Вплив термічного циклювання на силиконові та ЕПДМ-прокладки в зовнішніх сонячних роз’ємах SUNNOM

П: Як термічне циклювання впливає на силіконові та ЕПДМ-прокладки в зовнішніх сонячних з’єднувачах і як компанія Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) оптимізує захист від атмосферних впливів?

Сонячні електростанції є одними з найбільш підданих впливам навколишнього середовища промислових об’єктів на планеті. Від морозних арктичних зим до спекотних пустельних літ сонячні панелі та їхні електричні системи з’єднання постійно піддаються коливанням температури. Це явище, відоме як термічне циклювання, створює масштабну інженерну проблему. Під час щоденного термічного циклювання сонячний з'єднання може відчувати внутрішні температури від мінус 40 градусів Цельсія вночі до понад 100 градусів Цельсія під час пікового пополудневого навантаження за умов високого електричного навантаження. Хоча значна увага приділяється пластиковим корпусам та металевим штирям, компонентом, який безпосередньо визначає, чи зможе роз’єм витримати такі термічні коливання, є ущільнювальна прокладка. Якщо прокладка виходить з ладу, волога й пил проникають у роз’єм, що призводить до швидкої корозії, пошкодження ізоляції та простою системи. У цьому технічному керівництві порівнюється ефективність силиконових та EPDM (етилен-пропілен-дієнових мономерів) прокладок під час термічного циклювання й пояснюється, чому компанія Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) надає перевагу високоякісному силікону для забезпечення тривалої надійності.

Ключова роль ущільнювальних прокладок у фотоелектричних роз’ємах

Основна функція ущільнювального кільця сонячного з’єднувача полягає в створенні герметичного, непроникного для рідини й пилу з’єднання між чоловічою та жіночою частинами корпусу, а також навколо точок введення кабелю. Надійне ущільнення запобігає проникненню води, вологи, солоного туману та частинок бруду. Для цього ущільнювальне кільце має постійно й рівномірно створювати тиск на спряжувані поверхні.

Однак, оскільки матеріали розширюються при нагріванні й стискаються при охолодженні, термічні цикли постійно змінюють фізичні розміри компонентів з’єднувача. Ущільнювальне кільце має бути достатньо еластичним, щоб динамічно розширюватися й стискатися, заповнюючи будь-які мікроскопічні зазори, які виникають під час температурних коливань. Якщо матеріал ущільнювального кільця втрачає еластичність або зазнає постійної деформації, воно не зможе забезпечити достатньої силі ущільнення, що призведе до утворення шляхів для проникнення вологи.

Ущільнювальні кільця з EPDM: властивості, переваги та обмеження

EPDM — це популярна синтетична гума, яку широко використовують у автомобільній, будівельній та електротехнічній галузях. У стандартних сонячних роз’ємах EPDM часто вказується через її особливі властивості:

• Добрий хімічний опір: EPDM має відмінну стійкість до озону, полярних розчинників та кислот, що робить її надзвичайно довговічною в забруднених міських або промислових середовищах.
• Висока межа міцності при розтягуванні: EPDM фізично міцна й стійка до розривів та абразивного зносу під час збирання та процесу з’єднання.
• Економічна вигідність: виробництво EPDM порівняно недороге, що дозволяє брендам недорогих роз’ємів знизити собівартість виробництва.
• Уразливість до термічного циклювання: Незважаючи на ці переваги, EPDM має значний недолік у умовах екстремального термічного циклювання — стискування (компресійне відновлення). Компресійне відновлення — це постійна деформація, що залишається в еластомері після зняття стискаючого навантаження. Під час повторних циклів нагрівання та охолодження в EPDM відбуваються молекулярні зміни у поперечних зв’язках, що призводять до втрати «пам’яті» матеріалу. При температурах понад 85 °C ущільнювальні прокладки з EPDM ущільнюються й втрачають еластичність. Коли система охолоджується вночі, затверділа прокладка з EPDM не може достатньо швидко відновити свою форму, щоб заповнити зменшувані зазори, що призводить до порушення герметичності.

Силіконові прокладки: високопродуктивна альтернатива

Силіконова гума — це еластомер високої якості, молекулярний каркас якого складається з чергуючихся атомів кремнію й кисню, що забезпечує кращі фізичні властивості порівняно з каркасами на основі вуглецевих зв’язків у стандартних органічних гумах, таких як EPDM:

• Широкий діапазон температурної стійкості: силікон зберігає свої фізичні властивості та гнучкість у надзвичайно широкому температурному діапазоні — зазвичай від мінус 60 до плюс 200 °C. Він не стає крихким на морозі й не розм’якшується чи не розкладається при надвисоких температурах.
• Виняткова стійкість до деформації під стиском: силікон має надзвичайно низький показник деформації під стиском. Навіть після років безперервного стиснення при високих температурах силіконова прокладка миттєво повертається до початкової форми після зняття навантаження. Ця висока еластичність і «пам’ять» форми забезпечують сталу силу ущільнення навіть за умов безперервних термічних циклів.
• Виняткова стійкість до УФ-випромінювання та атмосферних впливів: зв’язки між атомами кремнію та кисню в силіконі високо стійкі до ультрафіолетового випромінювання та озону. Тоді як EPDM може поступово пересихати й утворювати поверхневі мікротріщини під впливом інтенсивного сонячного УФ-випромінювання, силікон залишається повністю неушкодженим.
• Вища вартість матеріалу: головним недоліком силікону є його вища вартість матеріалу та обробки, тому його зазвичай уникують виробники низькобюджетних роз’ємів.

Порівняння ЕПДМ і силікону під час випробувань термічним циклюванням

Щоб зрозуміти довготривалий вплив термічного циклювання, розглянемо поведінку цих двох матеріалів під час стандартизованих випробувань (наприклад, випробувань термічним циклюванням за стандартом IEC 62852, під час яких роз’єми циклічно нагріваються й охолоджуються в діапазоні від мінус 40 до плюс 85 °C протягом сотень годин):

• Збереження силової герметизації: під час фази високої температури випробування пластиковий корпус розширюється й стискає прокладку. Прокладка з ЕПДМ, що піддається швидшому термічному старінню, починає постійно деформуватися. Після 200 циклів сила герметизації, створена прокладкою з ЕПДМ, може знизитися більше ніж на 50 %. Натомість прокладка з силікону зберігає понад 90 % своєї початкової сили герметизації.
• Гнучкість при низьких температурах: під час холодного періоду (мінус 40 °C) EPDM проходить скловидний перехід, стаючи жорстким і схожим на скло. Якщо в цей період виникають механічні вібрації або тягове навантаження на кабель, жорстке ущільнення з EPDM не може адаптуватися й тріскається. Силікон, що має значно нижчу температуру скловидного переходу, залишається м’яким і гнучким, забезпечуючи водонепроникне ущільнення.
• Тестування на проникнення вологи: після термічного циклювання роз’єми піддаються високотисковому водяному спринклерному обприскуванню та тестам на вологу ізоляції. Роз’єми з ущільнювальними кільцями з EPDM демонструють значно вищий рівень порушення опору ізоляції через мікропротікання, спричинені деформацією стиснення. Роз’єми з ущільнювальними кільцями з силікону зберігають ідеально сухі внутрішні контакти без будь-якого проникнення вологи.

Як SUNNOM використовує силіконові технології для забезпечення довготривалої безпеки

У компанії Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) ми відмовляємося йти на поступки щодо тривалої стійкості наших сонячних роз’ємів на 1500 В до атмосферних впливів. Ми використовуємо гумові ущільнювальні кільця з преміального силіконового каучуку, щоб гарантувати термін експлуатації 25 років:

• Двокільцева резервна конструкція ущільнення: роз’єми SUNNOM мають двокільцеву силіконову ущільнювальну структуру на місці з’єднання. Ця резервність забезпечує те, що навіть якщо одне ущільнення піддається надмірному локальному механічному навантаженню, друге кільце зберігає бездоганний IP68-бар’єр.
• Попередньо змащені силіконові ущільнення: наші силіконові ущільнювальні кільця попередньо оброблені тонким шаром спеціалізованого силіконового змащувального матеріалу, який не вимивається. Це зменшує тертя під час з’єднання, запобігає закручуванню або защемленню ущільнення під час монтажу на об’єкті та покращує водоштовхальні властивості ущільнення.
• Точні кабельні ущільнювальні муфти: заднє ущільнення від навантаження на розтяг у конекторах SUNNOM також виготовлено з преміального, стійкого до погодних умов силікону. Це забезпечує ідеальне ущільнення місця введення кабелю, навіть коли оболонка ФЕ-кабелю розширюється та стискається під дією щоденного сонячного світла.

Рекомендації щодо закупівлі для інженерно-монтажних компаній (EPC) та власників активів у сфері сонячної енергетики

При оцінці сонячних конекторів для масштабних проектів закупівельні команди EPC повинні звертати увагу не лише на початкову вартість закупівлі, а й надавати перевагу тривалій міцності:

• Запитуйте технічні паспорти матеріалів: вимагайте чіткого підтвердження типу матеріалу прокладки, що використовується всередині конекторів. Зазначте необхідність використання високоякісної силіконової гуми замість недорогого ЕПДМ-гумового матеріалу для установок у пустельних, високогірних або прибережних районах.
• Перевірте сертифікати стійкості до термічних циклів: переконайтеся, що конектори мають сертифікацію за стандартами IEC 62852 або UL 6703, і перевірте температурний діапазон роботи ущільнень (конектори SUNNOM мають діапазон робочих температур від мінус 40 до плюс 115 °C у безперервному режимі).

Вибираючи з’єднувачі SUNNOM, оснащені преміальними силиконовими ущільненнями, розробники сонячних електростанцій можуть захистити свої сонячні масиви від проникнення вологи, замикань на землю та термічних збоїв, забезпечуючи стабільне й прибуткове виробництво енергії понад 25 років.