برآورده کردن استانداردهای 2PfG 2962: تست عملکرد برای کاربردهای کابل فتوولتائیک دریایی

تأسیسات خورشیدی فراساحلی و شناور با تلاش توسعه‌دهندگان برای استفاده از سطوح آبی کم‌استفاده و کاهش رقابت در زمین، رشد سریعی را تجربه کرده‌اند. بازار شناور فتوولتائیک خورشیدی در سال ۲۰۲۴، ۷.۷ میلیارد دلار ارزش‌گذاری شد و پیش‌بینی می‌شود که در دهه آینده، به دلیل پیشرفت‌های تکنولوژیکی در مواد و سیستم‌های مهاربندی و همچنین سیاست‌های حمایتی در بسیاری از مناطق، به طور پیوسته رشد کند. در این زمینه، کابل‌های فتوولتائیک دریایی به اجزای حیاتی تبدیل می‌شوند: آن‌ها باید در برابر آب شور شدید، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، فشار مکانیکی ناشی از امواج و رسوبات زیستی در طول عمر طولانی مقاومت کنند. استاندارد 2PfG 2962 از TÜV Rheinland (که منجر به TÜV Bauart Mark شد) به طور خاص با تعریف الزامات آزمایش عملکرد و صدور گواهینامه برای کابل‌ها در کاربردهای فتوولتائیک دریایی، به این چالش‌ها می‌پردازد.

این مقاله بررسی می‌کند که چگونه تولیدکنندگان می‌توانند از طریق آزمایش‌های عملکرد قوی و شیوه‌های طراحی، الزامات 2PfG 2962 را برآورده کنند.

۱. مروری بر استاندارد 2PfG 2962

استاندارد 2PfG 2962 یک استاندارد TÜV Rheinland است که برای کابل‌های فتوولتائیک مورد استفاده در کاربردهای دریایی و شناور طراحی شده است. این استاندارد بر اساس استانداردهای عمومی کابل‌های فتوولتائیک (به عنوان مثال، IEC 62930 / EN 50618 برای فتوولتائیک زمینی) ساخته شده است، اما آزمایش‌های دقیقی برای آب شور، اشعه ماوراء بنفش، خستگی مکانیکی و سایر عوامل استرس‌زای خاص دریایی به آن اضافه شده است. اهداف این استاندارد شامل تضمین ایمنی الکتریکی، یکپارچگی مکانیکی و دوام طولانی مدت در شرایط متغیر و دشوار دریایی است. این استاندارد در مورد کابل‌های DC با ولتاژ نامی معمولاً تا 1500 ولت که در سیستم‌های فتوولتائیک نزدیک ساحل و شناور استفاده می‌شوند، اعمال می‌شود و نیاز به کنترل کیفیت تولید مداوم دارد تا کابل‌های دارای گواهینامه در تولید انبوه با نمونه‌های اولیه آزمایش شده مطابقت داشته باشند.

۲. چالش‌های زیست‌محیطی و عملیاتی برای کابل‌های فتوولتائیک دریایی

محیط‌های دریایی چندین عامل تنش‌زای همزمان را بر کابل‌ها اعمال می‌کنند:

خوردگی آب شور و قرار گرفتن در معرض مواد شیمیایی: غوطه‌وری مداوم یا متناوب در آب دریا می‌تواند به آبکاری هادی‌ها حمله کرده و غلاف‌های پلیمری را تخریب کند.

تابش اشعه ماوراء بنفش و پیری ناشی از نور خورشید: قرار گرفتن مستقیم در معرض نور خورشید بر روی آرایه‌های شناور، شکنندگی پلیمر و ترک خوردگی سطح را تسریع می‌کند.

تغییرات شدید دما و چرخه‌های حرارتی: تغییرات دمای روزانه و فصلی باعث چرخه‌های انبساط/انقباض شده و به پیوندهای عایق فشار وارد می‌کند.

تنش‌های مکانیکی: حرکت موج و حرکت ناشی از باد منجر به خمیدگی، پیچش و سایش بالقوه در برابر شناورها یا سخت‌افزار مهاربندی می‌شود.

رسوب زیستی و موجودات دریایی: رشد جلبک‌ها، بارناکل‌ها یا کلونی‌های میکروبی روی سطوح کابل می‌تواند اتلاف حرارتی را تغییر داده و تنش‌های موضعی ایجاد کند.

عوامل خاص نصب: جابجایی در حین استقرار (مثلاً باز کردن درام)، خم شدن در اطراف کانکتورها و کشش در نقاط انتهایی.

این عوامل ترکیبی به طور قابل توجهی با آرایه‌های زمینی متفاوت هستند و نیاز به آزمایش‌های سفارشی تحت 2PfG 2962 برای شبیه‌سازی شرایط دریایی واقع‌بینانه دارند.

۳. الزامات اصلی تست عملکرد تحت 2PfG 2962

آزمون‌های عملکرد کلیدی که توسط 2PfG 2962 الزامی شده‌اند، معمولاً شامل موارد زیر هستند:

آزمایش‌های عایق الکتریکی و دی‌الکتریک: آزمایش‌های تحمل ولتاژ بالا (مثلاً آزمایش‌های ولتاژ DC) در محفظه‌های آب یا رطوبت برای تأیید عدم خرابی در شرایط غوطه‌وری.

مقاومت عایق در طول زمان: نظارت بر مقاومت عایق هنگامی که کابل‌ها در آب شور یا محیط‌های مرطوب خیس می‌شوند تا ورود رطوبت را تشخیص دهند.

بررسی‌های تحمل ولتاژ و تخلیه جزئی: اطمینان از اینکه عایق می‌تواند ولتاژ طراحی به علاوه حاشیه ایمنی را بدون تخلیه جزئی، حتی پس از فرسودگی، تحمل کند.

آزمایش‌های مکانیکی: آزمایش‌های استحکام کششی و ازدیاد طول مواد عایق و غلاف پس از چرخه‌های مواجهه؛ آزمایش‌های خستگی خمشی که خمش ناشی از موج را شبیه‌سازی می‌کنند.

انعطاف‌پذیری و آزمایش‌های خمش مکرر: خم شدن مکرر روی مندرل‌ها یا دستگاه‌های آزمایش خمش دینامیکی برای تقلید حرکت موج.

مقاومت سایشی: شبیه‌سازی تماس با شناورها یا عناصر سازه‌ای، احتمالاً با استفاده از مواد ساینده، برای ارزیابی دوام غلاف.

۴. آزمایش‌های پیری محیطی

اسپری نمک یا غوطه‌وری در آب دریای شبیه‌سازی شده برای مدت طولانی برای ارزیابی خوردگی و تخریب پلیمر.

محفظه‌های قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش (هوازدگی تسریع‌شده) برای ارزیابی شکنندگی سطح، تغییر رنگ و تشکیل ترک.

ارزیابی هیدرولیز و جذب رطوبت، اغلب از طریق خیساندن طولانی مدت و آزمایش مکانیکی پس از آن.

چرخه حرارتی: چرخه بین دماهای پایین و بالا در محفظه‌های کنترل‌شده برای آشکار کردن لایه‌لایه شدن عایق یا ریزترک‌ها.

مقاومت شیمیایی: قرار گرفتن در معرض روغن‌ها، سوخت‌ها، مواد پاک‌کننده یا ترکیبات ضد رسوب که معمولاً در محیط‌های دریایی یافت می‌شوند.

مقاومت در برابر شعله یا رفتار در برابر آتش: برای نصب‌های خاص (مثلاً ماژول‌های محصور)، بررسی اینکه کابل‌ها محدودیت‌های انتشار شعله را رعایت می‌کنند (مثلاً IEC 60332-1).

فرسودگی طولانی مدت: آزمایش‌های تسریع‌شده عمر که دما، اشعه ماوراء بنفش و قرار گرفتن در معرض نمک را با هم ترکیب می‌کنند تا عمر مفید را پیش‌بینی کرده و فواصل تعمیر و نگهداری را تعیین کنند.

این آزمایش‌ها تضمین می‌کنند که کابل‌ها عملکرد الکتریکی و مکانیکی خود را در طول عمر چند دهه‌ای مورد انتظار در استقرار سیستم‌های فتوولتائیک دریایی حفظ کنند.

۵. تفسیر نتایج آزمایش و شناسایی حالت‌های خرابی

پس از آزمایش:

الگوهای تخریب رایج: ترک‌های عایق ناشی از اشعه ماوراء بنفش یا چرخه حرارتی؛ خوردگی یا تغییر رنگ رسانا در اثر ورود نمک؛ حفره‌های آب که نشان‌دهنده خرابی آب‌بند است.

تحلیل روند مقاومت عایق: کاهش تدریجی در آزمایش‌های غوطه‌وری ممکن است نشان‌دهنده فرمولاسیون نامناسب مواد یا لایه‌های مانع ناکافی باشد.

شاخص‌های شکست مکانیکی: کاهش استحکام کششی پس از پیرسازی، نشان‌دهنده‌ی شکنندگی پلیمر است؛ کاهش ازدیاد طول نشان‌دهنده‌ی افزایش سختی است.

ارزیابی ریسک: مقایسه حاشیه ایمنی باقی‌مانده با ولتاژهای عملیاتی و بارهای مکانیکی مورد انتظار؛ ارزیابی اینکه آیا اهداف طول عمر مفید (مثلاً ۲۵+ سال) قابل دستیابی هستند یا خیر.

حلقه بازخورد: نتایج آزمایش، تنظیمات مواد (مثلاً غلظت‌های بالاتر تثبیت‌کننده UV)، اصلاحات طراحی (مثلاً لایه‌های ضخیم‌تر غلاف) یا بهبود فرآیند (مثلاً پارامترهای اکستروژن) را مشخص می‌کند. مستندسازی این تنظیمات برای تکرارپذیری تولید بسیار مهم است.
تفسیر سیستماتیک، زیربنای بهبود مستمر و انطباق با الزامات است.

۶. انتخاب مواد و استراتژی‌های طراحی برای مطابقت با 2PfG 2962

ملاحظات کلیدی:

انتخاب هادی: هادی‌های مسی استاندارد هستند؛ مس قلع اندود ممکن است برای مقاومت بیشتر در برابر خوردگی در محیط‌های آب شور ترجیح داده شود.

ترکیبات عایق: پلی اولفین‌های شبکه‌ای (XLPO) یا پلیمرهای فرموله شده با فرمولاسیون ویژه به همراه پایدارکننده‌های UV و افزودنی‌های مقاوم در برابر هیدرولیز برای حفظ انعطاف‌پذیری در طول دهه‌ها.

مواد غلاف: ترکیبات مقاوم در برابر سایش، اسپری نمک و دماهای بسیار بالا با آنتی‌اکسیدان‌ها، جاذب‌های اشعه ماوراء بنفش و پرکننده‌ها.

ساختارهای لایه‌ای: طرح‌های چندلایه ممکن است شامل لایه‌های نیمه‌رسانای داخلی، لایه‌های محافظ رطوبت و پوشش‌های محافظ بیرونی برای جلوگیری از ورود آب و آسیب مکانیکی باشند.

افزودنی‌ها و پرکننده‌ها: استفاده از مواد ضد حریق (در صورت لزوم)، عوامل ضد قارچ یا ضد میکروب برای محدود کردن اثرات رسوب زیستی و اصلاح‌کننده‌های ضربه برای حفظ عملکرد مکانیکی.

زره یا تقویت: برای سیستم‌های شناور در آب‌های عمیق یا سیستم‌های شناور تحت بار زیاد، افزودن فلز بافته شده یا تقویت‌کننده مصنوعی برای مقاومت در برابر بارهای کششی بدون کاهش انعطاف‌پذیری.

ثبات تولید: کنترل دقیق دستورالعمل‌های ترکیب، دمای اکستروژن و سرعت خنک‌سازی برای اطمینان از خواص یکنواخت مواد در هر دسته.

انتخاب مواد و طرح‌هایی با عملکرد اثبات‌شده در کاربردهای دریایی یا صنعتی مشابه، به برآورده شدن الزامات 2PfG 2962 با قابلیت پیش‌بینی بیشتر کمک می‌کند.

۷. کنترل کیفیت و ثبات تولید

حفظ گواهینامه در تولید انبوه مستلزم موارد زیر است:

بازرسی‌های درون خطی: بررسی‌های منظم ابعادی (اندازه هادی، ضخامت عایق)، بازرسی‌های بصری برای عیوب سطحی و تأیید گواهی‌های دسته‌ای مواد.

برنامه آزمایش نمونه: نمونه‌برداری دوره‌ای برای آزمایش‌های کلیدی (مثلاً مقاومت عایق، آزمایش‌های کششی) با تکرار شرایط صدور گواهینامه برای تشخیص زودهنگام رانش‌ها.

قابلیت ردیابی: مستندسازی شماره سری ساخت مواد اولیه، پارامترهای ترکیب و شرایط تولید برای هر دسته کابل تا در صورت بروز مشکل، بتوان ریشه مشکلات را تجزیه و تحلیل کرد.

صلاحیت تأمین‌کننده: اطمینان از اینکه تأمین‌کنندگان پلیمر و افزودنی‌ها به‌طور مداوم مشخصات فنی (مثلاً رتبه‌بندی مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، محتوای آنتی‌اکسیدان) را رعایت می‌کنند.

آمادگی برای ممیزی شخص ثالث: نگهداری سوابق کامل آزمایش، گزارش‌های کالیبراسیون و اسناد کنترل تولید برای ممیزی‌های TÜV Rheinland یا تمدید گواهینامه.

سیستم‌های مدیریت کیفیت قوی (مثلاً ISO 9001) که با الزامات صدور گواهینامه ادغام شده‌اند، به تولیدکنندگان کمک می‌کنند تا انطباق خود را با الزامات حفظ کنند.

بلندمدت

گواهینامه TÜV 2PfG 2962 از شرکت سیم و کابل Danyang Winpower

در تاریخ 11 ژوئن 2025، طی هجدهمین کنفرانس و نمایشگاه بین‌المللی انرژی خورشیدی فتوولتائیک و هوشمند (SNEC PV+2025) (2025)، شرکت TÜV Rheinland یک گواهینامه گواهینامه از نوع TÜV Bauart Mark برای کابل‌های سیستم‌های فتوولتائیک فراساحلی بر اساس استاندارد 2PfG 2962 به شرکت تولیدی کابل Danyang Weihexiang (که از این پس "Weihexiang" نامیده می‌شود) صادر کرد. آقای شی بینگ، مدیر کل بخش قطعات و خدمات خورشیدی و تجاری TÜV Rheinland Greater China و آقای شو هونگه، مدیر کل شرکت تولیدی کابل Danyang Weihexiang، در مراسم اعطای جوایز شرکت کردند و شاهد نتایج این همکاری بودند.