Vpliv toplotnega cikliranja na silikonske in EPDM tesnilke v zunanjih SUNNOM povezovalnikih

V: Kako termično cikliranje vpliva na silikonske nasproti EPDM tesnilne obroče v fotovoltaičnih priključkih za zunanjščino in kako Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) izboljšuje vodoodporno izvedbo?

Elektrarne na sončno energijo spadajo med najbolj okoljsko izpostavljene industrijske naprave na svetu. Od mrazovitih arktičnih zim do vročih puščavnih poletij so sončne celice in njihovi električni priključni sistemi neprekinjeno izpostavljeni nihanju temperatur. Temu pojavu pravimo termično cikliranje in predstavlja ogromno inženirsko izziv. Pri dnevnem termičnem cikliranju se solarni spajalnik lahko izkuša notranje temperature od minus 40 stopinj Celzija ponoči do več kot 100 stopinj Celzija med najvišjo popoldansko proizvodnjo pri visoki električni obremenitvi. Čeprav se veliko pozornosti namenja plastičnim ohišjem in kovinskim kontaktom, je komponenta, ki neposredno določa, ali se povezovalnik preživi te termične nihanja, tesnilna gumica. Če gumica odpove, v povezovalnik prodre vlaga in prah, kar povzroči hitro korozijo, okvare izolacije in izpad sistema. Ta tehnični vodnik primerja zmogljivost tesnilnih gumic iz silikona in EPDM (etilen-propilen-dien-monomer) pri termičnem cikliranju ter razloži, zakaj Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) za zagotavljanje dolgoročne zanesljivosti prednostno uporablja visokokakovostni silikon.

Ključna vloga tesnilnih gumic v fotovoltaičnih povezovalnikih

Primarna funkcija tesnilne gumice za sončne priključke je vzpostavitev hermetičnega, tekočinoodpornega in prahoodpornega tesnjenja med moškim in ženskim ohišjem ter okoli vstopnih točk kabla. Varno tesnjenje preprečuje prodor vode, vlage, solne meglice in trdnih delcev. Za to mora gumica stalno in enakomerno pritiskati na stikajoče se površine.

Vendar se materiali zaradi segrevanja razširijo in zaradi ohladitve skrčijo, zato ciklična sprememba temperature nenehno spreminja fizične dimenzije sestavnih delov priključka. Gumica mora biti dovolj elastična, da se dinamično razteza in krči ter zapolni mikroskopske reže, ki se odprejo ob temperaturnih nihanjih. Če gumica izgubi elastičnost ali trajno deformira, ne more več zagotavljati ustrezne tesnilne sile, kar povzroči nastanek poti za prodor vlage.

Gumice iz EPDM: lastnosti, prednosti in omejitve

EPDM je priljubljena sintetična guma, ki se obsežno uporablja v avtomobilski, gradbeni in elektrotehnični industriji. V standardnih sončnih priključkih se EPDM pogosto navaja zaradi njegovih posebnih lastnosti:

• Dobra kemijska odpornost: EPDM izjemno dobro zdrži ozon, polarna topila in kisline, kar ga naredi izjemno trpežnega v onesnaženih mestnih ali industrijskih okoljih.
• Visoka natezna trdnost: EPDM je fizično trpežen in zdrži trgajoče in obrabne obremenitve med sestavljanjem in priklapljanjem.
• Ekonomičnost: Proizvodnja EPDM-a je relativno poceni, kar omogoča znamkam nizko cenovnih priključkov zmanjšati stroške proizvodnje.
• Občutljivost na termično cikliranje: Kljub tem prednostim ima EPDM pomembno slabost pri ekstremnem termičnem cikliranju – kompresijsko deformacijo. Kompresijska deformacija pomeni trajno deformacijo, ki ostane v elastomeru po odstranitvi tlakajoče sile. Pri ponavljajočih se ciklih segrevanja in ohlajanja EPDM izkazuje spremembe molekularnih križnih vezi, zaradi česar izgubi svojo elastično spominjanje. Pri temperaturah nad 85 stopinj Celzija se EPDM-tesnila skrčijo in izgubijo elastičnost. Ko se sistem ponoči ohladi, skrčeno EPDM-tesnilo ne more dovolj hitro povrniti svoje oblike, da bi zapolnilo krčenje nastalih razponov, kar povzroči odpoved tesnjenja.

Silikonska tesnila: visokokakovostna alternativa

Silikonska guma je visokokakovostni elastomer z molekularnim skeletom, sestavljenim iz izmenično razporejenih silicijevih in kisikovih atomov, kar zagotavlja nadpovprečne fizikalne lastnosti v primerjavi z ogljikovo-ogljičnimi skeleti standardnih organskih gum, kot je EPDM:

• Širok temperaturni obseg: Silikon ohranja svoje fizične lastnosti in gibljivost v zelo širokem temperaturnem obsegu, običajno od minus 60 do plus 200 stopinj Celzija. V zamrznjenem hladu ne postane krhak, niti se v ekstremnem vročem ne mehča ali razgrajuje.
• Izjemna odpornost proti kompresijskemu spominu: Silikon ima izjemno nizek kompresijski spomin. Tudi po letih neprekinjene kompresije pri visokih temperaturah se silikonska tesnilna obročka takoj vrne v prvotno obliko, ko se odstrani sila. Ta visokoelastična pomnilna lastnost zagotavlja, da ohranja stalno tesnilno silo tudi pri neprekinjenih toplotnih ciklih.
• Superior UV in odpornost proti vremenskim vplivom: Vezi med silicijem in kisikom v silikonu so zelo odporni proti UV-sevanju in ozonu. Medtem ko se EPDM počasi suši in pod intenzivnim sončnim UV-sevanjem razvijejo površinske mikroprhljave, silikon ostane popolnoma nepoškodovan.
• Višja stroškovna cena materiala: Glavna slabost silikona je višja stroškovna cena materiala in obdelave, zato ga proizvajalci povezav z nizko ceno in za proračunske namene običajno izogibajo.

Primerjava EPDM in silikona pri testih toplotnega cikliranja

Za razumevanje dolgoročnega vpliva toplotnega cikliranja si oglejmo, kako se oba materiala obnašata med standardiziranimi testi (npr. toplotni cikli po IEC 62852, pri katerih se povezave ciklirajo med –40 in +85 stopinj Celzija več sto ur):

• Ohranjanje tesnilne sile: Med fazami visoke temperature se plastična ohišja razširijo in stisnejo tesnilo. EPDM-tesnilo, ki je bolj podvrženo hitremu toplotnemu staranju, začne trajno deformirati. Po 200 ciklih se tesnilna sila EPDM-tesnila lahko zmanjša za več kot 50 odstotkov. Nasprotno pa silikonsko tesnilo ohrani več kot 90 odstotkov svoje izvirne tesnilne sile.
• Nizkotemperaturna gibljivost: V hladnih fazah (pri minus 40 stopinjah Celzija) EPDM preide v steklasto prehodno stanje in postane trd in steklast. Če se v tem obdobju pojavijo mehanske vibracije ali potegi kabla, tog EPDM-zatesnitev ne more prilagoditi in se razpoči. Silikon, ki ima znatno nižjo temperaturo steklastega prehoda, ostane mehek in gibljiv ter ohranja vodoneprepuščno zatesnitev.
• Preizkušanje prodora vlage: Po termičnem cikliranju so povezovalniki izpostavljeni visokotlačnemu pršenju z vodo in preizkusom vlažne izolacije. Povezovalniki z EPDM-pritrdilnimi obročki kažejo znatno višjo stopnjo razgradnje izolacijske odpornosti zaradi mikro-uhajalnih poti, ki jih povzroči kompresijsko utrujanje. Povezovalniki z silikonskimi pritrdilnimi obročki ohranjajo popolnoma suhe notranje stike brez kakršnega koli prodora vlage.

Kako SUNNOM izkorišča silikonsko tehnologijo za dolgoročno varnost

V Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) se ne odrekamo dolgoročne vremenske odpornosti naših 1500 V sončnih priključkov. Za zagotavljanje delovne življenjske dobe 25 let uporabljamo visokokakovostne silikonske gumijaste tesnilke:

• Dvojni obroč z redundancijo tesnilke: Priključki SUNNOM imajo na mestu stika dvojni obroč iz silikonske tesnilke. Ta redundanca zagotavlja, da tudi če je eno tesnilo izpostavljeno ekstremnemu lokalnemu mehanskemu naprezanju, drugi obroč ohrani brezhibno IP68 zaščito.
• Predmažene silikonske tesnilke: Naše silikonske tesnilke so že vnaprej obdelane z tankim slojem posebne, nespremenljive silikonske maščobe. To zmanjša trenje pri priklopu, preprečuje zavijanje ali stiskanje tesnilke med namestitvijo na terenu ter izboljša vodoodbojne lastnosti tesnila.
• Točni tesnilni spoji za kable: Zadnji tesnilni del za raztezek v povezavah SUNNOM je prav tako iz visokokakovostnega, vremensko odpornega silikona. To zagotavlja popolno tesnjenje vstopne točke kabla tudi takrat, ko se ovoj fotovoltaičnega kabla razširja in krči pod dnevno sončno svetlobo.

Navodila za nabavo za solarni EPC in lastnike sredstev

Pri ocenjevanju solarnih povezav za projekte velikega obsega naj bi nabavne ekipe EPC presegle začetne nabavne cene in prednostno obrnile pozornost na dolgoročno trdnost:

• Zahtevajte tehnične podatkovne liste materialov: Zahtevajte jasno potrdilo o materialu tesnilne blazine znotraj povezav. Za namestitve v puščavnih, visokogorskih ali obmorskih območjih določite visokokakovostno silikonsko gumo namesto nizkocenovne gume EPDM.
• Preverite certifikate za termično cikliranje: Zagotovite, da so povezave certificirane v skladu z IEC 62852 ali UL 6703, in preverite temperaturno območje tesnil (povezave SUNNOM imajo območje stalne obratovalne temperature od minus 40 do plus 115 stopinj Celzija).

Z izbiro povezovalnikov SUNNOM, opremljenih z visokokakovostnimi silikonskimi tesnilnimi obroči, razvijalci sončne energije zaščitijo svoje naprave pred prodorom vlage, zemeljskimi izkrivki in toplotnimi odpovedmi ter zagotovijo stabilno in rentabilno proizvodnjo energije več kot 25 let.