Морские и плавучие солнечные установки демонстрируют стремительный рост, поскольку застройщики стремятся использовать неиспользуемые водные поверхности и снизить конкуренцию за землю. Рынок плавучих солнечных фотоэлектрических установок оценивался в 7,7 млрд долларов США в 2024 году и, по прогнозам, будет устойчиво расти в ближайшее десятилетие благодаря технологическому прогрессу в области материалов и систем швартовки, а также политике поддержки во многих регионах. В этом контексте морские фотоэлектрические кабели становятся критически важными компонентами: они должны выдерживать воздействие соленой воды, ультрафиолетового излучения, механическое воздействие волн и биологическое обрастание в течение длительного срока службы. Стандарт 2PfG 2962, разработанный TÜV Rheinland (основанный на знаке TÜV Bauart Mark), специально решает эти проблемы, определяя требования к испытаниям производительности и сертификации кабелей для морских фотоэлектрических установок.
В данной статье рассматривается, как производители могут выполнить требования 2PfG 2962 с помощью надежных методов тестирования производительности и проектирования.
1. Обзор стандарта 2PfG 2962
Стандарт 2PfG 2962 – это спецификация TÜV Rheinland, разработанная для фотоэлектрических кабелей, предназначенных для морского и плавучего применения. Он основан на общих стандартах для фотоэлектрических кабелей (например, IEC 62930/EN 50618 для наземных фотоэлектрических систем), но добавляет строгие испытания на воздействие соленой воды, ультрафиолетового излучения, механической усталости и других факторов, характерных для морской среды. Стандарт направлен на обеспечение электробезопасности, механической целостности и долговечности в сложных условиях морской среды. Он распространяется на кабели постоянного тока с номинальным напряжением до 1500 В, используемые в прибрежных и плавучих фотоэлектрических системах, требуя постоянного контроля качества производства, чтобы сертифицированные кабели массового производства соответствовали испытанным прототипам.
2. Экологические и эксплуатационные проблемы морских фотоэлектрических кабелей
Морская среда создает множество одновременных факторов нагрузки на кабели:
Коррозия под воздействием соленой воды и химическое воздействие: Постоянное или периодическое погружение в морскую воду может привести к повреждению покрытия проводника и разрушению полимерных оболочек.
Старение под воздействием ультрафиолетового излучения и солнечного света: прямое воздействие солнечных лучей на плавучие массивы ускоряет охрупчивание полимеров и растрескивание поверхности.
Экстремальные температуры и циклические перепады температур: суточные и сезонные колебания температуры вызывают циклы расширения/сжатия, что создает нагрузку на изоляционные соединения.
Механические напряжения: Волнение и ветровое движение приводят к динамическому изгибу, деформации и потенциальному истиранию о поплавки или швартовное оборудование.
Биологическое обрастание и морские организмы: рост водорослей, морских желудей или колоний микроорганизмов на поверхности кабеля может изменить теплоотдачу и привести к появлению локальных напряжений.
Факторы, специфичные для установки: обращение во время развертывания (например, разматывание барабана), изгибание вокруг соединителей и натяжение в точках подключения.
Эти комбинированные факторы существенно отличаются от наземных массивов, что требует проведения специализированных испытаний в соответствии с 2PfG 2962 для имитации реалистичных морских условий.
3. Требования к тестированию производительности ядра в соответствии с 2PfG 2962
Основные испытания производительности, предписанные 2PfG 2962, обычно включают в себя:
Испытания электроизоляции и диэлектрика: испытания на выдерживание высокого напряжения (например, испытания постоянным напряжением) в воде или камерах влажности для подтверждения отсутствия пробоя в условиях погружения.
Сопротивление изоляции с течением времени: мониторинг сопротивления изоляции, когда кабели находятся в соленой воде или влажной среде, для обнаружения проникновения влаги.
Проверки выдерживаемого напряжения и частичных разрядов: обеспечение способности изоляции выдерживать проектное напряжение плюс запас прочности без частичных разрядов даже после старения.
Механические испытания: Испытания на прочность на растяжение и удлинение изоляционных и оболочных материалов после циклов воздействия; испытания на усталость при изгибе, имитирующие изгиб под действием волн.
Испытания на гибкость и многократный изгиб: многократный изгиб на оправках или динамических испытательных стендах на изгиб для имитации волнового движения.
Стойкость к истиранию: Имитация контакта с поплавками или элементами конструкции, возможно с использованием абразивных сред, для оценки долговечности оболочки.
4. Испытания на старение под воздействием окружающей среды
Солевой туман или погружение в имитированную морскую воду на продолжительное время для оценки коррозии и деградации полимеров.
Камеры УФ-облучения (ускоренное выветривание) для оценки поверхностной хрупкости, изменения цвета и образования трещин.
Оценки гидролиза и влагопоглощения, часто посредством длительного замачивания и последующего механического испытания.
Термоциклирование: циклическое воздействие низких и высоких температур в контролируемых камерах для выявления расслоения изоляции или образования микротрещин.
Химическая стойкость: воздействие масел, топлива, чистящих средств или противообрастающих составов, обычно встречающихся в морской среде.
Огнестойкость или пожаробезопасность: для определенных установок (например, закрытых модулей) проверка того, что кабели соответствуют пределам распространения пламени (например, IEC 60332-1).
Долгосрочное старение: ускоренные испытания на долговечность, сочетающие воздействие температуры, ультрафиолета и соли, для прогнозирования срока службы и установления интервалов технического обслуживания.
Эти испытания гарантируют, что кабели сохранят электрические и механические характеристики в течение ожидаемого многолетнего срока службы при использовании морских фотоэлектрических систем.
5. Интерпретация результатов испытаний и определение видов отказов
После тестирования:
Распространенные модели деградации: трещины изоляции из-за УФ-излучения или циклического изменения температуры; коррозия проводника или изменение цвета из-за проникновения соли; водяные карманы, указывающие на нарушение герметичности.
Анализ тенденций сопротивления изоляции: постепенное снижение сопротивления при испытаниях на замачивание может указывать на неоптимальную формулу материала или недостаточность барьерных слоев.
Показатели механического отказа: потеря прочности на растяжение после старения свидетельствует о хрупкости полимера; уменьшение удлинения указывает на увеличение жесткости.
Оценка риска: сравнение оставшихся запасов прочности с ожидаемыми рабочими напряжениями и механическими нагрузками; оценка достижимости целей по сроку службы (например, 25+ лет).
Обратная связь: результаты испытаний позволяют вносить коррективы в материалы (например, более высокую концентрацию УФ-стабилизатора), корректировать конструкцию (например, более толстые слои оболочки) или улучшать технологический процесс (например, параметры экструзии). Документирование этих корректировок критически важно для воспроизводимости производства.
Систематическая интерпретация лежит в основе постоянного совершенствования и соответствия
6. Выбор материалов и стратегии проектирования в соответствии с 2PfG 2962
Основные соображения:
Выбор проводника: стандартно используются медные проводники; луженая медь может оказаться предпочтительнее из-за повышенной стойкости к коррозии в условиях соленой воды.
Изоляционные составы: сшитые полиолефины (XLPO) или специально разработанные полимеры с УФ-стабилизаторами и добавками, устойчивыми к гидролизу, для сохранения гибкости на протяжении десятилетий.
Материалы оболочки: прочные оболочки из композитных материалов с антиоксидантами, поглотителями УФ-излучения и наполнителями, устойчивыми к истиранию, воздействию солевых брызг и экстремальных температур.
Многослойные структуры: Многослойные конструкции могут включать внутренние полупроводниковые слои, влагозащитные пленки и внешние защитные оболочки для предотвращения проникновения воды и механических повреждений.
Добавки и наполнители: использование антипиренов (при необходимости), противогрибковых или антимикробных средств для ограничения эффекта биообрастания, а также модификаторов ударопрочности для сохранения механических характеристик.
Армирование или усиление: для глубоководных или высоконагруженных плавучих систем добавление плетеного металлического или синтетического усиления для выдерживания растягивающих нагрузок без ущерба для гибкости.
Стабильность производства: точный контроль рецептур смешивания, температур экструзии и скоростей охлаждения для обеспечения единообразных свойств материала от партии к партии.
Выбор материалов и конструкций с проверенными эксплуатационными характеристиками в аналогичных морских или промышленных условиях помогает более предсказуемо соответствовать требованиям 2PfG 2962.
7. Контроль качества и постоянство производства
Поддержание сертификации в условиях массового производства требует:
Внутритрубные проверки: регулярные проверки размеров (размера проводника, толщины изоляции), визуальный осмотр на предмет дефектов поверхности и проверка сертификатов партии материалов.
Пример графика испытаний: периодический отбор проб для ключевых испытаний (например, сопротивления изоляции, испытаний на растяжение), воспроизводящих условия сертификации, для раннего обнаружения отклонений.
Прослеживаемость: документирование номеров партий сырья, параметров компаундирования и условий производства для каждой партии кабеля для проведения анализа первопричин в случае возникновения проблем.
Квалификация поставщиков: обеспечение постоянного соответствия поставщиков полимеров и добавок спецификациям (например, показателям стойкости к УФ-излучению, содержанию антиоксидантов).
Готовность к аудиту третьей стороной: ведение подробных записей испытаний, журналов калибровки и документов по контролю производства для аудитов или повторной сертификации TÜV Rheinland.
Надежные системы управления качеством (например, ISO 9001), интегрированные с требованиями сертификации, помогают производителям поддерживать соответствие требованиям.
долгосрочный
Сертификат TÜV 2PfG 2962 компании Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
11 июня 2025 года, в ходе 18-й (2025) Международной конференции и выставки по солнечной фотоэлектрической и интеллектуальной энергетике (SNEC PV+2025), компания TÜV Rheinland выдала сертификат типа TÜV Bauart Mark на кабели для морских фотоэлектрических систем, соответствующий стандарту 2PfG 2962, компании Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (далее – «Weihexiang»). На церемонии награждения присутствовали г-н Ши Бин, генеральный директор подразделения компонентов для солнечной энергетики, коммерческих продуктов и услуг TÜV Rheinland Greater China, и г-н Шу Хунхэ, генеральный директор Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd.
Время публикации: 24 июня 2025 г.