Análisis de la tendencia de los cables solares de aluminio en sustitución de los cables solares de cobre
Con el crecimiento de la capacidad instalada fotovoltaica mundial (según datos de la AIE, triplicar la capacidad mundial de energía renovable para 2030 es un objetivo ambicioso pero alcanzable)La construcción de centrales eléctricas ha pasado de una expansión extensiva a una reducción drástica de costos. Al expandirse el área de proyectos fotovoltaicos, se busca un equilibrio entre costo y calidad. Si bien los cables tradicionales con núcleo de cobre tienen una excelente conductividad, el alto costo de las materias primas y las desventajas de peso limitan seriamente la eficiencia del despliegue de cables en grandes centrales eléctricas terrestres y la rentabilidad de los proyectos distribuidos. En este contexto, los cables solares con conductor de aluminio se han convertido en la solución clave para resolver la contradicción entre costo y rendimiento mediante la innovación de materiales y la mejora de los procesos. Los cables solares con conductor de aluminio se están convirtiendo en la solución preferida para centrales eléctricas distribuidas y de gran tamaño, con las siguientes ventajas principales:
Con la misma conductividad, el precio por kilogramo de aluminio es aproximadamente entre un 30 y un 50% más barato que el del cobre, y esta diferencia de precios se hará más evidente a medida que se amplíe la escala de los proyectos fotovoltaicos.
EPC puede lograr una reducción considerable en los costos del proyecto al reemplazar los cables fotovoltaicos de cobre por cables fotovoltaicos de aluminio, optimizando el presupuesto sin afectar el efecto de la operación energética.
Al mismo tiempo, los recursos de aluminio son abundantes y el precio es estable, lo que puede reducir efectivamente la presión de compra causada por las fluctuaciones del precio del cobre.
*A principios de mayo, la solución de cableado CU-AL de SUNKEAN se exhibirá en la Feria de Energía de Múnich (Alemania). Le invitamos a visitar el stand A4.117 para obtener información detallada.
Reducción de peso de cables solares conductores de aluminio
Cuando la capacidad de carga de ambos es la misma, el peso del aluminio puede reducirse entre un 50 % y un 70 % en comparación con el cobre. Gracias a esta reducción de peso, los cables solares son más fáciles de transportar, almacenar e instalar, lo que reduce aún más los costos de mano de obra y el tiempo de instalación. Además, por ejemplo, en sistemas fotovoltaicos en azoteas, las soluciones de conexión de cables de aluminio pueden reducir el peso de toda la estructura del techo gracias a su ventaja de peso, lo cual es crucial para proyectos con restricciones de seguridad de carga en el edificio.
Conductor: 1×10~400 mm² Color del aislamiento: Negro Color de la cubierta: Negro
Conductor: 2×10~400 mm² Color del aislamiento: Negro y rojo Color de la cubierta: Rojo
Una herramienta excepcional diseñada para conectar sin problemas arneses de cadena a cajas combinadoras o inversores de cadena.
Conductor: 1×2,5~400 mm² Color del aislamiento: Negro Color de la cubierta: Negro
Los cables solares conductores de aluminio son ambientalmente sostenibles
El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre (representa alrededor del 8%), mientras que las reservas de cobre son solo 1/20 del aluminio, y los recursos globales de cobre enfrentan el riesgo de agotamiento (se espera que las minas de cobre solo se extraigan durante 30 a 40 años). Desde una perspectiva sostenible, los indicadores de la huella de carbono pueden usarse como otra métrica. La contabilidad de la huella de carbono cubre todo el ciclo de extracción de materias primas, producción, transporte y reciclaje. En el proceso de producción de conductores de aluminio, las emisiones de carbono son más del 70% inferiores a las de los conductores de cobre. Para una central fotovoltaica de 100 MW, las emisiones de carbono de los cables solares de aluminio en todo su ciclo de vida son aproximadamente un 35% inferiores a las de los cables solares de cobre, lo que cumple con los estrictos requisitos de la UE, Francia y otros países y regiones para la huella de carbono de los productos fotovoltaicos. Con la innovación tecnológica de los cables, como el Cable solar de aluminio blindado con correa de acero Desarrollado por SUNKEAN, que tiene en cuenta la resistencia a la corrosión y la optimización del consumo de energía de producción, puede reducir eficazmente el riesgo de contaminación por metales pesados y proteger la calidad del medio ambiente de la tierra.
Dificultades técnicas y riesgos de seguridad en la conversión de cables de cobre a aluminio
En los sistemas fotovoltaicos, la conexión directa de conductores de cobre y aluminio presenta múltiples obstáculos técnicos debido a las diferencias en las propiedades de los materiales. SUNKEAN ha invertido un gran esfuerzo en I+D para lanzar un método de transferencia de cobre y aluminio de baja pérdida y alta estabilidad, y se compromete a ofrecer a sus clientes una solución integral de conexión de cables de cobre y aluminio.
Fenómeno de corrosión electroquímica de cables de aluminio.
La diferencia de potencial del electrodo entre el cobre y el aluminio formará un efecto galvánico que acelerará la oxidación del aluminio en un ambiente húmedo, lo que provocará una mayor resistencia de contacto, calentamiento local e incluso incendio.
¿Cómo se produce este fenómeno? Cuando el cobre y el aluminio entran en contacto directo, ambos metales forman una microbatería en el electrolito (como agua de lluvia o aire húmedo), donde el aluminio se oxida y disuelve rápidamente como ánodo, mientras que el cobre permanece estable como cátodo. Este proceso genera sustancias aislantes como el óxido de aluminio (Al₂O₃), lo que provoca que la resistencia de contacto aumente del nivel inicial de microohmios al nivel de kiloohmios, y la temperatura local puede superar los 200 °C.
Además, estudios han demostrado que las uniones de cobre y aluminio pueden desarrollar una importante capa de corrosión en un entorno de niebla salina en tan solo 30 días, con un aumento de la resistencia de contacto de más del 300 %. Por lo tanto, las normas internacionales exigen claramente el uso de tecnología de transición para las conexiones de cobre y aluminio, como terminales de transición de cobre y aluminio y tratamientos de recubrimiento.
Diferencias en la expansión térmica y propiedades mecánicas de los cables de aluminio
El coeficiente de expansión térmica del aluminio es mayor que el del cobre. En centrales fotovoltaicas con grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche, las uniones producen desplazamientos micrométricos debido a la expansión y contracción térmica repetidas, lo que provoca el aflojamiento de los puntos de engarce. Experimentos demuestran que, tras 1000 ciclos de calor y frío, la resistencia de contacto de las uniones de aluminio aumenta un 35 % de media, mientras que la del cobre solo aumenta un 8 %. Además, el aluminio tiene una baja resistencia a la fluencia (aproximadamente 50 MPa) y es propenso a la deformación plástica bajo cargas de corriente prolongadas, lo que aumenta aún más el riesgo de fallos en la conexión. SUNKEAN ha aplicado soluciones específicas para la respuesta a la expansión térmica y la fluencia del aluminio, logrando así un equilibrio perfecto entre los parámetros eléctricos y la estabilidad de aplicación de los cables conductores de aluminio.
Limitaciones de los procesos de conexión tradicionales para cables de aluminio
La resistividad de la capa de óxido natural (Al₂O₃) en la superficie del aluminio es extremadamente alta y es difícil destruir completamente esta capa con los procesos de engarce tradicionales, lo que resulta en una reducción de más del 60% en el área conductora efectiva.Por ejemplo, después de engarzar un cable de aluminio de 6 mm de diámetro, la sección transversal conductora real puede ser inferior al 40 % del valor nominal.Además, debido a las limitaciones de tamaño, los cables de sección pequeña son difíciles de adaptar a los terminales de transición de cobre y aluminio estándar, lo que obliga a la parte constructora a adoptar medidas temporales como el bobinado de cables de cobre, lo que aumenta aún más los riesgos de seguridad.
Además de las técnicas de soldadura originales, SUNKEAN también realizará pruebas de tracción, análisis de perfiles y pruebas de aumento de temperatura en productos terminados para resolver los problemas de engarce de los cables solares de aluminio, garantizando que los cables solares de aluminio puedan mantener una vida útil de hasta 25 años en términos de estructura interna y rendimiento externo.
Además de un estricto control del proceso de producción, SUNKEAN también desarrolla herramientas de engarce de apoyo y productos terminales de especificaciones completas, y proporciona una guía de pasos de engarce profesional y una tabla de selección de comparación de especificaciones de cables de cobre y aluminio, utilizando una rica experiencia en implementación de proyectos para resolver varios problemas que los clientes pueden encontrar durante el proceso de instalación.
Tendencias futuras: ¿Cómo la tecnología de conductores de aluminio promueve cambios en la industria fotovoltaica?
Las tres principales dificultades en la conversión de cobre-aluminio están estrechamente relacionadas, y es necesario lograr avances mediante la innovación colaborativa de la ciencia de los materiales, la ingeniería de procesos y el diseño estandarizado. Con la popularización de las normas internacionales, la fiabilidad y la economía de los cables solares con conductores de aluminio mejorarán aún más, convirtiéndose en la opción principal para la transmisión de energía verde. Con el avance de los materiales de aleación de aluminio de alta conductividad, la capacidad de sustitución de los conductores de aluminio en el campo de los cables de media tensión se ha mejorado significativamente. En términos de protección ambiental, el bajo consumo energético del aluminio y su alta tasa de reciclaje están en línea con el objetivo global de neutralidad de carbono. Bajo la tendencia de la inteligencia, los terminales de cobre-aluminio con sensores integrados pueden monitorear el aumento de temperatura y la resistencia en tiempo real, prevenir fallas y mejorar la seguridad del sistema. Se espera que para 2030, el mercado global de cables solares con conductores de aluminio tenga una tasa de crecimiento anual compuesta significativa.
