Les instal·lacions solars flotants i marines han experimentat un ràpid creixement a mesura que els promotors busquen utilitzar superfícies d'aigua infrautilitzades i reduir la competència terrestre. El mercat fotovoltaic solar flotant es va valorar en 7.700 milions de dòlars el 2024 i es preveu que creixi de manera constant durant la propera dècada, impulsat pels avenços tecnològics en materials i sistemes d'amarratge, així com per polítiques de suport en moltes regions. En aquest context, els cables fotovoltaics marins es converteixen en components crítics: han de suportar aigua salada dura, exposició als raigs UV, estrès mecànic de les onades i bioincrustacions durant llargues vides de servei. L'estàndard 2PfG 2962 de TÜV Rheinland (que dóna lloc a la marca TÜV Bauart) aborda específicament aquests reptes definint els requisits de proves de rendiment i certificació per als cables en aplicacions fotovoltaiques marines.
Aquest article examina com els fabricants poden complir els requisits de la norma 2PfG 2962 mitjançant proves de rendiment i pràctiques de disseny robustes.
1. Visió general de l'estàndard 2PfG 2962
L'estàndard 2PfG 2962 és una especificació de TÜV Rheinland adaptada per a cables fotovoltaics destinats a aplicacions marines i flotants. Es basa en les normes generals de cables fotovoltaics (per exemple, IEC 62930 / EN 50618 per a sistemes fotovoltaics terrestres), però afegeix proves rigoroses per a aigua salada, raigs UV, fatiga mecànica i altres factors d'estrès específics del mar. Els objectius de l'estàndard inclouen garantir la seguretat elèctrica, la integritat mecànica i la durabilitat a llarg termini en condicions variables i exigents en alta mar. S'aplica a cables de CC amb una potència nominal típica de fins a 1.500 V utilitzats en sistemes fotovoltaics propers a la costa i flotants, cosa que requereix un control de qualitat de producció constant perquè els cables certificats en producció massiva coincideixin amb els prototips provats.
2. Reptes mediambientals i operacionals per als cables fotovoltaics marins
Els entorns marins imposen múltiples factors d'estrès concurrents als cables:
Corrosió per aigua salada i exposició a productes químics: la immersió contínua o intermitent en aigua de mar pot atacar el xapat dels conductors i degradar les beines de polímer.
Radiació UV i envelliment induït per la llum solar: l'exposició directa al sol en matrius flotants accelera la fragilització del polímer i l'esquerdament de la superfície.
Temperatures extremes i cicles tèrmics: Les variacions diàries i estacionals de temperatura provoquen cicles d'expansió/contracció, cosa que posa en tensió les unions d'aïllament.
Tensions mecàniques: El moviment de les ones i el moviment impulsat pel vent provoquen flexions dinàmiques, flexions i possible abrasió contra flotadors o elements d'amarratge.
Bioincrustació i organismes marins: El creixement d'algues, percebes o colònies microbianes a les superfícies dels cables pot alterar la dissipació tèrmica i afegir tensions localitzades.
Factors específics de la instal·lació: manipulació durant el desplegament (per exemple, desenrotllament del tambor), flexió al voltant dels connectors i tensió als punts de terminació.
Aquests factors combinats difereixen notablement dels conjunts terrestres, cosa que requereix proves a mida sota 2PfG 2962 per simular condicions marines realistes.
3. Requisits de les proves de rendiment del nucli segons la 2PfG 2962
Les proves clau de rendiment exigides per 2PfG 2962 solen incloure:
Proves d'aïllament elèctric i dielèctriques: proves de resistència a alta tensió (per exemple, proves de tensió de corrent continu) en cambres d'aigua o humitat per confirmar que no hi ha avaria en condicions d'immersió.
Resistència d'aïllament al llarg del temps: Monitorització de la resistència d'aïllament quan els cables estan submergits en aigua salada o ambients humits per detectar l'entrada d'humitat.
Comprovació de resistència a la tensió i descàrrega parcial: garantir que l'aïllament pugui tolerar la tensió de disseny més el marge de seguretat sense descàrrega parcial, fins i tot després de l'envelliment.
Assajos mecànics: Assajos de resistència a la tracció i allargament de materials d'aïllament i de revestiment després de cicles d'exposició; assajos de fatiga per flexió que simulen la flexió induïda per ones.
Flexibilitat i proves de flexió repetides: flexió repetida sobre mandrils o bancs de proves de flexió dinàmica per imitar el moviment de les ones.
Resistència a l'abrasió: Simulació del contacte amb flotadors o elements estructurals, possiblement utilitzant mitjans abrasius, per avaluar la durabilitat de la beina.
4. Proves d'envelliment ambiental
Polvorització salina o immersió en aigua de mar simulada durant períodes prolongats per avaluar la corrosió i la degradació del polímer.
Cambres d'exposició UV (meteorització accelerada) per avaluar la fragilització superficial, el canvi de color i la formació d'esquerdes.
Avaluacions d'hidròlisi i absorció d'humitat, sovint mitjançant remull prolongat i proves mecàniques posteriors.
Cicle tèrmic: cicle entre temperatures baixes i altes en cambres controlades per revelar delaminació o microesquerdes de l'aïllament.
Resistència química: Exposició a olis, combustibles, agents de neteja o compostos antiincrustants que es troben habitualment en entorns marins.
Resistent a la flama o comportament al foc: per a instal·lacions específiques (per exemple, mòduls tancats), comprovant que els cables compleixin els límits de propagació de la flama (per exemple, IEC 60332-1).
Envelliment a llarg termini: proves de vida útil accelerades que combinen la temperatura, els raigs UV i l'exposició a la sal per preveure la vida útil i establir intervals de manteniment.
Aquestes proves garanteixen que els cables mantinguin el rendiment elèctric i mecànic durant la vida útil prevista de diverses dècades en desplegaments fotovoltaics marins.
5. Interpretació dels resultats de les proves i identificació dels modes de fallada
Després de la prova:
Patrons de degradació comuns: esquerdes de l'aïllament per UV o cicles tèrmics; corrosió o decoloració del conductor per l'entrada de sal; bosses d'aigua que indiquen fallades de segellat.
Anàlisi de les tendències de la resistència a l'aïllament: una disminució gradual en les proves de remull pot indicar una formulació de material subòptima o capes de barrera insuficients.
Indicadors de fallada mecànica: la pèrdua de resistència a la tracció després de l'envelliment suggereix fragilització del polímer; una reducció de l'elongació indica un augment de la rigidesa.
Avaluació de riscos: comparació dels marges de seguretat restants amb les tensions de funcionament i les càrregues mecàniques previstes; avaluació de si els objectius de vida útil (per exemple, més de 25 anys) són assolibles.
Bucle de retroalimentació: Els resultats de les proves informen sobre els ajustos del material (per exemple, concentracions més altes d'estabilitzador UV), els ajustos del disseny (per exemple, capes de revestiment més gruixudes) o les millores del procés (per exemple, paràmetres d'extrusió). Documentar aquests ajustos és crucial per a la repetibilitat de la producció.
La interpretació sistemàtica fonamenta la millora contínua i el compliment
6. Selecció de materials i estratègies de disseny per complir amb la norma 2PfG 2962
Consideracions clau:
Opcions de conductors: els conductors de coure són estàndard; es pot preferir el coure estanyat per millorar la resistència a la corrosió en ambients d'aigua salada.
Compostos d'aïllament: Poliolefines reticulades (XLPO) o polímers especialment formulats amb estabilitzadors UV i additius resistents a la hidròlisi per mantenir la flexibilitat durant dècades.
Materials de la funda: Compostos de revestiment robustos amb antioxidants, absorbents d'UV i farcits per resistir l'abrasió, la boira salina i les temperatures extremes.
Estructures en capes: els dissenys multicapa poden incloure capes semiconductores internes, pel·lícules de barrera contra la humitat i jaquetes protectores externes per bloquejar l'entrada d'aigua i els danys mecànics.
Additius i materials de farciment: Ús de retardants de flama (quan calgui), agents antifúngics o antimicrobians per limitar els efectes de la bioincrustació i modificadors d'impacte per preservar el rendiment mecànic.
Armadura o reforç: Per a sistemes flotants d'aigües profundes o d'alta càrrega, afegir reforç metàl·lic trenat o sintètic per suportar càrregues de tracció sense comprometre la flexibilitat.
Consistència de fabricació: Control precís de les receptes de compostos, les temperatures d'extrusió i les velocitats de refredament per garantir propietats uniformes del material lot a lot.
Seleccionar materials i dissenys amb un rendiment provat en aplicacions marines o industrials anàlogues ajuda a complir els requisits de 2PfG 2962 de manera més previsible.
7. Control de qualitat i consistència de la producció
Manteniment de la certificació en les demandes de producció en volum:
Inspeccions en línia: Comprovació dimensional periòdica (mida del conductor, gruix de l'aïllament), inspeccions visuals per detectar defectes superficials i verificació dels certificats de lots de materials.
Calendari de proves de mostreig: Mostreig periòdic per a proves clau (per exemple, resistència d'aïllament, proves de tracció) que reprodueixin les condicions de certificació per detectar desviacions aviat.
Traçabilitat: Documentació dels números de lot de matèries primeres, els paràmetres de mescla i les condicions de producció per a cada lot de cable per permetre anàlisis de la causa arrel si sorgeixen problemes.
Qualificació de proveïdors: garantir que els proveïdors de polímers i additius compleixin constantment les especificacions (per exemple, classificacions de resistència als raigs UV, contingut d'antioxidants).
Preparació per a auditories de tercers: manteniment de registres de proves exhaustius, registres de calibratge i documents de control de producció per a auditories o recertificació de TÜV Rheinland.
Els sistemes de gestió de qualitat robustos (per exemple, ISO 9001) integrats amb els requisits de certificació ajuden els fabricants a mantenir el compliment de les normes.
a llarg termini
Certificació TÜV 2PfG 2962 de Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
L'11 de juny de 2025, durant la 18a (2025) Conferència i Exposició Internacional d'Energia Solar Fotovoltaica i Energia Intel·ligent (SNEC PV+2025), TÜV Rheinland va emetre un certificat de certificació de tipus TÜV Bauart Mark per a cables per a sistemes fotovoltaics marins basat en l'estàndard 2PfG 2962 a Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (d'ara endavant, "Weihexiang"). El Sr. Shi Bing, director general de negoci de components de productes i serveis solars i comercials de TÜV Rheinland Greater China, i el Sr. Shu Honghe, director general de Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., van assistir a la cerimònia de lliurament de premis i van ser testimonis dels resultats d'aquesta cooperació.
Data de publicació: 24 de juny de 2025