Các hệ thống điện mặt trời nổi và ngoài khơi đã chứng kiến sự tăng trưởng nhanh chóng khi các nhà phát triển tìm cách tận dụng các bề mặt nước chưa được sử dụng và giảm cạnh tranh trên đất liền. Thị trường điện mặt trời nổi được định giá 7,7 tỷ đô la Mỹ vào năm 2024 và dự kiến sẽ tăng trưởng ổn định trong thập kỷ tới, nhờ những tiến bộ công nghệ về vật liệu và hệ thống neo đậu, cũng như các chính sách hỗ trợ ở nhiều khu vực. Trong bối cảnh này, cáp quang biển trở thành những thành phần quan trọng: chúng phải chịu được nước mặn khắc nghiệt, tiếp xúc với tia cực tím, ứng suất cơ học từ sóng biển và bám bẩn sinh học trong suốt thời gian sử dụng lâu dài. Tiêu chuẩn 2PfG 2962 của TÜV Rheinland (dẫn đến Dấu Bauart của TÜV) giải quyết cụ thể những thách thức này bằng cách xác định các yêu cầu về thử nghiệm hiệu suất và chứng nhận cho cáp trong các ứng dụng điện mặt trời biển.
Bài viết này xem xét cách các nhà sản xuất có thể đáp ứng các yêu cầu 2PfG 2962 thông qua các hoạt động thử nghiệm hiệu suất và thiết kế mạnh mẽ.
1. Tổng quan về Tiêu chuẩn 2PfG 2962
Tiêu chuẩn 2PfG 2962 là thông số kỹ thuật của TÜV Rheinland được thiết kế riêng cho cáp quang điện dùng cho các ứng dụng trên biển và trên nổi. Tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn cáp quang điện chung (ví dụ: IEC 62930 / EN 50618 cho hệ thống quang điện trên đất liền) nhưng bổ sung thêm các thử nghiệm nghiêm ngặt về nước mặn, tia UV, mỏi cơ học và các tác nhân gây ứng suất đặc thù khác của biển. Mục tiêu của tiêu chuẩn bao gồm đảm bảo an toàn điện, tính toàn vẹn cơ học và độ bền lâu dài trong điều kiện ngoài khơi khắc nghiệt và biến đổi. Tiêu chuẩn này áp dụng cho cáp DC có định mức thường lên đến 1.500 V được sử dụng trong các hệ thống quang điện gần bờ và nổi, yêu cầu kiểm soát chất lượng sản xuất nhất quán để cáp được chứng nhận trong sản xuất hàng loạt khớp với các nguyên mẫu đã được thử nghiệm.
2. Thách thức về môi trường và vận hành đối với cáp quang biển
Môi trường biển gây ra nhiều tác động đồng thời lên cáp:
Ăn mòn nước mặn và tiếp xúc với hóa chất: Việc ngâm liên tục hoặc ngắt quãng trong nước biển có thể làm hỏng lớp mạ dẫn điện và làm hỏng lớp vỏ polyme.
Bức xạ UV và lão hóa do ánh sáng mặt trời: Tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng mặt trời trên các mảng nổi làm tăng tốc độ giòn của polyme và nứt bề mặt.
Nhiệt độ khắc nghiệt và chu kỳ nhiệt: Sự thay đổi nhiệt độ theo ngày và theo mùa gây ra các chu kỳ giãn nở/co lại, làm căng các liên kết cách nhiệt.
Ứng suất cơ học: Chuyển động của sóng và gió dẫn đến uốn cong, uốn dẻo và có khả năng mài mòn phao hoặc phần cứng neo đậu.
Sinh vật bám bẩn và sinh vật biển: Sự phát triển của tảo, hà hoặc các khuẩn lạc vi khuẩn trên bề mặt cáp có thể làm thay đổi khả năng tản nhiệt và gây thêm ứng suất cục bộ.
Các yếu tố cụ thể khi lắp đặt: Xử lý trong quá trình triển khai (ví dụ: tháo cuộn dây), uốn cong quanh đầu nối và độ căng tại các điểm kết thúc.
Các yếu tố kết hợp này khác biệt đáng kể so với các mảng trên cạn, đòi hỏi phải thử nghiệm phù hợp theo 2PfG 2962 để mô phỏng các điều kiện biển thực tế
3. Yêu cầu kiểm tra hiệu suất cốt lõi theo 2PfG 2962
Các bài kiểm tra hiệu suất chính được yêu cầu bởi 2PfG 2962 thường bao gồm:
Kiểm tra cách điện và điện môi: Kiểm tra khả năng chịu điện áp cao (ví dụ: kiểm tra điện áp DC) trong buồng nước hoặc buồng ẩm để xác nhận không có sự cố trong điều kiện ngâm nước.
Điện trở cách điện theo thời gian: Theo dõi điện trở cách điện khi cáp bị ngâm trong nước mặn hoặc môi trường ẩm ướt để phát hiện sự xâm nhập của hơi ẩm.
Kiểm tra khả năng chịu điện áp và phóng điện cục bộ: Đảm bảo rằng lớp cách điện có thể chịu được điện áp thiết kế cộng với biên độ an toàn mà không bị phóng điện cục bộ, ngay cả sau khi lão hóa.
Kiểm tra cơ học: Kiểm tra độ bền kéo và độ giãn dài của vật liệu cách điện và vỏ bọc sau các chu kỳ tiếp xúc; kiểm tra độ mỏi uốn mô phỏng sự uốn cong do sóng gây ra.
Độ linh hoạt và thử nghiệm uốn cong lặp đi lặp lại: Uốn cong nhiều lần trên các trục hoặc giàn thử uốn động để mô phỏng chuyển động của sóng.
Khả năng chống mài mòn: Mô phỏng tiếp xúc với phao hoặc các thành phần cấu trúc, có thể sử dụng chất mài mòn để đánh giá độ bền của vỏ bọc.
4. Thử nghiệm lão hóa môi trường
Phun muối hoặc ngâm trong nước biển mô phỏng trong thời gian dài để đánh giá sự ăn mòn và sự phân hủy polyme.
Buồng tiếp xúc tia cực tím (phong hóa tăng tốc) để đánh giá độ giòn bề mặt, thay đổi màu sắc và hình thành vết nứt.
Đánh giá quá trình thủy phân và hấp thụ độ ẩm, thường thông qua quá trình ngâm kéo dài và thử nghiệm cơ học sau đó.
Chu kỳ nhiệt: Chu kỳ giữa nhiệt độ thấp và cao trong các buồng được kiểm soát để phát hiện hiện tượng tách lớp cách điện hoặc nứt nhỏ.
Khả năng chống hóa chất: Tiếp xúc với dầu, nhiên liệu, chất tẩy rửa hoặc hợp chất chống bám bẩn thường thấy trong môi trường biển.
Khả năng chống cháy hoặc hành vi cháy: Đối với các lắp đặt cụ thể (ví dụ: mô-đun kín), kiểm tra xem cáp có đáp ứng giới hạn lan truyền ngọn lửa hay không (ví dụ: IEC 60332-1).
Lão hóa dài hạn: Thử nghiệm tuổi thọ tăng tốc kết hợp nhiệt độ, tia UV và tiếp xúc với muối để dự báo tuổi thọ và thiết lập các khoảng thời gian bảo trì.
Các thử nghiệm này đảm bảo cáp duy trì hiệu suất điện và cơ trong suốt thời gian sử dụng dự kiến kéo dài nhiều thập kỷ trong các dự án triển khai PV trên biển
5. Giải thích kết quả kiểm tra và xác định chế độ lỗi
Sau khi thử nghiệm:
Các kiểu xuống cấp phổ biến: Nứt lớp cách điện do tia UV hoặc chu trình nhiệt; ăn mòn hoặc đổi màu dây dẫn do muối xâm nhập; túi nước cho thấy lớp đệm bị hỏng.
Phân tích xu hướng điện trở cách điện: Sự suy giảm dần dần trong các thử nghiệm ngâm có thể báo hiệu công thức vật liệu không tối ưu hoặc lớp chắn không đủ.
Các chỉ báo hỏng hóc cơ học: Mất độ bền kéo sau quá trình lão hóa cho thấy polyme giòn; độ giãn dài giảm cho thấy độ cứng tăng.
Đánh giá rủi ro: So sánh các biên độ an toàn còn lại với điện áp vận hành dự kiến và tải trọng cơ học; đánh giá xem mục tiêu về tuổi thọ sử dụng (ví dụ: 25 năm trở lên) có thể đạt được hay không.
Vòng phản hồi: Kết quả thử nghiệm cung cấp thông tin cho việc điều chỉnh vật liệu (ví dụ: nồng độ chất ổn định UV cao hơn), điều chỉnh thiết kế (ví dụ: lớp vỏ dày hơn) hoặc cải tiến quy trình (ví dụ: thông số đùn). Việc ghi chép lại những điều chỉnh này rất quan trọng để đảm bảo tính lặp lại của sản xuất.
Việc giải thích có hệ thống củng cố sự cải tiến liên tục và tuân thủ
6. Lựa chọn vật liệu và chiến lược thiết kế để tuân thủ 2PfG 2962
Những cân nhắc chính:
Lựa chọn dây dẫn: Dây dẫn bằng đồng là tiêu chuẩn; đồng thiếc có thể được ưu tiên vì khả năng chống ăn mòn tốt hơn trong môi trường nước mặn.
Hợp chất cách nhiệt: Polyolefin liên kết ngang (XLPO) hoặc polyme được pha chế đặc biệt với chất ổn định tia UV và phụ gia chống thủy phân để duy trì tính linh hoạt trong nhiều thập kỷ.
Vật liệu vỏ bọc: Hợp chất vỏ bọc chắc chắn có chất chống oxy hóa, chất hấp thụ tia UV và chất độn để chống mài mòn, hơi muối và nhiệt độ khắc nghiệt.
Cấu trúc nhiều lớp: Thiết kế nhiều lớp có thể bao gồm các lớp bán dẫn bên trong, màng chắn ẩm và lớp vỏ bảo vệ bên ngoài để ngăn nước xâm nhập và hư hỏng cơ học.
Chất phụ gia và chất độn: Sử dụng chất chống cháy (nếu cần), chất chống nấm hoặc chất chống vi khuẩn để hạn chế tác động bám bẩn sinh học và chất điều chỉnh tác động để duy trì hiệu suất cơ học.
Giáp hoặc cốt thép: Đối với hệ thống nổi ở vùng nước sâu hoặc tải trọng cao, cần thêm kim loại bện hoặc cốt thép tổng hợp để chịu được tải trọng kéo mà không ảnh hưởng đến tính linh hoạt.
Tính nhất quán trong sản xuất: Kiểm soát chính xác công thức pha chế, nhiệt độ đùn và tốc độ làm mát để đảm bảo tính chất vật liệu đồng nhất theo từng lô.
Việc lựa chọn vật liệu và thiết kế có hiệu suất đã được chứng minh trong các ứng dụng công nghiệp hoặc hàng hải tương tự giúp đáp ứng các yêu cầu 2PfG 2962 một cách có thể dự đoán được hơn
7. Kiểm soát chất lượng và tính nhất quán trong sản xuất
Duy trì chứng nhận trong nhu cầu sản xuất số lượng lớn:
Kiểm tra trực tiếp: Kiểm tra kích thước thường xuyên (kích thước dây dẫn, độ dày lớp cách điện), kiểm tra trực quan các khuyết tật bề mặt và xác minh chứng chỉ lô vật liệu.
Lịch trình thử nghiệm mẫu: Lấy mẫu định kỳ cho các thử nghiệm quan trọng (ví dụ: khả năng cách điện, thử nghiệm kéo) mô phỏng các điều kiện chứng nhận để phát hiện sớm sự trôi dạt.
Khả năng truy xuất nguồn gốc: Ghi lại số lô nguyên liệu thô, thông số pha chế và điều kiện sản xuất cho từng lô cáp để có thể phân tích nguyên nhân gốc rễ nếu phát sinh vấn đề.
Tiêu chuẩn nhà cung cấp: Đảm bảo các nhà cung cấp polymer và phụ gia luôn đáp ứng các thông số kỹ thuật (ví dụ: khả năng chống tia UV, hàm lượng chất chống oxy hóa).
Sẵn sàng kiểm toán của bên thứ ba: Duy trì hồ sơ thử nghiệm, nhật ký hiệu chuẩn và tài liệu kiểm soát sản xuất đầy đủ để TÜV Rheinland kiểm toán hoặc cấp chứng nhận lại.
Hệ thống quản lý chất lượng mạnh mẽ (ví dụ: ISO 9001) tích hợp với các yêu cầu chứng nhận giúp các nhà sản xuất duy trì sự tuân thủ
dài hạn
Chứng nhận TÜV 2PfG 2962 của Công ty TNHH Sản xuất Dây và Cáp Danyang Winpower
Ngày 11 tháng 6 năm 2025, tại Hội nghị và Triển lãm Quốc tế lần thứ 18 (2025) về Năng lượng Mặt trời Quang điện và Năng lượng Thông minh (SNEC PV+2025), TÜV Rheinland đã cấp chứng nhận loại TÜV Bauart Mark cho cáp dùng trong hệ thống quang điện ngoài khơi theo tiêu chuẩn 2PfG 2962 cho Công ty TNHH Sản xuất Cáp Danyang Weihexiang (sau đây gọi tắt là “Weihexiang”). Ông Shi Bing, Tổng Giám đốc Kinh doanh Linh kiện và Sản phẩm Dịch vụ Thương mại về Năng lượng Mặt trời và Thương mại của TÜV Rheinland khu vực Trung Quốc Đại lục, và ông Shu Honghe, Tổng Giám đốc Công ty TNHH Sản xuất Cáp Danyang Weihexiang, đã tham dự lễ trao chứng nhận và chứng kiến thành quả hợp tác này.
Thời gian đăng: 24-06-2025