Влияние термоциклирования на силиконовые и EPDM-прокладки в уличных разъемах SUNNOM

Вопрос: Как термоциклирование влияет на силиконовые и EPDM-прокладки в уличных солнечных разъемах и как компания «Вэньчжоу Шаннуо» (SUNNOM) оптимизирует защиту от атмосферных воздействий?

Солнечные электростанции относятся к числу наиболее подверженных воздействию окружающей среды промышленных объектов на планете. От ледяных арктических зим до жарких пустынных лет солнечные панели и их системы электрических соединений постоянно испытывают колебания температуры. Это явление, известное как термоциклирование, представляет собой серьезную инженерную задачу. При ежедневном термоциклировании солнечный разъем может испытывать внутренние температуры от минус 40 градусов Цельсия ночью до более чем 100 градусов Цельсия в часы пиковой выработки днём при высокой электрической нагрузке. Хотя большое внимание уделяется пластиковым корпусам и металлическим контактным штырям, именно уплотнительная прокладка непосредственно определяет, выдержит ли разъём такие термические циклы. При выходе прокладки из строя в разъём проникают влага и пыль, что вызывает быструю коррозию, нарушения изоляции и простои системы. В данном техническом руководстве сравнивается эффективность силиконовых и EPDM-прокладок (этилен-пропилен-диенового мономера) при термоциклировании и объясняется, почему компания «Вэньчжоу Шаннуо» (SUNNOM) отдаёт предпочтение высококачественному силикону для обеспечения долгосрочной надёжности.

Ключевая роль уплотнительных прокладок в фотогальванических разъёмах

Основная функция уплотнительной прокладки для солнечных соединителей заключается в создании герметичного, непроницаемого для жидкостей и пыли уплотнения между мужской и женской частями корпуса, а также вокруг точек ввода кабеля. Надежное уплотнение предотвращает проникновение воды, влаги, солевого тумана и твердых частиц. Для этого прокладка должна оказывать постоянное и равномерное давление на сопрягаемые поверхности.

Однако, поскольку материалы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, термоциклирование постоянно изменяет физические размеры компонентов соединителя. Прокладка должна обладать достаточной эластичностью, чтобы динамически расширяться и сжиматься, заполняя любые микроскопические зазоры, возникающие при температурных колебаниях. Если материал прокладки теряет эластичность или деформируется необратимо, он не сможет поддерживать необходимое усилие уплотнения, что приведет к образованию путей для проникновения влаги.

Прокладки из ЭПДМ: свойства, преимущества и ограничения

ЭПДМ — популярный синтетический каучук, широко используемый в автомобильной, строительной и электротехнической отраслях. В стандартных солнечных разъёмах ЭПДМ часто используется благодаря своим уникальным свойствам:

• Хорошая химическая стойкость: ЭПДМ обладает превосходной стойкостью к озону, полярным растворителям и кислотам, что обеспечивает высокую долговечность в загрязнённых городских или промышленных условиях.
• Высокая прочность на разрыв: ЭПДМ обладает высокой физической прочностью и устойчивостью к разрывам и истиранию при сборке и соединении компонентов.
• Экономичность: ЭПДМ относительно недорог в производстве, что позволяет брендам недорогих разъёмов снизить свои производственные затраты.
• Уязвимость к термоциклированию: Несмотря на эти преимущества, у EPDM имеется существенный недостаток при экстремальном термоциклировании — остаточная деформация (compression set). Остаточная деформация — это постоянная деформация, остающаяся в эластомере после снятия сжимающего усилия. При многократных циклах нагрева и охлаждения в молекулярной структуре EPDM происходят изменения поперечных связей, приводящие к потере «памяти» материала. При температурах выше 85 °C прокладки из EPDM уплотняются и теряют эластичность. Когда система остывает ночью, уплотнённая прокладка из EPDM не способна достаточно быстро восстановить свою форму, чтобы заполнить сужающиеся зазоры, что приводит к нарушению герметичности.

Прокладки из силиконовой резины: высокопроизводительная альтернатива

Силиконовая резина — это высококачественный эластомер, молекулярный каркас которого состоит из чередующихся атомов кремния и кислорода, что обеспечивает превосходные физические свойства по сравнению с углерод-углеродными каркасами стандартных органических резин, таких как EPDM:

• Широкий диапазон рабочих температур: силикон сохраняет свои физические свойства и эластичность в очень широком температурном диапазоне — обычно от минус 60 до плюс 200 °C. Он не становится хрупким при сильном морозе и не размягчается или не деградирует при экстремальных температурах.
• Исключительная стойкость к остаточной деформации при сжатии: силикон обладает чрезвычайно низким показателем остаточной деформации при сжатии. Даже после многолетнего непрерывного сжатия при высоких температурах силиконовое уплотнение мгновенно восстанавливает свою первоначальную форму сразу после снятия нагрузки. Эта высокая эластичность и «память формы» обеспечивают стабильное усилие уплотнения при многократных циклах теплового воздействия.
• Превосходная стойкость к УФ-излучению и атмосферным воздействиям: связи кремний–кислород в силиконе обладают высокой устойчивостью к ультрафиолетовому излучению и озону. В то время как EPDM со временем высыхает и на его поверхности образуются микротрещины под интенсивным солнечным УФ-излучением, силикон остаётся полностью неизменным.
• Более высокая стоимость материала: Основным недостатком силикона является его более высокая стоимость материала и обработки, поэтому его обычно избегают производители недорогих бюджетных разъемов.

Сравнение EPDM и силикона в условиях термоциклирования

Чтобы понять долгосрочное влияние термоциклирования, рассмотрим поведение этих двух материалов при стандартизированных испытаниях (например, при испытаниях на термоциклирование по стандарту IEC 62852, при которых разъемы циклически нагреваются и охлаждаются в диапазоне от минус 40 до плюс 85 градусов Цельсия в течение сотен часов):

• Сохранение силы уплотнения: Во время фазы высокой температуры испытания пластиковый корпус расширяется, сжимая уплотнительную прокладку. Уплотнительная прокладка из EPDM подвергается более быстрому термическому старению и начинает необратимо деформироваться. По завершении 200 циклов сила уплотнения, создаваемая прокладкой из EPDM, может снизиться более чем на 50 %. В отличие от этого, силиконовая прокладка сохраняет более 90 % своей исходной силы уплотнения.
• Гибкость при низких температурах: В условиях холода (минус 40 градуса Цельсия) EPDM проходит стадию стеклования, становясь жестким и стеклообразным. Если в этот период возникают механические вибрации или тяговое усилие кабеля, жесткое уплотнение из EPDM не способно деформироваться и трескается. Силикон, обладающий значительно более низкой температурой стеклования, сохраняет мягкость и эластичность, обеспечивая герметичное водонепроницаемое уплотнение.
• Испытания на проникновение влаги: После термоциклирования разъемы подвергаются воздействию высоконапорного водяного распыления и испытаниям на влажную изоляцию. Разъемы с прокладками из EPDM демонстрируют значительно более высокий уровень снижения сопротивления изоляции из-за микротечей, образующихся вследствие остаточной деформации при сжатии. Разъемы с силиконовыми прокладками сохраняют идеально сухие внутренние контакты без какого-либо проникновения влаги.

Как SUNNOM использует силиконовые технологии для обеспечения долгосрочной безопасности

В компании Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) мы не идем на компромиссы в вопросе долгосрочной защиты от атмосферных воздействий наших солнечных разъемов на 1500 В. Для обеспечения эксплуатационного срока службы в течение 25 лет мы используем высококачественные уплотнительные кольца из силиконовой резины:

• Двухкольцевая избыточная конструкция уплотнительного кольца: солнечные разъемы SUNNOM оснащены двухкольцевой структурой из силиконового уплотнительного кольца на соединительной поверхности. Такая избыточность гарантирует, что даже при воздействии экстремальных локальных механических нагрузок на одно из уплотнений второе кольцо сохраняет безупречный уровень защиты IP68.
• Предварительно смазанные силиконовые уплотнения: наши силиконовые уплотнительные кольца предварительно обрабатываются тонким слоем специализированной невыдавливаемой силиконовой смазки. Это снижает силу трения при соединении, предотвращает перекручивание или зажим уплотнительного кольца при монтаже на объекте и повышает водоотталкивающие свойства уплотнения.
• Точечные уплотнительные кабельные вводы: заднее уплотнение для снятия механического напряжения в разъёмах SUNNOM также выполнено из премиального силикона, устойчивого к воздействию погодных условий. Это гарантирует идеальное уплотнение места ввода кабеля даже при расширении и сжатии оболочки солнечного кабеля под воздействием ежедневного солнечного света.

Рекомендации по закупкам для компаний EPC и владельцев активов в сфере солнечной энергетики

При оценке солнечных разъёмов для крупномасштабных проектов закупочные команды компаний EPC должны ориентироваться не только на первоначальную цену покупки, но и в первую очередь учитывать долговечность изделий:

• Запросите технические паспорты материалов: потребуйте чёткого подтверждения материала уплотнительной прокладки, используемой внутри разъёмов. Укажите необходимость применения высококачественной силиконовой резины вместо недорогой этиленпропиленовой резины (EPDM) для установок в пустынных, высокогорных или прибрежных районах.
• Проверьте сертификаты на термоциклирование: убедитесь, что разъёмы сертифицированы в соответствии со стандартами IEC 62852 или UL 6703, и проверьте температурный диапазон уплотнений (разъёмы SUNNOM рассчитаны на непрерывную эксплуатацию в диапазоне от минус 40 до плюс 115 градусов Цельсия).

Выбирая разъемы SUNNOM, оснащенные премиальными силиконовыми уплотнениями, разработчики солнечных электростанций могут защитить свои массивы от проникновения влаги, замыканий на землю и тепловых отказов, обеспечивая стабильное и прибыльное производство энергии в течение более чем 25 лет.