Влиянието на термичното циклиране върху силиконови и EPDM уплътнения във външни SUNNOM съединители

В: Как термичното циклиране влияе върху силиконовите и EPDM уплътнения във външни слънчеви конектори и как Уенчжоу Шаннуо (SUNNOM) оптимизира водонепроницаемостта?

Слънчевите електроцентрали са сред най-експонираните промишлени инсталации на планетата по отношение на околната среда. От замръзналите арктически зими до изгарящите пустинни лятна температури слънчевите панели и техните електрически системи за свързване са подложени на непрекъснати температурни колебания. Това явление, известно като термично циклиране, представлява огромно инженерно предизвикателство. При ежедневно термично циклиране една соларен конектор може да изпитва вътрешни температури от минус 40 градуса по Целзий през нощта до над 100 градуса по Целзий по време на максималното следобедно производство при високо електрическо натоварване. Въпреки че значително внимание се отделя на пластмасовите корпуси и металните контакти, компонентът, който директно определя дали един конектор ще издържи тези температурни колебания, е уплътнителната прокладка. Ако прокладката се повреди, влага и прах проникват в конектора, което води до бърза корозия, повреди на изолацията и спиране на системата. Това техническо ръководство сравнява ефективността на силиконовите и EPDM (етилен-пропилен-диен-мономер) прокладки при термично циклиране и обяснява защо Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) предпочита висококачествен силикон, за да гарантира дългосрочна надеждност.

Ключовата роля на уплътнителните прокладки в PV конекторите

Основната функция на уплътнителната прокладка за слънчеви конектори е да осигури герметична, непроницаема за течности и прах уплътнителна връзка между мъжките и женските корпуси, както и около точките за влизане на кабелите. Надеждната уплътнителна връзка предотвратява проникването на вода, влага, солена мъгла и твърди частици. За да изпълни тази функция, прокладката трябва да оказва непрекъснато и равномерно налягане върху съответстващите повърхности.

Обаче, тъй като материалите се разширяват при нагряване и се свиват при охлаждане, термичното циклиране постоянно променя физическите размери на компонентите на конектора. Прокладката трябва да притежава достатъчна еластичност, за да се разширява и свива динамично, запълвайки всички микроскопични зазори, които се отварят по време на термични колебания. Ако материала на прокладката загуби еластичността си или се деформира необратимо, тя няма да може да поддържа достатъчна уплътнителна сила, което води до образуване на пътища за проникване на влага.

Прокладки от EPDM: свойства, предимства и ограничения

EPDM е популярен синтетичен каучук, който се използва широко в автомобилната, строителната и електротехническата промишленост. В стандартните слънчеви конектори EPDM често се посочва поради неговите специфични свойства:

• Добра химическа устойчивост: EPDM има отлична устойчивост към озон, полярни разтворители и киселини, което го прави изключително издръжлив в замърсени градски или индустриални среди.
• Висока здравина на опън: EPDM е физически издръжлив и устойчив на разкъсване и абразия по време на процесите на сглобяване и свързване.
• Икономичност: Производството на EPDM е относително евтино, което позволява на конекторите с ниска цена да намалят производствените си разходи.
• Уязвимостта към термично циклиране: Въпреки тези предимства EPDM има значителен недостатък при екстремно термично циклиране – компресионна деформация. Компресионната деформация се отнася до постоянната деформация, която остава в еластомера след отстраняване на компресивната сила. При повтарящи се цикли на нагряване и охлаждане EPDM претърпява молекуларни промени в кръстосаните връзки, които водят до загуба на паметта му. При температури над 85 °C уплътненията от EPDM стават по-твърди и губят еластичността си. Когато системата се охлади през нощта, затвърденото уплътнение от EPDM не може да се възстанови достатъчно бързо, за да запълни свиващите се зазори, което води до неуспех на уплътнението.

Силиконови уплътнения: Високопроизводителна алтернатива

Силиконовият каучук е еластомер от високо качество с молекулярен скелет, образуван от редуващи се атоми на силиций и кислород, което осигурява превъзходни физически свойства в сравнение с въглерод-въглеродните скелети на стандартните органични каучуци като EPDM:

• Широк температурен диапазон: Силиконът запазва своите физически свойства и еластичност в огромен температурен диапазон, обикновено от минус 60 до плюс 200 °C. Той не става крехък при замразяващи ниски температури и не омеква или се деградира при екстремно високи температури.
• Изключителна устойчивост към компресионна деформация: Силиконът има изключително ниска компресионна деформация. Дори след години непрекъснато натоварване под високи температури силиконовото уплътнение моментално се връща в първоначалната си форма, когато се премахне натоварването. Тази висока еластичност и „памет“ гарантират постоянна уплътнителна сила при непрекъснато термично циклиране.
• Превъзходна устойчивост към ултравиолетово (УВ) излъчване и атмосферни въздействия: Връзките между кремний и кислород в силикона са изключително устойчиви към ултравиолетово излъчване и озон. Докато EPDM постепенно изсъхва и развива микропукнатини по повърхността си под интензивно слънчево УВ излъчване, силиконът остава напълно необезвреден.
• По-висока материална цена: Основният недостатък на силикона е по-високата му материална и обработваща цена, поради което той обикновено се избягва от производителите на евтини и бюджетни конектори.

Сравнение между EPDM и силикон при термични цикли

За да разберем дългосрочното въздействие на термичните цикли, нека разгледаме как се държат тези два материала по време на стандартизирани изпитания (например изпитания за термични цикли според IEC 62852, при които конекторите се циклират между минус 40 и плюс 85 градуса Целзий в продължение на стотици часове):

• Задържане на уплътнителната сила: По време на фазите с висока температура на изпитанието пластмасовата корпусна част се разширява и компресира уплътнителната лента. Уплътнителната лента от EPDM, която подлежи на по-бързо термично остаряване, започва да се деформира необратимо. След завършване на 200 цикъла уплътнителната сила, оказвана от уплътнителната лента от EPDM, може да намалее с повече от 50 процента. В противоположност на това уплътнителната лента от силикон запазва над 90 процента от първоначалната си уплътнителна сила.
• Гъвкавост при ниски температури: По време на студени фази (минус 40 градуса по Целзий) EPDM преминава в стъклоподобно състояние, при което става твърд и крехък. Ако по време на този период възникнат механични вибрации или опъване на кабели, твърдата EPDM уплътнителна пръстен не може да се адаптира и се напуква. Силиконът, който има значително по-ниска температура на стъклоподобен преход, остава мек и гъвкав, запазвайки водонепроницаемостта на уплътнението.
• Тестове за проникване на влага: След термичния цикълен тест конекторите се подлагат на високоналягано водно пръскане и тестове за влажна изолация. Конекторите, оборудвани с уплътнителни пръстени от EPDM, показват значително по-висок процент на разрушаване на съпротивлението на изолацията поради микротечове, причинени от компресионна деформация. Конекторите с уплътнителни пръстени от силикон запазват напълно сухи вътрешни контакти без никакво проникване на влага.

Как SUNNOM използва силиконовата технология за дългосрочна безопасност

Във Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) отказваме да правим компромиси относно дългосрочната защита срещу атмосферни влияния на нашите слънчеви конектори за 1500 V. Използваме висококачествени уплътнителни пръстени от силиконова гума, за да гарантираме експлоатационен живот от 25 години:

• Двойна пръстенова резервна уплътнителна конструкция: Конекторите SUNNOM са оснащени с двойна пръстенова структура от силиконова гума в областта на съединяване. Тази резервност гарантира, че дори и при излагане на единия уплътнителен пръстен на екстремно локализирано механично напрежение, вторият пръстен поддържа безупречен IP68 барие.
• Предварително смазани силиконови уплътнения: Нашият силиконови уплътнителни пръстени са предварително обработени с тънък слой специализирана, неподвижна силиконова смазка. Това намалява триенето при съединяване, предотвратява усукването или притискането на уплътнителния пръстен по време на монтаж на място и подобрява водоотблъскващите свойства на уплътнението.
• Точни уплътнителни кабелни втулки: Задното уплътнение срещу напрежение в конекторите SUNNOM също е изработено от премиален, устойчив на атмосферни влияния силикон. Това гарантира, че входната точка за кабела остава напълно уплътнена, дори когато обвивката на фотоволтаичния кабел се разширява и свива под дневната слънчева светлина.

Ръководство за набавяне за соларни EPC и собственици на активи

При оценка на соларни конектори за големи проекти екипите за набавяне на EPC трябва да надхвърлят първоначалните покупателни цени и да поставят на първо място дълготрайността:

• Поискайте технически данни за материала: Поискайте ясно потвърждение за материала на уплътнителната маншета вътре в конекторите. Уточнете използването на силиконова гума от високо качество вместо евтиния EPDM за инсталации в пустинни, високопланински или крайбрежни райони.
• Проверете сертификатите за термично циклиране: Уверете се, че конекторите са сертифицирани според IEC 62852 или UL 6703, и проверете температурния диапазон на уплътненията (конекторите SUNNOM имат непрекъснат работен температурен диапазон от минус 40 до плюс 115 °C).

Чрез избора на съединители SUNNOM, оборудвани с висококачествени силиконови уплътнения, разработчиците на слънчеви електроцентрали могат да защитят своите фотоволтаични инсталации от проникване на влага, земни къси съединения и термични повреди, осигурявайки стабилна и рентабилна енергийна генерация в продължение на повече от 25 години.