Gli impianti solari offshore e galleggianti hanno registrato una rapida crescita, poiché gli sviluppatori cercano di sfruttare le superfici d'acqua sottoutilizzate e ridurre la concorrenza con i terreni. Il mercato del solare fotovoltaico galleggiante è stato valutato a 7,7 miliardi di dollari nel 2024 e si prevede che crescerà costantemente nel prossimo decennio, trainato dai progressi tecnologici nei materiali e nei sistemi di ormeggio, nonché dalle politiche di supporto in molte regioni. In questo contesto, i cavi fotovoltaici marini diventano componenti critici: devono resistere all'acqua salata aggressiva, all'esposizione ai raggi UV, allo stress meccanico delle onde e al biofouling per una lunga durata. Lo standard 2PfG 2962 del TÜV Rheinland (che ha portato al marchio TÜV Bauart) affronta specificamente queste sfide definendo i requisiti di test e certificazione delle prestazioni per i cavi nelle applicazioni fotovoltaiche marine.
In questo articolo viene esaminato il modo in cui i produttori possono soddisfare i requisiti della norma 2PfG 2962 mediante solide pratiche di progettazione e test delle prestazioni.
1. Panoramica dello standard 2PfG 2962
Lo standard 2PfG 2962 è una specifica TÜV Rheinland specifica per cavi fotovoltaici destinati ad applicazioni marine e galleggianti. Si basa sulle norme generali per i cavi fotovoltaici (ad esempio, IEC 62930 / EN 50618 per impianti fotovoltaici terrestri), ma aggiunge rigorosi test per acqua salata, raggi UV, fatica meccanica e altri fattori di stress specifici per l'ambiente marino. Gli obiettivi dello standard includono la garanzia della sicurezza elettrica, dell'integrità meccanica e della durata a lungo termine in condizioni offshore variabili e impegnative. Si applica ai cavi CC con tensione nominale tipicamente fino a 1.500 V utilizzati in impianti fotovoltaici costieri e galleggianti, richiedendo un controllo di qualità costante in produzione affinché i cavi certificati in produzione di massa corrispondano ai prototipi testati.
2. Sfide ambientali e operative per i cavi fotovoltaici marini
Gli ambienti marini impongono molteplici fattori di stress simultanei sui cavi:
Corrosione da acqua salata ed esposizione a sostanze chimiche: l'immersione continua o intermittente in acqua di mare può attaccare la placcatura dei conduttori e degradare le guaine polimeriche.
Invecchiamento causato da radiazioni UV e luce solare: l'esposizione diretta al sole su array galleggianti accelera la fragilità dei polimeri e la formazione di crepe superficiali.
Temperature estreme e cicli termici: le variazioni di temperatura giornaliere e stagionali causano cicli di espansione/contrazione, sollecitando i legami isolanti.
Sollecitazioni meccaniche: il moto ondoso e il movimento provocato dal vento provocano flessioni e piegature dinamiche e potenziali abrasioni contro galleggianti o attrezzature di ormeggio.
Biofouling e organismi marini: la crescita di alghe, cirripedi o colonie microbiche sulle superfici dei cavi può alterare la dissipazione termica e aggiungere stress localizzati.
Fattori specifici dell'installazione: movimentazione durante l'installazione (ad esempio svolgimento del tamburo), piegatura attorno ai connettori e tensione nei punti terminali.
Questi fattori combinati differiscono notevolmente dagli array terrestri, rendendo necessari test personalizzati ai sensi della norma 2PfG 2962 per simulare condizioni marine realistiche.
3. Requisiti di test delle prestazioni di base secondo 2PfG 2962
I test di prestazione chiave previsti da 2PfG 2962 in genere includono:
Test di isolamento elettrico e dielettrici: test di tenuta ad alta tensione (ad esempio test di tensione CC) in camere ad acqua o umidità per confermare l'assenza di guasti in condizioni di immersione.
Resistenza di isolamento nel tempo: monitoraggio della resistenza di isolamento quando i cavi vengono immersi in acqua salata o in ambienti umidi per rilevare l'ingresso di umidità.
Controlli di tenuta alla tensione e di scarica parziale: assicurarsi che l'isolamento possa tollerare la tensione di progetto più un margine di sicurezza senza scarica parziale, anche dopo l'invecchiamento.
Prove meccaniche: prove di resistenza alla trazione e di allungamento dei materiali isolanti e di guaina dopo cicli di esposizione; prove di fatica a flessione che simulano la flessione indotta dalle onde.
Flessibilità e test di flessione ripetuti: flessione ripetuta su mandrini o banchi di prova di flessione dinamica per imitare il moto ondoso.
Resistenza all'abrasione: simulazione del contatto con galleggianti o elementi strutturali, eventualmente utilizzando mezzi abrasivi, per valutare la durabilità della guaina.
4. Test di invecchiamento ambientale
Nebbia salina o immersione in acqua di mare simulata per periodi prolungati per valutare la corrosione e la degradazione dei polimeri.
Camere di esposizione ai raggi UV (invecchiamento accelerato) per valutare la fragilità superficiale, il cambiamento di colore e la formazione di crepe.
Valutazioni dell'idrolisi e dell'assorbimento dell'umidità, spesso tramite ammollo prolungato e successivi test meccanici.
Cicli termici: cicli tra temperature basse e alte in camere controllate per rivelare la delaminazione o le microfratture dell'isolamento.
Resistenza chimica: esposizione a oli, carburanti, detergenti o composti antivegetativi comunemente presenti in ambienti marini.
Resistenza alla fiamma o comportamento al fuoco: per installazioni specifiche (ad esempio moduli chiusi), verificare che i cavi rispettino i limiti di propagazione della fiamma (ad esempio IEC 60332-1).
Invecchiamento a lungo termine: test di durata accelerati che combinano temperatura, raggi UV ed esposizione al sale per prevedere la durata utile e stabilire gli intervalli di manutenzione.
Questi test garantiscono che i cavi mantengano le prestazioni elettriche e meccaniche per tutta la durata di vita prevista di diversi decenni nelle installazioni fotovoltaiche marine
5. Interpretazione dei risultati dei test e identificazione delle modalità di guasto
Dopo il test:
Modelli di degradazione comuni: crepe nell'isolamento dovute a raggi UV o cicli termici; corrosione o scolorimento dei conduttori dovuto all'ingresso di sale; sacche d'acqua che indicano guasti alle guarnizioni.
Analisi delle tendenze della resistenza dell'isolamento: un graduale calo durante i test di immersione può indicare una formulazione del materiale non ottimale o strati barriera insufficienti.
Indicatori di guasto meccanico: la perdita di resistenza alla trazione dopo l'invecchiamento suggerisce la fragilità del polimero; un allungamento ridotto indica un aumento della rigidità.
Valutazione del rischio: confronto dei margini di sicurezza rimanenti con le tensioni operative e i carichi meccanici previsti; valutazione della realizzabilità degli obiettivi di durata utile (ad esempio, 25+ anni).
Ciclo di feedback: i risultati dei test influenzano le modifiche dei materiali (ad esempio, concentrazioni più elevate di stabilizzanti UV), le modifiche progettuali (ad esempio, strati di guaina più spessi) o i miglioramenti di processo (ad esempio, parametri di estrusione). Documentare queste modifiche è fondamentale per la ripetibilità della produzione.
L'interpretazione sistematica sostiene il miglioramento continuo e la conformità
6. Selezione dei materiali e strategie di progettazione per conformarsi a 2PfG 2962
Considerazioni chiave:
Scelta dei conduttori: i conduttori standard sono in rame; per una maggiore resistenza alla corrosione in ambienti con acqua salata, si può preferire il rame stagnato.
Composti isolanti: poliolefine reticolate (XLPO) o polimeri appositamente formulati con stabilizzanti UV e additivi resistenti all'idrolisi per mantenere la flessibilità per decenni.
Materiali della guaina: robusti composti di rivestimento con antiossidanti, assorbitori UV e riempitivi per resistere all'abrasione, alla nebbia salina e alle temperature estreme.
Strutture a strati: le strutture multistrato possono comprendere strati semiconduttivi interni, pellicole barriera contro l'umidità e guaine protettive esterne per bloccare l'ingresso di acqua e i danni meccanici.
Additivi e riempitivi: utilizzo di ritardanti di fiamma (ove necessario), agenti antimicotici o antimicrobici per limitare gli effetti del biofouling e modificatori di impatto per preservare le prestazioni meccaniche.
Armatura o rinforzo: per sistemi galleggianti in acque profonde o ad alto carico, aggiunta di rinforzo sintetico o metallico intrecciato per resistere ai carichi di trazione senza compromettere la flessibilità.
Uniformità di produzione: controllo preciso delle ricette di compounding, delle temperature di estrusione e delle velocità di raffreddamento per garantire proprietà dei materiali uniformi da lotto a lotto.
La selezione di materiali e progetti con prestazioni comprovate in applicazioni marine o industriali analoghe aiuta a soddisfare i requisiti 2PfG 2962 in modo più prevedibile
7. Controllo di qualità e coerenza della produzione
Mantenere la certificazione nelle richieste di produzione in serie:
Ispezioni in linea: controlli dimensionali regolari (dimensione del conduttore, spessore dell'isolamento), ispezioni visive per difetti superficiali e verifica dei certificati dei lotti dei materiali.
Programma di test campione: campionamento periodico per test chiave (ad esempio, resistenza di isolamento, test di trazione) replicando le condizioni di certificazione per rilevare tempestivamente le derive.
Tracciabilità: documentazione dei numeri di lotto delle materie prime, dei parametri di composizione e delle condizioni di produzione per ogni lotto di cavi per consentire analisi delle cause principali in caso di problemi.
Qualificazione del fornitore: garantire che i fornitori di polimeri e additivi rispettino costantemente le specifiche (ad esempio, valutazioni di resistenza ai raggi UV, contenuto di antiossidanti).
Preparazione agli audit di terze parti: mantenimento di registri di prova accurati, registri di taratura e documenti di controllo della produzione per gli audit o la ricertificazione TÜV Rheinland.
Sistemi di gestione della qualità robusti (ad esempio, ISO 9001) integrati con requisiti di certificazione aiutano i produttori a mantenere la conformità
a lungo termine
Certificazione TÜV 2PfG 2962 di Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
L'11 giugno 2025, durante la 18a Conferenza ed Esposizione Internazionale sul Solare Fotovoltaico e l'Energia Intelligente (SNEC PV+2025), TÜV Rheinland ha rilasciato a Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (di seguito denominata "Weihexiang") un certificato di certificazione di tipo TÜV Bauart Mark per cavi per sistemi fotovoltaici offshore basato sullo standard 2PfG 2962. Il Sig. Shi Bing, Direttore Generale del Settore Componenti per Prodotti e Servizi Solari e Commerciali di TÜV Rheinland Greater China, e il Sig. Shu Honghe, Direttore Generale di Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., hanno partecipato alla cerimonia di premiazione e hanno potuto constatare i risultati di questa collaborazione.
Data di pubblicazione: 24 giugno 2025