L'impatto dei cicli termici sulle guarnizioni in silicone rispetto a quelle in EPDM nei connettori SUNNOM con classificazione per esterno

D: In che modo i cicli termici influenzano le guarnizioni in silicone rispetto a quelle in EPDM nei connettori solari per esterni e come Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) ottimizza l'impermeabilizzazione?

Gli impianti di energia solare sono tra le installazioni industriali più esposte all'ambiente del pianeta. Dalle gelide inverni artici agli estati desertiche roventi, i pannelli solari e i relativi sistemi di connessione elettrica sono soggetti a continue fluttuazioni di temperatura. Questo fenomeno, noto come cicli termici, rappresenta una sfida ingegneristica di grande rilievo. Sotto cicli termici giornalieri, un collegamento solare può sperimentare temperature interne comprese tra meno 40 gradi Celsius di notte e oltre 100 gradi Celsius durante il picco pomeridiano di generazione, in condizioni di carico elettrico elevato. Sebbene grande attenzione venga rivolta agli alloggiamenti in plastica e ai perni metallici, il componente che determina direttamente se un connettore resiste a queste escursioni termiche è la guarnizione di tenuta. In caso di rottura della guarnizione, umidità e polvere penetrano nel connettore, causando corrosione rapida, difetti di isolamento e fermo del sistema. Questa guida tecnica confronta le prestazioni delle guarnizioni in silicone e in EPDM (etilene-propilene-diene monomero) sotto cicli termici e spiega perché Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) privilegia il silicone di alta qualità per garantire affidabilità a lungo termine.

Il ruolo critico delle guarnizioni di tenuta nei connettori fotovoltaici

La funzione principale della guarnizione per connettori solari è creare una tenuta ermetica, impermeabile ai liquidi e alla polvere tra le parti maschio e femmina dell’involucro, nonché intorno ai punti di ingresso del cavo. Una tenuta sicura impedisce l’ingresso di acqua, umidità, nebbia salina e particolato. A tal fine, la guarnizione deve esercitare una pressione continua e uniforme sulle superfici di accoppiamento.

Tuttavia, poiché i materiali si espandono al riscaldamento e si contraggono al raffreddamento, i cicli termici modificano costantemente le dimensioni fisiche dei componenti del connettore. La guarnizione deve essere sufficientemente elastica da espandersi e contrarsi dinamicamente, riempiendo qualsiasi microgap che si apre durante le escursioni termiche. Se il materiale della guarnizione perde elasticità o subisce una deformazione permanente, non sarà più in grado di mantenere una forza di tenuta adeguata, creando vie di infiltrazione per l’umidità.

Guarnizioni in EPDM: proprietà, vantaggi e limitazioni

L'EPDM è una gomma sintetica molto utilizzata nei settori automobilistico, edile ed elettrico. Nei connettori solari standard, l'EPDM viene spesso specificato grazie alle sue peculiari caratteristiche:

• Buona resistenza chimica: l'EPDM presenta un'eccellente resistenza all'ozono, ai solventi polari e agli acidi, rendendolo estremamente duraturo in ambienti urbani o industriali inquinati.
• Elevata resistenza alla trazione: l'EPDM è fisicamente robusto e resiste allo strappo e all'abrasione durante le operazioni di montaggio e accoppiamento.
• Convenienza economica: l'EPDM è relativamente economico da produrre, consentendo ai marchi di connettori a basso costo di ridurre i propri costi di produzione.
• La vulnerabilità al ciclo termico: Nonostante questi vantaggi, l’EPDM presenta un notevole svantaggio in condizioni di cicli termici estremi: la deformazione permanente per compressione (compression set). Questa espressione indica la deformazione permanente che rimane in un elastomero dopo il rilascio di una forza compressiva. Sottoposto a ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento, l’EPDM subisce modifiche nella sua reticolazione molecolare che ne compromettono la memoria elastica. A temperature superiori a 85 gradi Celsius, le guarnizioni in EPDM induriscono e perdono elasticità. Quando il sistema si raffredda durante la notte, la guarnizione in EPDM indurita non riesce a ritornare rapidamente alla forma originale per colmare i giunti in contrazione, causando il fallimento della tenuta.

Guarnizioni in silicone: l’alternativa ad alte prestazioni

Il silicone è un elastomero di alta qualità con uno scheletro molecolare costituito da atomi di silicio e ossigeno disposti alternativamente, il che conferisce proprietà fisiche superiori rispetto ai comuni elastomeri organici come l’EPDM, i cui scheletri molecolari sono basati su legami carbonio-carbonio:

• Ampia tolleranza termica: il silicone mantiene le sue proprietà fisiche e la sua flessibilità su un ampio intervallo di temperature, tipicamente da -60 a +200 gradi Celsius. Non diventa fragile al freddo intenso né si ammorbidisce o degrada ad alte temperature estreme.
• Eccezionale resistenza alla deformazione permanente per compressione: il silicone presenta una deformazione permanente per compressione estremamente bassa. Anche dopo anni di compressione continua a temperature elevate, una guarnizione in silicone ritorna istantaneamente alla sua forma originale non appena viene rimosso il carico. Questa memoria ad alta elasticità garantisce una forza di tenuta costante anche in condizioni di cicli termici continui.
• Eccellente resistenza ai raggi UV e agli agenti atmosferici: i legami silicio-ossigeno del silicone sono altamente resistenti alle radiazioni UV e all’ozono. Mentre l’EPDM può seccarsi progressivamente e sviluppare microfessure superficiali sotto l’intensa esposizione ai raggi UV solari, il silicone rimane completamente immune.
• Costo dei materiali più elevato: Lo svantaggio principale del silicone è il suo costo più elevato, sia per quanto riguarda il materiale che per i processi di lavorazione, motivo per cui viene generalmente evitato dai produttori di connettori economici e a basso costo.

Confronto tra EPDM e silicone nei test di ciclatura termica

Per comprendere l’impatto a lungo termine della ciclatura termica, analizziamo come questi due materiali si comportano durante test standardizzati (ad esempio i test di ciclatura termica IEC 62852, che sottopongono i connettori a cicli tra -40 e +85 gradi Celsius per centinaia di ore):

• Conservazione della forza di tenuta: Durante le fasi ad alta temperatura del test, la custodia in plastica si espande, comprimendo la guarnizione. La guarnizione in EPDM, soggetta a un invecchiamento termico più rapido, inizia a deformarsi in modo permanente. Al termine di 200 cicli, la forza di tenuta esercitata dalla guarnizione in EPDM può ridursi di oltre il 50%. Al contrario, la guarnizione in silicone conserva oltre il 90% della sua forza di tenuta originaria.
• Flessibilità a basse temperature: Durante le fasi di freddo (meno 40 gradi Celsius), l’EPDM subisce una transizione vetrosa, diventando rigido e simile al vetro. Se durante questo periodo si verificano vibrazioni meccaniche o trazioni sui cavi, la guarnizione rigida in EPDM non riesce ad adattarsi e si fessura. Il silicone, avendo una temperatura di transizione vetrosa molto più bassa, rimane morbido e flessibile, mantenendo una tenuta stagna all’acqua.
• Test di ingresso di umidità: Dopo il test di ciclaggio termico, i connettori vengono sottoposti a spruzzatura ad alta pressione con acqua e a test di isolamento in condizioni umide. I connettori dotati di guarnizioni in EPDM mostrano un tasso significativamente più elevato di degrado della resistenza d’isolamento a causa di micro-percorsi di perdita formatisi per deformazione permanente. I connettori con guarnizioni in silicone mantengono contatti interni perfettamente asciutti e privi di qualsiasi ingresso di umidità.

Come SUNNOM sfrutta la tecnologia al silicone per garantire sicurezza a lungo termine

Presso Wenzhou Shangnuo (SUNNOM), non accettiamo compromessi sulla resistenza alle intemperie a lungo termine dei nostri connettori fotovoltaici da 1500 V:

• Design del guarnizione a doppio anello ridondante: I connettori SUNNOM presentano una struttura di guarnizioni in silicone a doppio anello all’interfaccia di accoppiamento. Questa ridondanza garantisce che, anche qualora una delle guarnizioni subisca sollecitazioni meccaniche estreme e localizzate, il secondo anello mantenga intatto un livello di protezione IP68 impeccabile.
• Guarnizioni in silicone pre-lubrificate: Le nostre guarnizioni in silicone sono trattate in fabbrica con uno strato sottile di lubrificante al silicone specializzato e non migrante. Ciò riduce l’attrito durante l’accoppiamento, previene torsioni o schiacciamenti della guarnizione durante l’installazione sul campo e ne potenzia le proprietà idrorepellenti.
• Guarnizioni di tenuta per cavi di precisione: la guarnizione di protezione contro le sollecitazioni posteriori nei connettori SUNNOM è anch’essa realizzata in silicone di alta qualità e resistente alle intemperie. Ciò garantisce una perfetta tenuta del punto di ingresso del cavo, anche quando la guaina del cavo fotovoltaico si espande e si contrae sotto l’azione quotidiana dei raggi solari.

Linee guida per l’approvvigionamento rivolte agli EPC e ai proprietari di asset nel settore solare

Nella valutazione dei connettori fotovoltaici per progetti su larga scala, i team di approvvigionamento degli EPC dovrebbero andare oltre il semplice prezzo d’acquisto iniziale e privilegiare invece la durabilità a lungo termine:

• Richiedere le schede tecniche dei materiali: chiedere una verifica chiara del materiale utilizzato per le guarnizioni interne dei connettori. Specificare l’impiego di gomma siliconica di alta qualità anziché di EPDM a basso costo per installazioni in zone desertiche, ad alta quota o costiere.
• Verificare le certificazioni per cicli termici: assicurarsi che i connettori siano certificati secondo le norme IEC 62852 o UL 6703 e controllare la classe di temperatura delle guarnizioni (i connettori SUNNOM sono certificati per un intervallo di temperatura operativa continuo compreso tra -40 e +115 gradi Celsius).

Selezionando i connettori SUNNOM dotati di guarnizioni premium in silicone, gli sviluppatori solari possono proteggere i propri impianti dall’ingresso di umidità, dai guasti a terra e dai guasti termici, garantendo una generazione di energia stabile e redditizia per oltre 25 anni.