaniczne przez oczekiwany okres użytkowania wynoszący kilka dekad w instalacjach fotowoltaicznych na morzu
5. Interpretacja wyników testów i identyfikacja trybów awarii
Po testach:
Typowe wzorce degradacji: pęknięcia izolacji spowodowane promieniowaniem UV lub cyklami termicznymi; korozja lub odbarwienie przewodnika spowodowane wnikaniem soli; kieszenie wodne wskazujące na uszkodzenie uszczelnienia.
Analiza trendów rezystancji izolacji: Stopniowy spadek rezystancji podczas testów zanurzeniowych może sygnalizować nieoptymalną formulację materiału lub niewystarczającą ilość warstw barierowych.
Wskaźniki uszkodzeń mechanicznych: Utrata wytrzymałości na rozciąganie w wyniku starzenia sugeruje kruchość polimeru; zmniejszone wydłużenie wskazuje na wzrost sztywności.
Ocena ryzyka: porównanie pozostałych marginesów bezpieczeństwa z przewidywanymi napięciami roboczymi i obciążeniami mechanicznymi; ocena, czy cele dotyczące okresu eksploatacji (np. 25+ lat) są osiągalne.
Pętla sprzężenia zwrotnego: Wyniki testów pozwalają na wprowadzanie zmian w materiale (np. wyższe stężenia stabilizatorów UV), udoskonaleń konstrukcyjnych (np. grubsze warstwy powłoki) lub usprawnień procesu (np. parametry wytłaczania). Dokumentowanie tych zmian ma kluczowe znaczenie dla powtarzalności produkcji.
Systematyczna interpretacja stanowi podstawę ciągłego doskonalenia i zgodności
6. Wybór materiałów i strategie projektowania w celu zapewnienia zgodności z normą 2PfG 2962
Kluczowe zagadnienia:
Wybór przewodów: Standardowo stosuje się przewody miedziane; w celu zwiększenia odporności na korozję w środowisku słonej wody preferowane może być stosowanie przewodów miedzianych powlekanych cyną.
Związki izolacyjne: usieciowane poliolefiny (XLPO) lub specjalnie opracowane polimery ze stabilizatorami UV i dodatkami odpornymi na hydrolizę, które zachowują elastyczność przez dziesięciolecia.
Materiały osłony: Wytrzymałe związki osłonowe z przeciwutleniaczami, pochłaniaczami promieniowania UV i wypełniaczami, odporne na ścieranie, działanie słonej mgły i ekstremalnych temperatur.
Struktury warstwowe: Konstrukcje wielowarstwowe mogą obejmować wewnętrzne warstwy półprzewodnikowe, folie barierowe chroniące przed wilgocią i zewnętrzne powłoki ochronne, które blokują wnikanie wody i uszkodzenia mechaniczne.
Dodatki i wypełniacze: stosowanie środków zmniejszających palność (w razie potrzeby), środków przeciwgrzybicznych i przeciwdrobnoustrojowych w celu ograniczenia skutków biofoulingu oraz modyfikatorów udarności w celu zachowania właściwości mechanicznych.
Pancerz lub wzmocnienie: W przypadku systemów pływających na głębokich wodach lub narażonych na duże obciążenia należy zastosować zbrojenie z plecionego metalu lub tworzywa sztucznego, aby wytrzymać obciążenia rozciągające bez utraty elastyczności.
Spójność produkcji: precyzyjna kontrola receptur mieszanek, temperatur wytłaczania i szybkości chłodzenia w celu zapewnienia jednolitych właściwości materiału w każdej partii.
Wybór materiałów i projektów o sprawdzonej wydajności w analogicznych zastosowaniach morskich lub przemysłowych pomaga w bardziej przewidywalny sposób spełnić wymagania normy 2PfG 2962
7. Kontrola jakości i spójność produkcji
Utrzymanie certyfikacji w zakresie wymagań produkcji masowej:
Kontrole na linii produkcyjnej: regularne kontrole wymiarowe (rozmiar przewodu, grubość izolacji), kontrole wizualne pod kątem wad powierzchni i weryfikacja certyfikatów partii materiałów.
Harmonogram próbnych testów: okresowe pobieranie próbek do kluczowych testów (np. rezystancji izolacji, prób rozciągania) odtwarzających warunki certyfikacji w celu wczesnego wykrywania dryftów.
Śledzenie: Dokumentowanie numerów partii surowców, parametrów mieszania i warunków produkcji dla każdej partii kabli w celu umożliwienia analizy przyczyn źródłowych w przypadku wystąpienia problemów.
Kwalifikacja dostawców: zapewnienie, że dostawcy polimerów i dodatków stale spełniają specyfikacje (np. dotyczące odporności na promieniowanie UV, zawartości przeciwutleniaczy).
Gotowość do audytu zewnętrznego: prowadzenie szczegółowych rejestrów testów, rejestrów kalibracji i dokumentów kontroli produkcji na potrzeby audytów TÜV Rheinland lub ponownej certyfikacji.
Solidne systemy zarządzania jakością (np. ISO 9001) zintegrowane z wymogami certyfikacji pomagają producentom zachować zgodność
długofalowy
Certyfikat TÜV 2PfG 2962 firmy Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
11 czerwca 2025 r., podczas 18. (2025) Międzynarodowej Konferencji i Wystawy Fotowoltaiki i Energii Inteligentnej (SNEC PV+2025), TÜV Rheinland wydał certyfikat certyfikacji typu TÜV Bauart Mark dla kabli do morskich systemów fotowoltaicznych oparty na normie 2PfG 2962 dla Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (zwanej dalej „Weihexiang”). Pan Shi Bing, Dyrektor Generalny ds. Produktów i Komponentów Solarnych i Komercyjnych w TÜV Rheinland Greater China, oraz Pan Shu Honghe, Dyrektor Generalny Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., uczestniczyli w ceremonii wręczenia nagród i byli świadkami rezultatów tej współpracy.
Czas publikacji: 24-06-2025