Οι υπεράκτιες και πλωτές ηλιακές εγκαταστάσεις έχουν σημειώσει ραγδαία ανάπτυξη, καθώς οι κατασκευαστές επιδιώκουν να αξιοποιήσουν τις υποχρησιμοποιούμενες υδάτινες επιφάνειες και να μειώσουν τον ανταγωνισμό στην ξηρά. Η αγορά πλωτών ηλιακών φωτοβολταϊκών αποτιμήθηκε σε 7,7 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ το 2024 και προβλέπεται να αυξηθεί σταθερά την επόμενη δεκαετία, χάρη στις τεχνολογικές εξελίξεις στα υλικά και τα συστήματα πρόσδεσης, καθώς και στις υποστηρικτικές πολιτικές σε πολλές περιοχές. Σε αυτό το πλαίσιο, τα θαλάσσια φωτοβολταϊκά καλώδια καθίστανται κρίσιμα συστατικά: πρέπει να αντέχουν στο σκληρό αλμυρό νερό, την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία, τη μηχανική καταπόνηση από τα κύματα και τη βιορύπανση κατά τη διάρκεια μεγάλης διάρκειας ζωής. Το πρότυπο 2PfG 2962 της TÜV Rheinland (που οδηγεί στο σήμα TÜV Bauart) αντιμετωπίζει συγκεκριμένα αυτές τις προκλήσεις ορίζοντας απαιτήσεις δοκιμών απόδοσης και πιστοποίησης για καλώδια σε εφαρμογές θαλάσσιων φωτοβολταϊκών.
Αυτό το άρθρο εξετάζει πώς οι κατασκευαστές μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του 2PfG 2962 μέσω ισχυρών δοκιμών απόδοσης και πρακτικών σχεδιασμού.
1. Επισκόπηση του Προτύπου 2PfG 2962
Το πρότυπο 2PfG 2962 είναι μια προδιαγραφή της TÜV Rheinland προσαρμοσμένη για φωτοβολταϊκά καλώδια που προορίζονται για θαλάσσιες και πλωτές εφαρμογές. Βασίζεται σε γενικούς κανόνες για φωτοβολταϊκά καλώδια (π.χ., IEC 62930 / EN 50618 για χερσαία φωτοβολταϊκά), αλλά προσθέτει αυστηρές δοκιμές για αλμυρό νερό, υπεριώδη ακτινοβολία, μηχανική κόπωση και άλλους παράγοντες καταπόνησης που αφορούν ειδικά τη θάλασσα. Οι στόχοι του προτύπου περιλαμβάνουν τη διασφάλιση της ηλεκτρικής ασφάλειας, της μηχανικής ακεραιότητας και της μακροπρόθεσμης ανθεκτικότητας υπό μεταβλητές, απαιτητικές υπεράκτιες συνθήκες. Ισχύει για καλώδια DC με τυπική τάση έως 1.500 V που χρησιμοποιούνται σε παράκτια και πλωτά φωτοβολταϊκά συστήματα, απαιτώντας συνεπή έλεγχο ποιότητας παραγωγής, έτσι ώστε τα πιστοποιημένα καλώδια σε μαζική παραγωγή να ταιριάζουν με τα δοκιμασμένα πρωτότυπα.
2. Περιβαλλοντικές και Λειτουργικές Προκλήσεις για τα Θαλάσσια Φωτοβολταϊκά Καλώδια
Τα θαλάσσια περιβάλλοντα επιβάλλουν πολλαπλούς ταυτόχρονους παράγοντες καταπόνησης στα καλώδια:
Διάβρωση σε αλμυρό νερό και έκθεση σε χημικές ουσίες: Η συνεχής ή διαλείπουσα εμβάπτιση σε θαλασσινό νερό μπορεί να προσβάλει την επιμετάλλωση των αγωγών και να υποβαθμίσει τα πολυμερικά περιβλήματα.
Υπεριώδης ακτινοβολία και γήρανση που προκαλείται από το ηλιακό φως: Η άμεση έκθεση στον ήλιο σε πλωτές συστοιχίες επιταχύνει την ευθραυστότητα του πολυμερούς και τις επιφανειακές ρωγμές.
Ακραίες θερμοκρασίες και θερμικοί κύκλοι: Οι ημερήσιες και εποχιακές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας προκαλούν κύκλους διαστολής/συστολής, καταπονώντας τους δεσμούς της μόνωσης.
Μηχανικές καταπονήσεις: Η κίνηση των κυμάτων και η κίνηση που προκαλείται από τον άνεμο οδηγούν σε δυναμική κάμψη, κάμψη και πιθανή τριβή έναντι πλωτήρων ή εξαρτημάτων πρόσδεσης.
Βιορύπανση και θαλάσσιοι οργανισμοί: Η ανάπτυξη φυκιών, πεταλίδων ή μικροβιακών αποικιών στις επιφάνειες των καλωδίων μπορεί να μεταβάλει τη θερμική απαγωγή και να προσθέσει τοπικές τάσεις.
Παράγοντες που αφορούν ειδικά την εγκατάσταση: Χειρισμός κατά την ανάπτυξη (π.χ., ξετύλιγμα τυμπάνου), κάμψη γύρω από τους συνδετήρες και τάση στα σημεία τερματισμού.
Αυτοί οι συνδυασμένοι παράγοντες διαφέρουν σημαντικά από τις χερσαίες συστοιχίες, γεγονός που καθιστά απαραίτητες προσαρμοσμένες δοκιμές βάσει του 2PfG 2962 για την προσομοίωση ρεαλιστικών θαλάσσιων συνθηκών.
3. Βασικές απαιτήσεις δοκιμών απόδοσης σύμφωνα με το 2PfG 2962
Οι βασικές δοκιμές απόδοσης που επιβάλλονται από το 2PfG 2962 περιλαμβάνουν συνήθως:
Δοκιμές ηλεκτρικής μόνωσης και διηλεκτρικών: Δοκιμές αντοχής σε υψηλή τάση (π.χ. δοκιμές τάσης συνεχούς ρεύματος) σε θαλάμους νερού ή υγρασίας για να επιβεβαιωθεί ότι δεν υπάρχει βλάβη υπό συνθήκες εμβάπτισης.
Αντίσταση μόνωσης με την πάροδο του χρόνου: Παρακολούθηση της αντίστασης μόνωσης όταν τα καλώδια είναι εμποτισμένα σε αλμυρό νερό ή υγρό περιβάλλον για την ανίχνευση εισροής υγρασίας.
Έλεγχοι αντοχής σε τάση και μερικής εκφόρτισης: Διασφάλιση ότι η μόνωση μπορεί να ανεχθεί την τάση σχεδιασμού συν το περιθώριο ασφαλείας χωρίς μερική εκφόρτιση, ακόμη και μετά τη γήρανση.
Μηχανικές δοκιμές: Δοκιμές αντοχής σε εφελκυσμό και επιμήκυνσης υλικών μόνωσης και μανδύα μετά από κύκλους έκθεσης· δοκιμές κόπωσης κάμψης που προσομοιώνουν την κάμψη που προκαλείται από κύματα.
Δοκιμές ευκαμψίας και επαναλαμβανόμενης κάμψης: Επαναλαμβανόμενη κάμψη πάνω από μανδρέλια ή δυναμικές εγκαταστάσεις δοκιμών κάμψης για την μίμηση της κίνησης των κυμάτων.
Αντοχή στην τριβή: Προσομοίωση επαφής με πλωτήρες ή δομικά στοιχεία, πιθανώς χρησιμοποιώντας λειαντικά μέσα, για την αξιολόγηση της ανθεκτικότητας του μανδύα.
4. Δοκιμές περιβαλλοντικής γήρανσης
Ψεκασμός με αλάτι ή εμβάπτιση σε προσομοιωμένο θαλασσινό νερό για παρατεταμένη διάρκεια για την αξιολόγηση της διάβρωσης και της υποβάθμισης του πολυμερούς.
Θάλαμοι έκθεσης σε υπεριώδη ακτινοβολία (επιταχυνόμενη αποσάθρωση) για την αξιολόγηση της επιφανειακής ευθραυστότητας, της αλλαγής χρώματος και του σχηματισμού ρωγμών.
Αξιολογήσεις υδρόλυσης και απορρόφησης υγρασίας, συχνά μέσω παρατεταμένης εμβάπτισης και μηχανικών δοκιμών στη συνέχεια.
Θερμικός κύκλος: Εναλλαγή μεταξύ χαμηλών και υψηλών θερμοκρασιών σε ελεγχόμενους θαλάμους για την αποκάλυψη αποκόλλησης ή μικρορωγμών της μόνωσης.
Χημική αντοχή: Έκθεση σε λάδια, καύσιμα, καθαριστικά ή αντιρρυπαντικές ενώσεις που συναντώνται συνήθως σε θαλάσσια περιβάλλοντα.
Επιβράδυνση φλόγας ή συμπεριφορά φωτιάς: Για συγκεκριμένες εγκαταστάσεις (π.χ., κλειστές μονάδες), έλεγχος ότι τα καλώδια πληρούν τα όρια διάδοσης φλόγας (π.χ., IEC 60332-1).
Μακροχρόνια γήρανση: Δοκιμές επιταχυνόμενης διάρκειας ζωής που συνδυάζουν θερμοκρασία, υπεριώδη ακτινοβολία και έκθεση σε αλάτι για την πρόβλεψη της διάρκειας ζωής και τον καθορισμό διαστημάτων συντήρησης.
Αυτές οι δοκιμές διασφαλίζουν ότι τα καλώδια διατηρούν την ηλεκτρική και μηχανική τους απόδοση κατά τη διάρκεια της αναμενόμενης πολυετούς διάρκειας ζωής σε εγκαταστάσεις θαλάσσιων φωτοβολταϊκών συστημάτων.
5. Ερμηνεία αποτελεσμάτων δοκιμών και εντοπισμός τρόπων αστοχίας
Μετά τη δοκιμή:
Συνήθη πρότυπα υποβάθμισης: Ρωγμές στη μόνωση από υπεριώδη ακτινοβολία ή θερμικούς κύκλους· διάβρωση ή αποχρωματισμός των αγωγών από την εισχώρηση αλατιού· θύλακες νερού που υποδεικνύουν αστοχίες στεγανοποίησης.
Ανάλυση των τάσεων της αντίστασης μόνωσης: Μια σταδιακή μείωση στις δοκιμές εμποτισμού μπορεί να σηματοδοτεί μη βέλτιστη σύνθεση υλικού ή ανεπαρκή στρώματα φραγμού.
Δείκτες μηχανικής αστοχίας: Η απώλεια εφελκυστικής αντοχής μετά τη γήρανση υποδηλώνει ευθραυστότητα του πολυμερούς. Η μειωμένη επιμήκυνση υποδηλώνει αύξηση της ακαμψίας.
Εκτίμηση κινδύνου: Σύγκριση των υπολειπόμενων περιθωρίων ασφαλείας με τις αναμενόμενες τάσεις λειτουργίας και τα μηχανικά φορτία· αξιολόγηση του κατά πόσον οι στόχοι διάρκειας ζωής (π.χ., 25+ έτη) είναι εφικτοί.
Βρόχος ανατροφοδότησης: Τα αποτελέσματα των δοκιμών ενημερώνουν για τις προσαρμογές των υλικών (π.χ., υψηλότερες συγκεντρώσεις σταθεροποιητή UV), τις τροποποιήσεις στο σχεδιασμό (π.χ., παχύτερα στρώματα περιβλήματος) ή τις βελτιώσεις της διαδικασίας (π.χ., παράμετροι εξώθησης). Η τεκμηρίωση αυτών των προσαρμογών είναι ζωτικής σημασίας για την επαναληψιμότητα της παραγωγής.
Η συστηματική ερμηνεία στηρίζει τη συνεχή βελτίωση και τη συμμόρφωση
6. Επιλογή Υλικών και Στρατηγικές Σχεδιασμού για Συμμόρφωση με το 2PfG 2962
Βασικές σκέψεις:
Επιλογές αγωγών: Οι χάλκινοι αγωγοί είναι στάνταρ. Ο επικασσιτερωμένος χαλκός μπορεί να προτιμάται για βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση σε περιβάλλοντα αλμυρού νερού.
Μονωτικές ενώσεις: Διασταυρούμενες πολυολεφίνες (XLPO) ή ειδικά σχεδιασμένα πολυμερή με σταθεροποιητές UV και πρόσθετα ανθεκτικά στην υδρόλυση για τη διατήρηση της ευελιξίας για δεκαετίες.
Υλικά θήκης: Ανθεκτικές ενώσεις επένδυσης με αντιοξειδωτικά, απορροφητές UV και πληρωτικά για αντοχή στην τριβή, το αλατόνερο και τις ακραίες θερμοκρασίες.
Δομές σε στρώσεις: Τα σχέδια πολλαπλών στρώσεων μπορεί να περιλαμβάνουν εσωτερικά ημιαγώγιμα στρώματα, μεμβράνες φραγμού υγρασίας και εξωτερικά προστατευτικά μανδύα για την παρεμπόδιση της εισόδου νερού και των μηχανικών βλαβών.
Πρόσθετα και πληρωτικά: Χρήση επιβραδυντικών φλόγας (όπου απαιτείται), αντιμυκητιασικών ή αντιμικροβιακών παραγόντων για τον περιορισμό των επιπτώσεων της βιορρύπανσης και τροποποιητών κρούσης για τη διατήρηση της μηχανικής απόδοσης.
Θωράκιση ή ενίσχυση: Για συστήματα πλωτών σε βαθιά νερά ή συστήματα υψηλού φορτίου, η προσθήκη πλεγμένου μετάλλου ή συνθετικού οπλισμού για αντοχή σε εφελκυστικά φορτία χωρίς συμβιβασμούς στην ευκαμψία.
Συνέπεια κατασκευής: Ακριβής έλεγχος των συνταγών σύνθεσης, των θερμοκρασιών εξώθησης και των ρυθμών ψύξης για την εξασφάλιση ομοιόμορφων ιδιοτήτων υλικού από παρτίδα σε παρτίδα.
Η επιλογή υλικών και σχεδίων με αποδεδειγμένη απόδοση σε ανάλογες θαλάσσιες ή βιομηχανικές εφαρμογές βοηθά στην πιο προβλέψιμη κάλυψη των απαιτήσεων του 2PfG 2962.
7. Έλεγχος Ποιότητας και Συνέπεια Παραγωγής
Διατήρηση πιστοποίησης στις απαιτήσεις μαζικής παραγωγής:
Επιθεωρήσεις σε σειρά: Τακτικοί έλεγχοι διαστάσεων (μέγεθος αγωγού, πάχος μόνωσης), οπτικοί έλεγχοι για επιφανειακά ελαττώματα και επαλήθευση των πιστοποιητικών παρτίδας υλικών.
Πρόγραμμα δοκιμών δειγμάτων: Περιοδική δειγματοληψία για βασικές δοκιμές (π.χ. αντίσταση μόνωσης, δοκιμές εφελκυσμού) που αναπαράγουν τις συνθήκες πιστοποίησης για την έγκαιρη ανίχνευση μετατοπίσεων.
Ιχνηλασιμότητα: Τεκμηρίωση των αριθμών παρτίδας πρώτων υλών, των παραμέτρων σύνθεσης και των συνθηκών παραγωγής για κάθε παρτίδα καλωδίων, ώστε να είναι δυνατή η ανάλυση των βαθύτερων αιτιών σε περίπτωση που προκύψουν προβλήματα.
Προσόντα προμηθευτή: Διασφάλιση ότι οι προμηθευτές πολυμερών και προσθέτων πληρούν σταθερά τις προδιαγραφές (π.χ., αξιολογήσεις αντοχής στην υπεριώδη ακτινοβολία, περιεκτικότητα σε αντιοξειδωτικά).
Ετοιμότητα ελέγχου από τρίτους: Διατήρηση λεπτομερών αρχείων δοκιμών, αρχείων καταγραφής βαθμονόμησης και εγγράφων ελέγχου παραγωγής για ελέγχους ή επαναπιστοποιήσεις από την TÜV Rheinland.
Τα ισχυρά συστήματα διαχείρισης ποιότητας (π.χ., ISO 9001) ενσωματωμένα στις απαιτήσεις πιστοποίησης βοηθούν τους κατασκευαστές να διατηρούν τη συμμόρφωση
μακροπρόθεσμος
Πιστοποίηση TÜV 2PfG 2962 της Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
Στις 11 Ιουνίου 2025, κατά τη διάρκεια του 18ου (2025) Διεθνούς Συνεδρίου και Έκθεσης Ηλιακών Φωτοβολταϊκών και Έξυπνης Ενέργειας (SNEC PV+2025), η TÜV Rheinland εξέδωσε πιστοποιητικό πιστοποίησης τύπου TÜV Bauart Mark για καλώδια για υπεράκτια φωτοβολταϊκά συστήματα βάσει του προτύπου 2PfG 2962 στην Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (εφεξής «Weihexiang»). Ο κ. Shi Bing, Γενικός Διευθυντής Επιχειρήσεων Φωτοβολταϊκών και Εμπορικών Προϊόντων και Υπηρεσιών της TÜV Rheinland Greater China, και ο κ. Shu Honghe, Γενικός Διευθυντής της Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., παρευρέθηκαν στην τελετή απονομής και παρακολούθησαν τα αποτελέσματα αυτής της συνεργασίας.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Ιουνίου 2025