¿Cómo equilibrar la resistencia al fuego CCA y el rendimiento impermeable AD8 de los cables fotovoltaicos?
Importancia de la resistencia al fuego CCA y el rendimiento impermeable AD8
En la construcción de centrales fotovoltaicas, los cables fotovoltaicos, como componentes importantes de transmisión de energía, deben presentar una excelente resistencia al fuego y al agua ante condiciones climáticas adversas, como lluvias intensas y luz solar directa, para garantizar un funcionamiento estable a largo plazo en entornos complejos. Sin embargo, en aplicaciones reales, suele ser difícil equilibrar el CCA (nivel de resistencia al fuego) y el AD8 (nivel de impermeabilidad) de los cables fotovoltaicos. ¿A qué se debe esto? Este artículo analizará en profundidad las propiedades de los materiales, el proceso de fabricación, el entorno de aplicación, etc.
Definición y requisitos de prueba del rendimiento de resistencia al fuego CCA
La resistencia al fuego CCA se refiere a que el cable fotovoltaico alcanza un determinado nivel de retardante de llama para garantizar que pueda suprimir la combustión y reducir la propagación de las llamas en caso de incendio. Los cables fotovoltaicos de nivel CCA de SUNKEAN cumplen con la rigurosa norma IEC60332-3 para ensayos de combustión en haces. Esta norma forma parte de la serie de ensayos de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) y se centra en la resistencia al fuego de los cables. Específicamente, evalúa las características de propagación de la llama de los haces de cables instalados verticalmente en condiciones específicas. La prueba mide:
Propagación de la llama: la distancia que se propaga la llama a lo largo del cable.
Liberación de calor: la cantidad de energía térmica liberada durante la combustión.
Generación de humo: la cantidad y densidad del humo generado, lo que puede dificultar la evacuación y complicar las operaciones de extinción de incendios.
Obtener esta certificación significa que los cables Cca de SUNKEAN están diseñados para limitar la propagación de las llamas y reducir el riesgo de incendio, lo que contribuye significativamente a la seguridad de las instalaciones fotovoltaicas. Además, los cables Cca cualificados también deben cumplir con:
Prueba de densidad de humo EN50618: requiere una transmitancia de humo ≥ 60%
EN60811-504 Prueba de flexión en frío: requiere que la superficie del cable esté libre de grietas a una temperatura de -40 °C ± 2 °C
*Para obtener más detalles, consulte otra publicación de blog que explica los niveles de RCP de manera profesional.
Definición y requisitos de prueba del rendimiento impermeable del AD8
En el sector de los cables fotovoltaicos, los grados de impermeabilidad más reconocidos son el AD7 y el AD8. El AD8, con su excelente rendimiento de impermeabilidad, exige que el cable pueda funcionar con normalidad en entornos donde permanezca sumergido en agua durante un tiempo prolongado. Para obtener este nivel de certificación, los fabricantes deben realizar pruebas de tensión, resistencia de aislamiento, tensión y pesaje, entre otras, mediante simulación subacuática, según la norma EN50525-2-21. Durante la prueba, el cable debe cumplir con:
Sellado completo: Cuando el cable se utiliza bajo el agua durante mucho tiempo, la humedad no puede penetrar en el conductor ni en la capa de aislamiento.
Resistencia a la hidrólisis y a los rayos UV: Los materiales de aislamiento y revestimiento deben estar expuestos a ambientes húmedos o bajo el agua durante mucho tiempo para mantener un buen rendimiento.
Resistencia a la presión: Puede soportar la presión bajo el agua y no provocará que la funda se rompa ni que el material se deteriore debido a la presión del agua.
*Para más detalles, consulte otro blog que explica las diferencias y los métodos de selección entre AD7 y AD8.
Contradicciones entre los materiales ignífugos CCA y los materiales impermeables AD8
Si bien el rendimiento ignífugo CCA y el rendimiento impermeable AD8 son indicadores de seguridad importantes para los cables fotovoltaicos, es difícil tenerlos en cuenta en la producción real. Los materiales de aislamiento y revestimiento de los cables fotovoltaicos utilizan principalmente dos materiales reticulados diferentes, XLPE y XLPO, optimizados para ofrecer rendimiento impermeable e ignífugo. Entonces, ¿cómo se limitan mutuamente las características de estos dos materiales? Este artículo lo explica en detalle desde tres perspectivas: la diferencia entre los materiales, el conflicto en los procesos de fabricación y la exclusión mutua de las propiedades físicas.
a. Diferencias en los propios materiales.
Los materiales ignífugos de grado CCA suelen utilizar poliolefinas reticuladas (XLPO), que se caracterizan por no liberar gases tóxicos al quemarse y por su alta resistencia al calor. Los materiales impermeables de grado AD8 suelen utilizar polietileno reticulado (XLPE), cuyas principales características son un alto sellado, resistencia a la hidrólisis y resistencia a los rayos UV. Dado que la estructura molecular del XLPO es relativamente flexible, es difícil lograr una impermeabilidad completa, mientras que el XLPE absorbe agua o libera gases nocivos con relativa facilidad a altas temperaturas, por lo que es difícil lograr ambas.
b. Conflictos en el proceso de fabricación de materiales ignífugos CCA e impermeables AD8
Para lograr un rendimiento ignífugo de grado CCA, se requieren retardantes de llama especiales en el proceso de producción de cables, los cuales pueden afectar su impermeabilidad. En segundo lugar, los rellenos inorgánicos en materiales ignífugos (como el hidróxido de aluminio y el hidróxido de magnesio) afectan su impermeabilidad, ya que reducen su sellado. Finalmente, los altos requisitos de sellado de los materiales impermeables impiden que algunos aditivos ignífugos se distribuyan uniformemente, lo que puede afectar su efecto ignífugo general.
c. Exclusión mutua de propiedades físicas entre materiales ignífugos CCA y materiales impermeables AD8
· Los materiales ignífugos suelen ser frágiles y pueden agrietarse o pelarse fácilmente en entornos submarinos a largo plazo.
· Los materiales impermeables generalmente son más suaves, pero los materiales blandos tienden a tener poca resistencia a altas temperaturas y pueden no cumplir con los estándares de resistencia al fuego de la CCA.
Las condiciones de prueba para la ignifugación y la impermeabilización son diferentes. La prueba de ignifugación se centra en la capacidad ignífuga a altas temperaturas, mientras que la prueba de impermeabilización se centra en el sellado bajo inmersión prolongada en agua.
Por lo tanto, es difícil tener en cuenta ambas propiedades con el mismo material y diseño.
¿Cómo equilibrar la ignifugación CCA y la impermeabilización AD8?
Debido a que los cables fotovoltaicos a menudo se utilizan al aire libre, bajo tierra o incluso bajo el agua, existe un equilibrio entre la resistencia al fuego y al agua al seleccionar los cables.
a. Cables utilizados entre módulos fotovoltaicos e inversores
Condiciones ambientales: Estos cables suelen instalarse en entornos al aire libre, como sistemas solares en tejados, paneles fotovoltaicos sobre suelo o grandes parques solares. Si bien la exposición a la humedad, la lluvia y la luz solar es común, el riesgo de inmersión en agua es mínimo. Sin embargo, debido a la presencia de conexiones eléctricas y a las altas corrientes de funcionamiento, el riesgo de incendio es más preocupante.
Selección de cable recomendada: Cables fotovoltaicos ignífugos con certificación CCA. El revestimiento exterior de estos cables debe estar fabricado con materiales ignífugos de baja emisión de humos y libres de halógenos para minimizar las emisiones tóxicas en caso de incendio.
Medidas de protección adicionales: Asegúrese de que el cableado esté correctamente dispuesto y espaciado para evitar el sobrecalentamiento; instale conductos resistentes al fuego o bandejas protectoras en áreas con mayor riesgo de incendio (como cerca de inversores o cajas de conexiones); utilice cubiertas resistentes a los rayos UV para evitar la degradación a largo plazo causada por la exposición a la luz solar.
b. Cables de CC instalados bajo tierra o bajo el agua
Condiciones ambientales: En los parques solares de gran tamaño, los cables de CC suelen enterrarse bajo tierra para protegerlos de daños físicos y de la exposición ambiental.
Los parques solares flotantes o los sistemas fotovoltaicos marinos requieren cables con resistencia a la inmersión a largo plazo, ya que pueden instalarse en la superficie del agua o en zonas propensas a inundaciones. La infiltración de agua es el mayor problema, ya que puede causar daños en el aislamiento, cortocircuitos y un envejecimiento acelerado del cable. El riesgo de incendio suele ser menor en comparación con las instalaciones sobre el suelo, pero aun así debe considerarse en aplicaciones de alta potencia.
Selección de cable recomendada: Cable fotovoltaico impermeable con clasificación AD8. Los cables AD8 utilizan materiales aislantes especiales que bloquean el agua, como el polietileno reticulado de alta densidad (XLPE). Los conductores deben ser de cobre estañado para evitar la oxidación y la corrosión causadas por la exposición prolongada al agua. La cubierta exterior debe tener una alta resistencia a la difusión del agua, lo que garantiza que ni siquiera pequeñas cantidades de humedad puedan penetrar el aislamiento.
Medidas de protección adicionales: Para mayor seguridad contra incendios, se pueden instalar cajas de canaletas ignífugas en zanjas subterráneas. En caso de fallo eléctrico, estas cajas ayudan a controlar las llamas. Se puede lograr un diseño de doble capa, con una capa interior impermeable y una capa exterior ignífuga para lograr un equilibrio entre protección contra incendios e impermeabilidad. Se utilizan juntas y cajas de conexiones impermeables para evitar la entrada de humedad en los puntos de conexión.
c. Soluciones para entornos complejos y desafiantes
En algunas aplicaciones, los cables fotovoltaicos pueden estar expuestos simultáneamente a altos riesgos de incendio y condiciones extremas de humedad, lo que requiere soluciones de cableado más avanzadas. Estas situaciones incluyen instalaciones solares industriales, centrales eléctricas híbridas (generación de energía solar e hidroeléctrica) y zonas con climas extremos (ambientes costeros o húmedos).
Protección física externa: En áreas críticas, los cables se pueden colocar en conductos metálicos resistentes al fuego y al agua para mejorar la durabilidad.
Los soportes elevados para cables, equipados con sistemas de drenaje, pueden ayudar en zonas propensas a inundaciones. Además, algunos cables están tratados con tecnología de silicona o nanorrecubrimiento para mejorar su resistencia a condiciones extremas.
Tendencia futura de desarrollo de materiales para cables
La futura dirección del desarrollo de los cables fotovoltaicos se centrará en la investigación y el desarrollo de nuevos materiales y en el diseño de estructuras compuestas para mejorar el rendimiento a prueba de fuego y de agua al mismo tiempo.
Recubrimiento ignífugo de nivel nanométrico: Utilice nanotecnología para desarrollar recubrimientos ignífugos ultrafinos para mejorar la resistencia al fuego sin afectar el rendimiento a prueba de agua.
Materiales poliméricos impermeables y retardantes de llama: Desarrollar materiales poliméricos con propiedades tanto ignífugas como impermeables, como fluoropolímeros o caucho de silicona especial.
Estructura compuesta multicapa: se utiliza una estructura multicapa con una capa exterior resistente al agua y una capa interior retardante al fuego para lograr la combinación de dos propiedades.
