מתקנים סולאריים ימיים וצפים חוו צמיחה מהירה, כאשר יזמים מבקשים לנצל משטחי מים שאינם מנוצלים מספיק ולהפחית את התחרות בקרקע. שוק הפוטו-וולטאים הסולאריים הצפים הוערך ב-7.7 מיליארד דולר בשנת 2024 וצפוי לגדול בהתמדה בעשור הקרוב, מונע על ידי התקדמות טכנולוגית בחומרים ומערכות עגינה, כמו גם מדיניות תומכת באזורים רבים. בהקשר זה, כבלים פוטו-וולטאיים ימיים הופכים למרכיבים קריטיים: עליהם לעמוד בפני מי מלח קשים, חשיפה ל-UV, לחץ מכני מגלים וזיהום ביולוגי לאורך חיי שירות ארוכים. תקן 2PfG 2962 של TÜV Rheinland (המוביל לתו TÜV Bauart) מטפל במיוחד באתגרים אלה על ידי הגדרת דרישות בדיקות ביצועים והסמכה לכבלים ביישומי פוטו-וולטאיים ימיים.
מאמר זה בוחן כיצד יצרנים יכולים לעמוד בדרישות 2PfG 2962 באמצעות בדיקות ביצועים ושיטות תכנון חזקות.
1. סקירה כללית של תקן 2PfG 2962
תקן 2PfG 2962 הוא מפרט של TÜV Rheinland המותאם לכבלים פוטו-וולטאיים המיועדים ליישומים ימיים וצפים. הוא מבוסס על נורמות כלליות לכבלים פוטו-וולטאיים (למשל, IEC 62930 / EN 50618 עבור פוטו-וולטאיים יבשתיים) אך מוסיף בדיקות מחמירות עבור מי מלח, UV, עייפות מכנית וגורמי לחץ אחרים ספציפיים לים. מטרות התקן כוללות הבטחת בטיחות חשמלית, שלמות מכנית ועמידות לטווח ארוך בתנאים ימיים משתנים ותובעניים. הוא חל על כבלי DC המדורגים בדרך כלל עד 1,500 וולט המשמשים במערכות פוטו-וולטאיות צפות וקרבות ליד הים, הדורשים בקרת איכות ייצור עקבית כך שכבלים מאושרים בייצור המוני יתאימו לאבות הטיפוס שנבדקו.
2. אתגרים סביבתיים ותפעוליים עבור כבלי PV ימיים
סביבות ימיות מטילות מספר גורמי לחץ בו זמנית על כבלים:
קורוזיה במי מלח וחשיפה לכימיקלים: טבילה רציפה או לסירוגין במי ים עלולה לתקוף ציפוי מוליכים ולגרום נזק למעטפות פולימר.
קרינת UV והזדקנות המונעת על ידי אור שמש: חשיפה ישירה לשמש על מערכים צפים מאיצה את שבירות הפולימר ואת סדקי פני השטח.
שינויי טמפרטורה קיצוניים ומחזורי טמפרטורה: שינויים יומיים ועונתיים בטמפרטורה גורמים למחזורי התפשטות/התכווצות, מה שמפעיל לחץ על קשרי הבידוד.
מאמצים מכניים: תנועת גלים ותנועה מונעת על ידי רוח מובילות לכיפוף דינמי, גמישות ושחיקה אפשרית של מצופים או חומרת עגינה.
עכירות ביולוגית ואורגניזמים ימיים: גידול אצות, סמרנים או מושבות מיקרוביאליות על משטחי כבלים יכול לשנות את פיזור החום ולהוסיף לחצים מקומיים.
גורמים ספציפיים להתקנה: טיפול במהלך הפריסה (למשל, פריקת התוף), כיפוף סביב מחברים ומתח בנקודות הסיומות.
גורמים משולבים אלה שונים באופן ניכר ממערכים יבשתיים, מה שמצריך בדיקות מותאמות אישית תחת 2PfG 2962 כדי לדמות תנאים ימיים מציאותיים.
3. דרישות בדיקת ביצועי ליבה לפי 2PfG 2962
מבחני ביצועים מרכזיים המחייבים על ידי 2PfG 2962 כוללים בדרך כלל:
בדיקות בידוד חשמלי ודיאלקטרי: בדיקות עמידות במתח גבוה (למשל, בדיקות מתח ישר) בתאי מים או לחות כדי לאשר שאין תקלה בתנאי טבילה.
התנגדות בידוד לאורך זמן: ניטור התנגדות בידוד כאשר כבלים ספוגים במים מלוחים או בסביבות לחות כדי לזהות חדירת לחות.
בדיקות עמידות במתח ופריקה חלקית: הבטחה שהבידוד יכול לעמוד במתח התכנון בתוספת מרווח הבטיחות ללא פריקה חלקית, גם לאחר הזדקנות.
בדיקות מכניות: בדיקות חוזק מתיחה והתארכות של חומרי בידוד ונדידה לאחר מחזורי חשיפה; בדיקות עייפות כיפוף המדמות כיפוף מושרה על ידי גלים.
גמישות ובדיקות כיפוף חוזרות ונשנות: כיפוף חוזר על גבי מוטות או מתקני בדיקת כיפוף דינמיים כדי לחקות תנועת גלים.
עמידות בפני שחיקה: סימולציה של מגע עם מצופים או אלמנטים מבניים, אולי באמצעות חומרים שוחקים, כדי להעריך את עמידות הנרתיק.
4. בדיקות הזדקנות סביבתיות
ריסוס מלח או טבילה במי ים מדומים למשך משכי זמן ממושכים להערכת קורוזיה ופירוק פולימרים.
תאי חשיפה לקרינת UV (בליה מואצת) להערכת שבירות פני השטח, שינוי צבע ויצירת סדקים.
הערכות הידרוליזה וספיגת לחות, לרוב באמצעות השרייה ממושכת ובדיקה מכנית לאחר מכן.
מחזוריות תרמית: מעבר בין טמפרטורות נמוכות לגבוהות בתאים מבוקרים כדי לחשוף התפרקות או סדקים מיקרוסקופיים בבידוד.
עמידות כימית: חשיפה לשמנים, דלקים, חומרי ניקוי או תרכובות נוגדות עכירות הנפוצות בסביבות ימיות.
עמידות בפני בעירה או התנהגות אש: עבור התקנות ספציפיות (למשל, מודולים סגורים), בדיקה שהכבלים עומדים במגבלות התפשטות להבה (למשל, IEC 60332-1).
הזדקנות ארוכת טווח: מבחני אורך חיים מואצים המשלבים חשיפה לטמפרטורה, קרינת UV ומלח כדי לחזות את חיי השירות ולקבוע מרווחי תחזוקה.
בדיקות אלו מבטיחות כי כבלים ישמרו על ביצועים חשמליים ומכניים לאורך אורך החיים הצפוי של עשרות שנים בפריסות פוטו-וולטאיות ימיות.
5. פירוש תוצאות הבדיקה וזיהוי אופני כשל
לאחר בדיקה:
דפוסי התדרדרות נפוצים: סדקי בידוד כתוצאה מקרינת UV או מחזורי חום; קורוזיה או שינוי צבע של המוליכים כתוצאה מחדירת מלח; כיסי מים המעידים על כשל באיטום.
ניתוח מגמות התנגדות בידוד: ירידה הדרגתית בבדיקות השרייה עשויה להעיד על ניסוח חומר לא אופטימלי או שכבות מחסום לא מספקות.
אינדיקטורים לכשל מכני: אובדן חוזק מתיחה לאחר הזדקנות מצביע על שבירות הפולימר; התארכות מופחתת מצביעה על עלייה בקשיחות.
הערכת סיכונים: השוואת שולי הבטיחות הנותרים מול מתחי הפעלה ועומסים מכניים צפויים; הערכת האם יעדי אורך החיים (למשל, 25+ שנים) ניתנים להשגה.
לולאת משוב: תוצאות הבדיקה משפיעות על התאמות חומרים (למשל, ריכוזי מייצב UV גבוהים יותר), שינויי תכנון (למשל, שכבות מעטפת עבות יותר) או שיפורי תהליכים (למשל, פרמטרי שיחול). תיעוד התאמות אלו הוא קריטי לחזרתיות הייצור.
פרשנות שיטתית עומדת בבסיס שיפור מתמיד ועמידה בדרישות
6. אסטרטגיות בחירת חומרים ותכנון בהתאם ל-2PfG 2962
שיקולים מרכזיים:
אפשרויות מוליכים: מוליכי נחושת הם סטנדרטיים; נחושת משומרת עשויה להיות עדיפה לעמידות משופרת בפני קורוזיה בסביבות מים מלוחים.
תרכובות בידוד: פוליאולפינים צולבים (XLPO) או פולימרים בעלי נוסחה מיוחדת עם מייצבים UV ותוספים עמידים להידרוליזה לשמירה על גמישות לאורך עשרות שנים.
חומרי מעטפת: תרכובות מעטפת חזקות עם נוגדי חמצון, בולמי UV וחומרי מילוי לעמידות בפני שחיקה, ריסוס מלח וטמפרטורות קיצוניות.
מבנים שכבתיים: עיצובים רב-שכבתיים עשויים לכלול שכבות מוליכות למחצה פנימיות, סרטי מחסום לחות ומעילי הגנה חיצוניים לחסימת חדירת מים ונזק מכני.
תוספים וחומרי מילוי: שימוש במעכבי בעירה (במידת הצורך), חומרים אנטי-פטרייתיים או אנטי-מיקרוביאליים להגבלת השפעות הצטברות ביולוגית, ומשפרי השפעה לשימור ביצועים מכניים.
שריון או חיזוק: עבור מערכות צפות במים עמוקים או בעומס גבוה, הוספת מתכת קלועה או חיזוק סינתטי כדי לעמוד בעומסי מתיחה מבלי לפגוע בגמישות.
עקביות ייצור: שליטה מדויקת במתכוני הרכבה, טמפרטורות שיחול וקצבי קירור כדי להבטיח תכונות חומר אחידות מאצווה אחר אצווה.
בחירת חומרים ועיצובים בעלי ביצועים מוכחים ביישומים ימיים או תעשייתיים מקבילים מסייעת לעמוד בדרישות 2PfG 2962 בצורה צפויה יותר.
7. בקרת איכות ועקביות ייצור
שמירה על הסמכה בדרישות ייצור בכמויות גדולות:
בדיקות בקו: בדיקות מידות תקופתיות (גודל מוליך, עובי בידוד), בדיקות חזותיות לאיתור פגמים במשטח ואימות אישורי אצווה של חומרים.
לוח זמנים לבדיקות מדגמיות: דגימה תקופתית עבור בדיקות מפתח (למשל, עמידות לבידוד, בדיקות מתיחה) תוך שחזור תנאי הסמכה כדי לזהות סחיפות מוקדם.
עקיבות: תיעוד מספרי אצווה של חומרי גלם, פרמטרי הרכבה ותנאי ייצור עבור כל אצוות כבלים כדי לאפשר ניתוח גורם שורש אם מתעוררות בעיות.
הסמכת ספקים: הבטחת עמידה עקבית בספקי פולימרים ותוספים במפרטים (למשל, דירוגי עמידות בפני UV, תכולת נוגדי חמצון).
מוכנות לביקורת על ידי צד שלישי: שמירה על רישומי בדיקות יסודיים, יומני כיול ומסמכי בקרת ייצור עבור ביקורות או הסמכה מחדש של TÜV Rheinland.
מערכות ניהול איכות חזקות (למשל, ISO 9001) משולבות עם דרישות הסמכה עוזרות ליצרנים לשמור על עמידה בדרישות
לטווח ארוך
הסמכת TÜV 2PfG 2962 של Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
ב-11 ביוני 2025, במהלך הכנס והתערוכה הבינלאומית ה-18 (2025) לאנרגיה סולארית פוטו-וולטאית וחכמה (SNEC PV+2025), הנפיקה חברת TÜV Rheinland תעודת הסמכה מסוג TÜV Bauart Mark עבור כבלים למערכות פוטו-וולטאיות ימיות המבוססות על תקן 2PfG 2962 לחברת Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (להלן "Weihexiang"). מר שי בינג, מנהל כללי של עסקי רכיבי מוצרים ושירותים סולאריים ומסחריים של TÜV Rheinland Greater China, ומר שו הונגה, מנכ"ל Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., נכחו בטקס הענקת הענקת התרומות והיו עדים לתוצאות שיתוף הפעולה.
זמן פרסום: 24 ביוני 2025