Cavo Fotovoltaico Manufacturers

Resistenza ai raggi UV e invecchiamento termico: i due meccanismi di degrado che determinano la durata di servizio dei cavi fotovoltaici

Cavo fotovoltaico I pannelli solari sono esposti alla luce solare per tutta la loro vita operativa: nei sistemi su tetto ciò può significare un accumulo di irradianza diretta superiore a 10.000 ore nell'arco di 25 anni di vita progettuale del sistema, con temperature superficiali sui tetti esposti a sud che raggiungono regolarmente i 70–90°C durante le condizioni estive di punta. Questi due fattori, la radiazione ultravioletta e la temperatura elevata e prolungata, sono i principali meccanismi di degrado che separano i cavi fotovoltaici appositamente realizzati dai cavi per esterni generici e la comprensione della loro interazione aiuta a spiegare perché la selezione del materiale del cavo non è intercambiabile tra le categorie di prodotti.

Le radiazioni UV attaccano le catene polimeriche nell'isolamento e nella guaina attraverso un processo fotochimico chiamato fotoossidazione, che rompe i legami molecolari e infragilisce progressivamente il materiale. Il PVC standard, che è intrinsecamente instabile ai raggi UV senza l'aggiunta di stabilizzanti, può iniziare a mostrare screpolature superficiali e una maggiore fragilità entro tre-cinque anni dall'esposizione diretta al sole. Il polietilene reticolato (XLPE) e, più comunemente nelle applicazioni specifiche del fotovoltaico, i composti EVA reticolati o XLPO (poliolefine reticolate) resistono alla fotoossidazione in modo molto più efficace perché la loro struttura a rete polimerica tridimensionale limita la mobilità della catena e fornisce resistenza intrinseca alla scissione molecolare sotto esposizione ai raggi UV. Il processo di reticolazione, ottenuto mediante chimica del perossido o irradiazione con fascio di elettroni, aumenta anche la temperatura operativa continua del materiale dal limite di 70°C del polietilene termoplastico standard a 90°C o 120°C per le varianti XLPE utilizzate nelle applicazioni fotovoltaiche.

L'invecchiamento termico a temperature sostenute interagisce con la degradazione UV in modo non lineare: la temperatura elevata accelera le reazioni di ossidazione avviate dagli UV, il che significa che un cavo a 85°C si degrada significativamente più velocemente di quanto suggerirebbe la somma della temperatura individuale e degli effetti UV. La norma IEC 62930, lo standard internazionale per i cavi fotovoltaici, affronta questo problema richiedendo un test di invecchiamento termico esteso a 120°C per 3.000 ore oltre al test di esposizione ai raggi UV: una qualifica combinata che gli standard sui cavi per uso generale non includono. I cavi che riportano la marcatura CE ai sensi della norma IEC 62930 hanno superato entrambi i test con mantenimento definito dell'allungamento a rottura e della resistenza alla trazione, fornendo prove oggettive della durabilità del composto che le sole schede tecniche non possono fornire. Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. si qualifica cavo fotovoltaico s ai requisiti IEC 62930, garantendo che le prestazioni del composto siano convalidate attraverso test piuttosto che desunte dalle specifiche delle materie prime.

Valore nominale della tensione CC e differenza tra tensione del sistema, tensione a circuito aperto e valore nominale del cavo

Uno dei malintesi più importanti nella scelta dei cavi di un sistema fotovoltaico è la relazione tra la tensione CC nominale del sistema, la tensione massima a circuito aperto in condizioni di freddo e la tensione nominale del cavo stesso. Questi tre valori sono distinti e la scelta di un cavo valutato solo per la tensione nominale del sistema, senza tenere conto del massimo a circuito aperto e corretto per la temperatura, crea una condizione di stress di isolamento latente che potrebbe non produrre un guasto immediato ma accelererà l'invecchiamento dielettrico e può portare alla rottura dell'isolamento per anni nella vita del sistema.

In una stringa FV in silicio cristallino, la tensione a circuito aperto (Voc) di ciascun modulo aumenta al diminuire della temperatura della cella. Un modulo con una Voc nominale di 48 V in condizioni di test standard (25 °C) può produrre fino a 56–58 V a −10 °C, a seconda del coefficiente di temperatura della tensione (tipicamente da −0,3% a −0,4% per °C per il silicio cristallino). Per una stringa di 20 moduli di questo tipo, questa Voc a temperatura fredda raggiunge 1.100–1.160 V, potenzialmente superiore alla valutazione di 1.000 V di un cavo specificato semplicemente per "coprire la tensione nominale del sistema di 1.000 V". La norma IEC 60364-7-712 e la maggior parte dei codici di installazione fotovoltaici nazionali richiedono che la tensione del cavo copra il massimo Voc della stringa alla temperatura ambiente più bassa prevista nel sito di installazione, che per installazioni ad alta quota o in climi settentrionali può richiedere un cavo da 1.500 V anche per i sistemi progettati attorno a un ingresso dell'inverter da 1.000 V.

Il passaggio dalle architetture di sistema da 1.000 V a 1.500 V nel fotovoltaico su tetto commerciale e su scala industriale ha ulteriormente rafforzato questo requisito. A 1.500 V CC, lo stress di isolamento sui materiali dielettrici del cavo non è semplicemente superiore del 50% rispetto a 1.000 V: la probabilità di rottura dielettrica è una funzione fortemente non lineare dell'intensità del campo e il divario tra la tensione nominale e la tensione di tenuta effettiva si riduce significativamente a potenziali operativi più elevati. I cavi con tensione nominale di 1.500 V CC secondo IEC 62930 devono superare un test di tensione molto più impegnativo (6.000 V CA o CC equivalente) rispetto ai cavi con tensione nominale di 1.000 V, riflettendo le reali differenze nello spessore della parete isolante e nella qualità del composto richieste al livello di tensione più elevato.

Declassamento della capacità di trasporto di corrente nei cavi di stringhe FV in fasci e condotti

I valori di portata pubblicati nelle schede tecniche dei cavi si basano su un singolo cavo in aria libera a una temperatura ambiente di riferimento, condizioni che raramente riflettono l'effettiva pratica di installazione FV. In realtà, i cavi delle stringhe fotovoltaiche vengono generalmente raggruppati insieme in gruppi, instradati attraverso condotti, installati sotto le membrane del tetto con flusso d'aria limitato o posati a diretto contatto tra loro lungo passerelle portacavi su strutture di inseguimento. Ognuna di queste condizioni riduce la capacità del cavo di dissipare il calore, aumentando la temperatura del conduttore al di sopra del livello presupposto nella valutazione di portata pubblicata. Ignorare i fattori di declassamento porta a temperature del conduttore che superano il valore nominale continuo dell'isolamento, accelerando l'invecchiamento termico e aumentando la resistenza, il che a sua volta aumenta ulteriormente la temperatura operativa in un ciclo autorinforzante.

Il declassamento del raggruppamento è il fattore più significativo nelle tipiche installazioni fotovoltaiche. Quando più cavi che trasportano corrente sono in contatto termico o in stretta vicinanza, la produzione di calore di ciascun cavo aumenta la temperatura ambiente sperimentata dai suoi vicini. La norma IEC 60364-5-52 fornisce fattori di correzione del raggruppamento: due cavi in ​​contatto mantengono circa l'80% della loro portata individuale, quattro cavi raggruppati insieme mantengono circa il 65% e sei o più cavi possono trattenere solo il 57% o meno a seconda della geometria. Per un cavo di stringa da 25 A in aria libera raggruppato con altre cinque stringhe allo stesso livello di corrente, la portata ridotta per cavo può scendere a 14–15 A, al di sotto della corrente di cortocircuito della stringa in una giornata di elevato irraggiamento. Questa situazione richiede la selezione di una sezione trasversale del conduttore maggiore o la disposizione dei cavi in ​​configurazioni che forniscano un'adeguata separazione termica.

Il declassamento della temperatura ambiente aggiunge un secondo livello di correzione. I cavi fotovoltaici sui tetti nei climi caldi sperimentano regolarmente temperature ambiente di 50–60°C nello spazio tra la superficie del tetto e il cavo, rispetto alla temperatura di riferimento di 30°C utilizzata nelle tabelle di portata standard. Per i cavi fotovoltaici isolati XLPE con una temperatura nominale del conduttore di 90°C, l'aumento di temperatura consentito tra il limite ambientale e quello del conduttore è di soli 30–40°C in queste condizioni, rispetto ai 60°C del caso di riferimento, riducendo la portata a circa il 70% del valore tabulato prima che venga applicata qualsiasi correzione di raggruppamento. Zhishang Cable fornisce indicazioni sull'ampiezza specifiche dell'applicazione che tengono conto contemporaneamente sia del raggruppamento che della temperatura ambiente, consentendo ai progettisti di sistemi di selezionare sezioni trasversali dei conduttori appropriate per le effettive condizioni di installazione anziché fare affidamento su valori in aria libera pubblicati che sopravvalutano la capacità di corrente utilizzabile.

Compatibilità dei connettori e rischio nascosto di combinazioni cavo-connettore non corrispondenti

MC4 e connettori CC multicontatto simili sono diventati di fatto la terminazione standard per i cavi delle stringhe fotovoltaiche, ma il presupposto che qualsiasi cavo compatibile con MC4 e qualsiasi connettore MC4 di diversi produttori possano essere liberamente combinati è tecnicamente errato e, in alcune giurisdizioni, una violazione del codice. Gli standard sui connettori fotovoltaici, tra cui IEC 62852 e i requisiti a livello di sistema di IEC 62548, specificano che i connettori devono essere qualificati per l'uso con specifici intervalli di diametro esterno dei cavi e sezioni trasversali dei conduttori e che la combinazione di connettori di produttori diversi annulla la qualificazione del test di tipo di entrambi, anche se la connessione meccanica sembra posizionarsi correttamente.

Il rischio nelle combinazioni non corrispondenti non è principalmente quello di un guasto immediato: un connettore misto posizionato meccanicamente può funzionare normalmente per mesi o anni. Il rischio è lo scorrimento della resistenza di contatto: il ciclo termico durante la variazione giornaliera dell'irraggiamento provoca un'espansione e una contrazione differenziale tra l'isolamento del cavo, il conduttore del cavo e il corpo del contatto del connettore, ciascuno dei quali ha un coefficiente di dilatazione termica diverso. In una combinazione abbinata e adeguatamente qualificata, queste differenze vengono prese in considerazione nella progettazione del contatto. In una combinazione non corrispondente, la geometria del contatto può consentire micromovimenti che aumentano gradualmente la resistenza di contatto sull'interfaccia crimpata, generando calore localizzato che alla fine carbonizza l'isolamento e crea un guasto o un arco resistivo. Nei sistemi CC senza passaggio per lo zero che estingue naturalmente gli archi CA, i guasti resistivi possono sostenere la formazione di archi a correnti di guasto sorprendentemente basse, rendendo la qualità e la compatibilità dei connettori un vero rischio di incendio piuttosto che una mera preoccupazione normativa.

Anche la tolleranza del diametro esterno del cavo è più importante nelle applicazioni dei connettori fotovoltaici che nella maggior parte degli altri tipi di connettori, poiché la tenuta del cavo e il pressacavo del connettore dipendono da una perfetta aderenza tra il corpo del connettore e la guaina del cavo. Un cavo con un diametro esterno all'estremità inferiore della sua banda di tolleranza può inserirsi nel connettore ma lasciare la guarnizione del cavo non sufficientemente compressa, consentendo l'ingresso di umidità nella camera di contatto: un percorso diretto verso il degrado della resistenza di isolamento e la corrosione del connettore nelle installazioni esterne. I cavi prodotti con tolleranze strette del diametro esterno, con spessore della parete del rivestimento controllato fino al limite superiore dell'intervallo delle specifiche, producono costantemente una migliore integrità della tenuta su tutta la gamma di dimensioni dei connettori compatibili con MC4. Questa è una caratteristica di qualità dimensionale che è invisibile al momento dell'acquisto ma diventa evidente nel tempo nelle statistiche di affidabilità sul campo ed è uno dei dettagli costruttivi che Anhui Zhishang Cable Technology Co., Ltd. controlla come parametro di produzione standard piuttosto che come specifica premium opzionale.

Controlli chiave prima di combinare cavi e connettori FV di fornitori diversi

• Verificare la compatibilità del diametro esterno: Verificare che il diametro esterno effettivo del cavo (non nominale) rientri nell'intervallo di accettazione specificato dal produttore del connettore per quella dimensione del connettore.
• Controllare l'intervallo di crimpatura della sezione trasversale: Ciascun contatto del connettore è qualificato per uno specifico intervallo di sezioni trasversali del conduttore; verificare che il conduttore del cavo rientri nell'intervallo qualificato del cilindro di crimpatura senza modifiche.
• Conferma la dichiarazione di compatibilità IEC 62852: Alcuni produttori di connettori pubblicano gamme di cavi compatibili testati; utilizzare questo come riferimento principale piuttosto che presumere che l'idoneità fisica equivalga alla compatibilità qualificata.
• Utilizzare lo strumento di crimpatura corretto: Anche le combinazioni cavo-connettore abbinate falliscono se crimpate con uno strumento non qualificato per quel connettore; i requisiti di resistenza di contatto e ritenzione meccanica nella norma IEC 62852 sono soddisfatti solo con utensili e stampi approvati.