Офшорните и плаващите слънчеви инсталации отбелязаха бърз растеж, тъй като разработчиците се стремят да използват недостатъчно използвани водни повърхности и да намалят конкуренцията на сушата. Пазарът на плаващи слънчеви фотоволтаични системи беше оценен на 7,7 милиарда щатски долара през 2024 г. и се очаква да расте стабилно през следващото десетилетие, воден от технологичния напредък в материалите и системите за акостиране, както и от подкрепящите политики в много региони. В този контекст морските фотоволтаични кабели се превръщат в критични компоненти: те трябва да издържат на сурови условия на солена вода, UV лъчение, механично натоварване от вълни и биообрастване през дълъг експлоатационен живот. Стандартът 2PfG 2962 на TÜV Rheinland (водещ до маркировката TÜV Bauart) специално разглежда тези предизвикателства, като определя изискванията за изпитване на производителността и сертифициране на кабели в морски фотоволтаични приложения.
Тази статия разглежда как производителите могат да отговорят на изискванията на 2PfG 2962 чрез надеждни практики за тестване на производителността и проектиране.
1. Общ преглед на стандарта 2PfG 2962
Стандартът 2PfG 2962 е спецификация на TÜV Rheinland, разработена за фотоволтаични кабели, предназначени за морски и плаващи приложения. Той се основава на общите норми за фотоволтаични кабели (напр. IEC 62930 / EN 50618 за наземни фотоволтаични системи), но добавя строги тестове за солена вода, UV лъчи, механична умора и други специфични за морето стресови фактори. Целите на стандарта включват осигуряване на електрическа безопасност, механична цялост и дългосрочна издръжливост при променливи, взискателни офшорни условия. Той се прилага за DC кабели с номинално напрежение обикновено до 1500 V, използвани в крайбрежни и плаващи фотоволтаични системи, изискващи постоянен контрол на качеството на производството, така че сертифицираните кабели в масово производство да съответстват на тестваните прототипи.
2. Екологични и оперативни предизвикателства за морските фотоволтаични кабели
Морската среда налага множество едновременни стресови фактори върху кабелите:
Корозия в солена вода и химическо излагане: Непрекъснатото или периодично потапяне в морска вода може да атакува покритието на проводника и да разгради полимерните обвивки.
UV радиация и стареене, предизвикано от слънчева светлина: Директното излагане на слънце върху плаващи решетки ускорява крехкостта на полимерите и напукването на повърхността.
Температурни екстремуми и термични цикли: Дневните и сезонните температурни колебания причиняват цикли на разширяване/свиване, натоварвайки изолационните връзки.
Механични напрежения: Вълновото движение и движението, предизвикано от вятъра, водят до динамично огъване, деформация и потенциално износване по поплавъците или швартовните устройства.
Биологично замърсяване и морски организми: Растежът на водорасли, ракообразни или микробни колонии върху повърхностите на кабелите може да промени разсейването на топлината и да добави локализирани напрежения.
Специфични за инсталацията фактори: Манипулиране по време на разгръщане (напр. развиване на барабан), огъване около конекторите и опъване в точките на завършване.
Тези комбинирани фактори се различават значително от наземните антенни решетки, което налага специално тестване съгласно 2PfG 2962, за да се симулират реалистични морски условия.
3. Изисквания за тестване на основните характеристики съгласно 2PfG 2962
Ключовите тестове за ефективност, изисквани от 2PfG 2962, обикновено включват:
Изпитвания на електрическа изолация и диелектрични тестове: Изпитвания за устойчивост на високо напрежение (напр. тестове с постоянно напрежение) във вода или камери за влажност, за да се потвърди липсата на пробив при условия на потапяне.
Изолационно съпротивление във времето: Мониторинг на изолационното съпротивление, когато кабелите са накиснати в солена вода или влажна среда, за да се открие проникване на влага.
Проверки за устойчивост на напрежение и частичен разряд: Осигуряване, че изолацията може да понесе проектното напрежение плюс запас за безопасност без частичен разряд, дори след стареене.
Механични изпитвания: Изпитвания на якост на опън и удължение на изолационни и обвивни материали след цикли на излагане; изпитвания за умора при огъване, симулиращи предизвикано от вълни огъване.
Тестове за гъвкавост и многократно огъване: Многократно навеждане върху дорници или динамични стендове за изпитване на гъвкавост, за да се имитира движението на вълните.
Устойчивост на абразия: Симулиране на контакт с поплавъци или структурни елементи, евентуално с помощта на абразивни среди, за оценка на издръжливостта на обвивката.
4. Тестове за стареене в условия на околната среда
Солен спрей или потапяне в симулирана морска вода за продължителен период от време за оценка на корозията и разграждането на полимерите.
Камери за UV облъчване (ускорено атмосфероустойчивост) за оценка на повърхностното крехкост, промяната на цвета и образуването на пукнатини.
Оценки на хидролизата и абсорбцията на влага, често чрез продължително накисване и последващи механични изпитвания.
Термично циклиране: Циклично изменение между ниски и високи температури в контролирани камери за разкриване на разслояване или микропукнатини на изолацията.
Химична устойчивост: Излагане на масла, горива, почистващи препарати или противообрастващи съединения, често срещани в морска среда.
Забавяне на горенето или поведение при пожар: За специфични инсталации (напр. затворени модули), проверка дали кабелите отговарят на ограниченията за разпространение на пламъка (напр. IEC 60332-1).
Дългосрочно стареене: Ускорени тестове за експлоатационен живот, комбиниращи излагане на температура, UV лъчи и сол, за прогнозиране на експлоатационния живот и установяване на интервали за поддръжка.
Тези тестове гарантират, че кабелите запазват електрическите и механичните си характеристики през очаквания многодесетилетен живот в морските фотоволтаични инсталации.
5. Интерпретиране на резултатите от тестовете и идентифициране на режимите на отказ
След тестване:
Често срещани модели на деградация: Пукнатини в изолацията от UV или термично циклиране; корозия или обезцветяване на проводника от проникване на сол; водни джобове, показващи повреди на уплътненията.
Анализ на тенденциите в съпротивлението на изолацията: Постепенният спад при тестовете за накисване може да сигнализира за неоптимална формула на материала или недостатъчни бариерни слоеве.
Индикатори за механична повреда: Загубата на якост на опън след стареене предполага крехкост на полимера; намаленото удължение показва увеличение на твърдостта.
Оценка на риска: Сравняване на оставащите граници на безопасност спрямо очакваните работни напрежения и механични натоварвания; оценка дали целите за експлоатационен живот (напр. 25+ години) са постижими.
Обратна връзка: Резултатите от тестовете дават информация за корекции на материала (напр. по-високи концентрации на UV стабилизатор), промени в дизайна (напр. по-дебели слоеве на обвивката) или подобрения в процеса (напр. параметри на екструдиране). Документирането на тези корекции е от решаващо значение за повторяемостта на производството.
Систематичната интерпретация е в основата на непрекъснатото усъвършенстване и съответствие
6. Избор на материали и стратегии за проектиране, за да се съобразят с 2PfG 2962
Ключови съображения:
Избор на проводници: Медните проводници са стандартни; калайдисаната мед може да е за предпочитане за подобрена устойчивост на корозия в соленоводна среда.
Изолационни съединения: Омрежени полиолефини (XLPO) или специално формулирани полимери с UV стабилизатори и устойчиви на хидролиза добавки за поддържане на гъвкавост в продължение на десетилетия.
Материали за обвивката: Здрави обвивни съединения с антиоксиданти, UV абсорбатори и пълнители, устойчиви на абразия, солен спрей и температурни крайности.
Слоести структури: Многослойните конструкции могат да включват вътрешни полупроводникови слоеве, водоустойчиви филми и външни защитни обвивки, които блокират проникването на вода и механичните повреди.
Добавки и пълнители: Използване на забавители на горенето (където е необходимо), противогъбични или антимикробни агенти за ограничаване на ефектите от биологичното замърсяване и модификатори на удароустойчивостта за запазване на механичните характеристики.
Броня или армировка: За дълбоководни или високонатоварени плаващи системи, добавяне на плетена метална или синтетична армировка, за да издържи на опънни натоварвания, без да се прави компромис с гъвкавостта.
Последователност в производството: Прецизен контрол на рецептите за смесване, температурите на екструдиране и скоростите на охлаждане, за да се осигурят еднакви свойства на материала от партида на партида.
Изборът на материали и дизайни с доказана производителност в аналогични морски или промишлени приложения спомага за по-предсказуемо изпълнение на изискванията на 2PfG 2962
7. Контрол на качеството и постоянство на производството
Поддържането на сертификация при изисквания за обемно производство:
Инспекции на линията: Редовни проверки на размерите (размер на проводника, дебелина на изолацията), визуални проверки за повърхностни дефекти и проверка на сертификатите за партиди материали.
График за изпитване на проби: Периодично вземане на проби за ключови тестове (напр. съпротивление на изолацията, тестове на опън), възпроизвеждащи условията на сертифициране, за ранно откриване на отклонения.
Проследимост: Документиране на партидните номера на суровините, параметрите на смесване и производствените условия за всяка партида кабели, за да се даде възможност за анализ на първопричините, ако възникнат проблеми.
Квалификация на доставчика: Осигуряване на постоянно съответствие между доставчиците на полимери и добавки и спецификации (напр. устойчивост на UV лъчи, съдържание на антиоксиданти).
Готовност за одит от трети страни: Поддържане на подробни записи от тестове, дневници за калибриране и документи за производствен контрол за одити или повторно сертифициране от TÜV Rheinland.
Надеждните системи за управление на качеството (напр. ISO 9001), интегрирани с изискванията за сертифициране, помагат на производителите да поддържат съответствие
дългосрочен
Сертификация по TÜV 2PfG 2962 на Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
На 11 юни 2025 г., по време на 18-ата (2025 г.) Международна конференция и изложение за слънчева фотоволтаична и интелигентна енергия (SNEC PV+2025), TÜV Rheinland издаде сертификат за сертифициране на типа TÜV Bauart Mark за кабели за офшорни фотоволтаични системи, базирани на стандарта 2PfG 2962, на Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (наричана по-долу „Weihexiang“). Г-н Ши Бинг, генерален мениджър на бизнеса със слънчеви и търговски продукти и услуги на TÜV Rheinland Greater China, и г-н Шу Хонгхе, генерален мениджър на Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., присъстваха на церемонията по награждаването и станаха свидетели на резултатите от това сътрудничество.
Време на публикуване: 24 юни 2025 г.