Pobřežní a plovoucí solární instalace zaznamenaly rychlý růst, protože developeři se snaží využít nedostatečně využívané vodní plochy a omezit konkurenci na pevnině. Trh s plovoucími solárními panely byl v roce 2024 oceněn na 7,7 miliardy USD a předpokládá se, že v nadcházejícím desetiletí bude stabilně růst, a to díky technologickému pokroku v materiálech a kotvicích systémech, jakož i podpůrným politikám v mnoha regionech. V této souvislosti se mořské fotovoltaické kabely stávají klíčovými komponenty: musí po dlouhou dobu odolávat drsné slané vodě, vystavení UV záření, mechanickému namáhání vlnami a biologickému znečištění. Norma 2PfG 2962 od TÜV Rheinland (vedoucí k označení TÜV Bauart Mark) se těmito výzvami konkrétně zabývá definováním požadavků na testování výkonu a certifikaci kabelů v mořských fotovoltaických aplikacích.
Tento článek zkoumá, jak mohou výrobci splnit požadavky normy 2PfG 2962 prostřednictvím robustních postupů testování výkonu a návrhu.
1. Přehled normy 2PfG 2962
Norma 2PfG 2962 je specifikace TÜV Rheinland přizpůsobená pro fotovoltaické kabely určené pro námořní a plovoucí aplikace. Vychází z obecných norem pro fotovoltaické kabely (např. IEC 62930 / EN 50618 pro pozemní fotovoltaické systémy), ale přidává přísné testy na slanou vodu, UV záření, mechanickou únavu a další specifické namáhače pro mořské prostředí. Mezi cíle normy patří zajištění elektrické bezpečnosti, mechanické integrity a dlouhodobé trvanlivosti za proměnlivých a náročných podmínek na moři. Vztahuje se na stejnosměrné kabely s jmenovitým napětím obvykle do 1 500 V používané v pobřežních a plovoucích fotovoltaických systémech, což vyžaduje konzistentní kontrolu kvality výroby, aby certifikované kabely v hromadné výrobě odpovídaly testovaným prototypům.
2. Environmentální a provozní problémy s mořskými fotovoltaickými kabely
Mořské prostředí vystavuje kabely souběžnému namáhání několika faktorů:
Koroze slané vody a chemická expozice: Nepřetržité nebo přerušované ponoření do mořské vody může poškodit pokovování vodičů a degradovat polymerní pláště.
Stárnutí způsobené UV zářením a slunečním zářením: Přímé sluneční záření na plovoucí pole urychluje křehnutí polymerů a povrchové praskání.
Teplotní extrémy a tepelné cykly: Denní a sezónní teplotní výkyvy způsobují cykly roztahování/smršťování, které namáhají izolační spoje.
Mechanické namáhání: Vlnný pohyb a pohyb větrem vedou k dynamickému ohýbání, deformaci a potenciálnímu oděru o plováky nebo kotevní úchyty.
Biologické znečištění a mořské organismy: Růst řas, vilejšů nebo mikrobiálních kolonií na povrchu kabelů může změnit odvod tepla a přidat lokální namáhání.
Faktory specifické pro instalaci: Manipulace během nasazování (např. odvíjení bubnu), ohýbání kolem konektorů a napětí v bodech zakončení.
Tyto kombinované faktory se výrazně liší od pozemních polí, což vyžaduje přizpůsobené testování podle 2PfG 2962 pro simulaci realistických mořských podmínek.
3. Požadavky na testování základních funkcí podle 2PfG 2962
Klíčové výkonnostní testy nařízené 2PfG 2962 obvykle zahrnují:
Zkoušky elektrické izolace a dielektrické zkoušky: Zkoušky odolnosti vůči vysokému napětí (např. zkoušky stejnosměrným napětím) ve vodních nebo vlhkostních komorách k potvrzení, že nedochází k průrazu za podmínek ponoření.
Izolační odpor v čase: Monitorování izolačního odporu, když jsou kabely namočené ve slané vodě nebo vlhkém prostředí, za účelem detekce vnikání vlhkosti.
Kontroly napěťové odolnosti a částečného vybití: Zajištění, aby izolace snesla konstrukční napětí plus bezpečnostní rezervu bez částečného vybití, a to i po stárnutí.
Mechanické zkoušky: Zkoušky pevnosti v tahu a prodloužení izolačních a plášťových materiálů po expozičních cyklech; zkoušky únavy v ohybu simulující ohyb vyvolaný vlněním.
Zkoušky flexibility a opakovaného ohybu: Opakované ohýbání nad trny nebo dynamickými zkušebními zařízeními pro napodobení vlnového pohybu.
Odolnost proti oděru: Simulace kontaktu s plováky nebo konstrukčními prvky, případně s použitím abrazivních médií, pro posouzení trvanlivosti pláště.
4. Zkoušky stárnutí vlivem prostředí
Solná mlha nebo ponoření do simulované mořské vody po delší dobu za účelem vyhodnocení koroze a degradace polymerů.
UV expoziční komory (urychlené zvětrávání) pro posouzení povrchového křehnutí, změny barvy a tvorby trhlin.
Vyhodnocení hydrolýzy a absorpce vlhkosti, často prostřednictvím prodlouženého namáčení a následného mechanického testování.
Tepelné cyklování: Cyklování mezi nízkými a vysokými teplotami v kontrolovaných komorách za účelem odhalení delaminace izolace nebo mikrotrhlin.
Chemická odolnost: Vystavení olejům, palivům, čisticím prostředkům nebo látkám proti usazování látek, které se běžně vyskytují v mořském prostředí.
Odolnost proti plameni nebo chování při hoření: U specifických instalací (např. uzavřené moduly) kontrola, zda kabely splňují limity šíření plamene (např. IEC 60332-1).
Dlouhodobé stárnutí: Zrychlené testy životnosti kombinující vystavení teplotě, UV záření a soli pro předpověď životnosti a stanovení intervalů údržby.
Tyto testy zajišťují, že si kabely zachovají elektrický a mechanický výkon po celou očekávanou životnost v délce několika desetiletí v námořních fotovoltaických systémech.
5. Interpretace výsledků testů a identifikace způsobů selhání
Po testování:
Běžné vzorce degradace: Praskliny v izolaci v důsledku UV záření nebo tepelných cyklů; koroze nebo změna barvy vodičů v důsledku vniknutí soli; vodní kapsy indikující selhání těsnění.
Analýza trendů izolačního odporu: Postupný pokles v testech namáčení může signalizovat neoptimální složení materiálu nebo nedostatečné bariérové vrstvy.
Indikátory mechanického selhání: Ztráta pevnosti v tahu po stárnutí naznačuje křehnutí polymeru; snížené prodloužení naznačuje zvýšení tuhosti.
Posouzení rizik: Porovnání zbývajících bezpečnostních rezerv s očekávaným provozním napětím a mechanickým zatížením; posouzení, zda jsou dosažitelné cíle životnosti (např. 25+ let).
Zpětná vazba: Výsledky testů informují o úpravách materiálu (např. vyšší koncentrace UV stabilizátoru), konstrukčních úpravách (např. silnější vrstvy pláště) nebo vylepšeních procesu (např. parametry extruze). Dokumentace těchto úprav je klíčová pro opakovatelnost výroby.
Systematická interpretace je základem neustálého zlepšování a dodržování předpisů
6. Výběr materiálů a konstrukční strategie pro splnění požadavků normy 2PfG 2962
Klíčové aspekty:
Volba vodičů: Standardně se používají měděné vodiče; pro zvýšenou odolnost proti korozi v prostředí se slanou vodou může být upřednostňována pocínovaná měď.
Izolační směsi: Zesítěné polyolefiny (XLPO) nebo speciálně formulované polymery s UV stabilizátory a přísadami odolnými proti hydrolýze pro zachování flexibility po celá desetiletí.
Materiály pláště: Robustní plášťové směsi s antioxidanty, UV absorbéry a plnivy odolné proti oděru, solné mlze a teplotním extrémům.
Vrstvené struktury: Vícevrstvé konstrukce mohou zahrnovat vnitřní polovodivé vrstvy, fólie proti vlhkosti a vnější ochranné pláště, které blokují průnik vody a mechanické poškození.
Přísady a plniva: Použití zpomalovačů hoření (pokud je to nutné), antimykotických nebo antimikrobiálních činidel k omezení účinků biologického znečištění a modifikátorů rázové houževnatosti k zachování mechanických vlastností.
Pancéřování nebo výztuž: U plovoucích systémů pro hlubokou vodu nebo s vysokým zatížením se přidává opletená kovová nebo syntetická výztuž, která odolává tahovému zatížení bez kompromisů v flexibilitě.
Konzistence výroby: Přesná kontrola receptur směsí, teplot extruze a rychlostí chlazení pro zajištění jednotných vlastností materiálu v jednotlivých šaržích.
Výběr materiálů a konstrukcí s osvědčeným výkonem v analogických námořních nebo průmyslových aplikacích pomáhá předvídatelněji splňovat požadavky normy 2PfG 2962.
7. Kontrola kvality a konzistence výroby
Požadavky na udržení certifikace v oblasti objemové výroby:
Inspekce v síti: Pravidelné kontroly rozměrů (průměr vodiče, tloušťka izolace), vizuální kontroly povrchových vad a ověřování certifikátů šarží materiálu.
Harmonogram zkoušek vzorků: Pravidelný odběr vzorků pro klíčové testy (např. izolační odpor, zkoušky tahem) replikující certifikační podmínky pro včasnou detekci posunů.
Sledovatelnost: Dokumentace čísel šarží surovin, parametrů míchání a výrobních podmínek pro každou šarži kabelů, aby bylo možné v případě vzniku problémů analyzovat jejich příčiny.
Kvalifikace dodavatele: Zajištění toho, aby dodavatelé polymerů a přísad důsledně splňovali specifikace (např. odolnost proti UV záření, obsah antioxidantů).
Připravenost na audit třetí strany: Vedení důkladných záznamů o zkouškách, kalibračních protokolů a dokumentace kontroly výroby pro audity TÜV Rheinland nebo recertifikaci.
Robustní systémy řízení kvality (např. ISO 9001) integrované s certifikačními požadavky pomáhají výrobcům udržovat shodu s předpisy
dlouhodobý
Certifikace TÜV 2PfG 2962 od společnosti Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
Dne 11. června 2025, během 18. mezinárodní konference a veletrhu o solární fotovoltaice a inteligentní energii (SNEC PV+2025), vydala společnost TÜV Rheinland společnosti Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (dále jen „Weihexiang“) certifikát typu TÜV Bauart Mark pro kabely pro pobřežní fotovoltaické systémy na základě normy 2PfG 2962. Slavnostního předávání cen se zúčastnili pan Shi Bing, generální ředitel divize solárních a komerčních produktů a servisních komponentů společnosti TÜV Rheinland Greater China, a pan Shu Honghe, generální ředitel společnosti Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., a byli svědky výsledků této spolupráce.
Čas zveřejnění: 24. června 2025