Tác động của chu kỳ nhiệt độ lên gioăng silicone so với gioăng EPDM trong bộ nối SUNNOM đạt tiêu chuẩn sử dụng ngoài trời

Câu hỏi: Chu kỳ nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến gioăng silicone và gioăng EPDM trong các bộ nối mặt trời đạt tiêu chuẩn sử dụng ngoài trời, và Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) tối ưu hóa khả năng chống thời tiết ra sao?

Các nhà máy năng lượng mặt trời là một trong những cơ sở công nghiệp chịu tác động mạnh nhất từ môi trường trên toàn cầu. Từ những mùa đông giá lạnh ở vùng Bắc Cực đến những mùa hè nóng bỏng ở sa mạc, các tấm pin mặt trời và hệ thống kết nối điện của chúng phải liên tục chịu đựng những dao động nhiệt độ. Hiện tượng này, được gọi là chu kỳ nhiệt độ, tạo nên một thách thức kỹ thuật lớn. Dưới tác động của chu kỳ nhiệt độ hàng ngày, một kết nối năng lượng mặt trời có thể chịu nhiệt độ bên trong dao động từ âm 40 độ Celsius vào ban đêm lên đến hơn 100 độ Celsius vào buổi chiều cao điểm khi phát điện dưới tải điện lớn. Mặc dù nhiều sự chú ý được dành cho vỏ nhựa và các chốt kim loại, nhưng thành phần trực tiếp quyết định việc đầu nối có chịu đựng được những biến đổi nhiệt độ này hay không chính là gioăng làm kín. Nếu gioăng bị hỏng, độ ẩm và bụi sẽ xâm nhập vào đầu nối, gây ra hiện tượng ăn mòn nhanh chóng, sự cố cách điện và ngừng hoạt động của hệ thống. Hướng dẫn kỹ thuật này so sánh hiệu suất của gioăng silicone và gioăng EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer) dưới điều kiện chu kỳ nhiệt và giải thích lý do vì sao Wenzhou Shangnuo (SUNNOM) ưu tiên sử dụng silicone chất lượng cao nhằm đảm bảo độ tin cậy lâu dài.

Vai trò then chốt của gioăng làm kín trong đầu nối quang điện

Chức năng chính của gioăng đầu nối năng lượng mặt trời là tạo ra một lớp kín tuyệt đối, kín nước và kín bụi giữa vỏ đầu nối đực và cái, cũng như xung quanh các điểm dẫn cáp vào. Một lớp kín chắc chắn ngăn chặn việc xâm nhập của nước, độ ẩm, hơi muối và các hạt bụi. Để thực hiện được điều này, gioăng phải tác dụng một lực ép liên tục và đồng đều lên các bề mặt tiếp xúc.

Tuy nhiên, do vật liệu giãn nở khi nóng và co lại khi lạnh, nên chu kỳ nhiệt thay đổi liên tục kích thước vật lý của các thành phần đầu nối. Gioăng phải đủ đàn hồi để giãn nở và co lại một cách linh hoạt, lấp đầy mọi khe hở vi mô xuất hiện trong quá trình dao động nhiệt. Nếu vật liệu gioăng mất đi tính đàn hồi hoặc biến dạng vĩnh viễn, nó sẽ không còn duy trì được lực kín cần thiết, từ đó tạo ra các đường dẫn cho độ ẩm xâm nhập.

Gioăng EPDM: Tính chất, ưu điểm và hạn chế

EPDM là một loại cao su tổng hợp phổ biến, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp ô tô, xây dựng và điện. Trong các đầu nối năng lượng mặt trời tiêu chuẩn, EPDM thường được chỉ định do những đặc tính nổi bật của nó:

• Khả năng chống hóa chất tốt: EPDM có khả năng chống ozon, dung môi phân cực và axit rất tốt, nhờ đó có độ bền cao trong các môi trường đô thị hoặc công nghiệp bị ô nhiễm.
• Độ bền kéo cao: EPDM có độ cứng cơ học tốt và chống rách, mài mòn trong quá trình lắp ráp cũng như ghép nối.
• Tính kinh tế: EPDM tương đối rẻ để sản xuất, giúp các thương hiệu đầu nối chi phí thấp giảm chi phí sản xuất.
• Vấn đề dễ bị ảnh hưởng bởi chu kỳ nhiệt: Mặc dù có những lợi ích này, EPDM vẫn tồn tại một nhược điểm đáng kể khi chịu tác động của chu kỳ nhiệt khắc nghiệt: hiện tượng biến dạng nén vĩnh viễn (compression set). Biến dạng nén vĩnh viễn là sự biến dạng cố định còn sót lại trong vật liệu đàn hồi sau khi lực nén được giải phóng. Dưới tác động lặp đi lặp lại của các chu kỳ gia nhiệt và làm mát, EPDM trải qua những thay đổi về liên kết chéo phân tử khiến vật liệu mất khả năng phục hồi hình dạng ban đầu. Ở nhiệt độ trên 85 độ C, gioăng EPDM trở nên cứng hơn và mất tính đàn hồi. Khi hệ thống làm mát vào ban đêm, gioăng EPDM đã cứng không thể phục hồi đủ nhanh để lấp đầy các khe hở đang co lại, dẫn đến thất bại trong việc đảm bảo kín khít.

Gioăng silicone: Giải pháp thay thế hiệu suất cao

Cao su silicone là một loại vật liệu đàn hồi cao cấp, có cấu trúc phân tử nền gồm các nguyên tử silic và oxy xen kẽ nhau, nhờ đó mang lại các đặc tính vật lý vượt trội so với các loại cao su hữu cơ thông thường như EPDM – vốn có cấu trúc nền gồm các liên kết cacbon-cacbon:

• Khả năng chịu nhiệt độ rộng: Silicone duy trì các tính chất vật lý và độ linh hoạt của nó trong dải nhiệt độ rất rộng, thường từ âm 60 đến dương 200 độ C. Chất liệu này không trở nên giòn trong điều kiện đóng băng và cũng không mềm ra hay suy giảm khi tiếp xúc với nhiệt độ cực cao.
• Khả năng chống biến dạng nén vượt trội: Silicone có độ biến dạng nén cực thấp. Ngay cả sau nhiều năm bị nén liên tục ở nhiệt độ cao, gioăng silicone vẫn lập tức phục hồi về hình dạng ban đầu ngay khi lực nén được loại bỏ. Tính nhớ đàn hồi cao này đảm bảo gioăng duy trì lực làm kín ổn định trong suốt quá trình thay đổi nhiệt độ liên tục.
• Khả năng chống tia UV và thời tiết vượt trội: Các liên kết silicon-oxy trong silicone có khả năng kháng tia UV và ôzôn rất cao. Trong khi EPDM có thể dần khô cứng và xuất hiện các vết nứt vi mô trên bề mặt dưới tác động mạnh của tia UV mặt trời, silicone hoàn toàn không bị ảnh hưởng.
• Chi phí vật liệu cao hơn: Nhược điểm chính của silicone là chi phí vật liệu và chi phí gia công cao hơn, do đó loại vật liệu này thường bị các nhà sản xuất đầu nối giá rẻ, có ngân sách hạn chế tránh sử dụng.

So sánh EPDM và silicone trong các thử nghiệm chu kỳ nhiệt

Để hiểu rõ tác động dài hạn của chu kỳ nhiệt, hãy xem xét cách hai loại vật liệu này phản ứng trong các thử nghiệm tiêu chuẩn (ví dụ như thử nghiệm chu kỳ nhiệt IEC 62852, trong đó đầu nối được luân phiên giữa nhiệt độ âm 40 độ C và dương 85 độ C trong hàng trăm giờ):

• Khả năng duy trì lực làm kín: Trong các giai đoạn nhiệt độ cao của thử nghiệm, vỏ nhựa nở ra, nén miếng đệm kín. Miếng đệm kín EPDM, chịu lão hóa nhiệt nhanh hơn, bắt đầu biến dạng vĩnh viễn. Sau 200 chu kỳ, lực làm kín do miếng đệm kín EPDM tạo ra có thể giảm hơn 50 phần trăm. Ngược lại, miếng đệm kín silicone vẫn giữ được hơn 90 phần trăm lực làm kín ban đầu.
• Khả năng linh hoạt ở nhiệt độ thấp: Trong các giai đoạn lạnh (âm 40 độ C), vật liệu EPDM trải qua quá trình chuyển thủy tinh, trở nên cứng và giòn như thủy tinh. Nếu xảy ra rung động cơ học hoặc lực kéo cáp trong giai đoạn này, gioăng EPDM đã cứng sẽ không thể điều chỉnh và sẽ nứt vỡ. Ngược lại, silicone có nhiệt độ chuyển thủy tinh thấp hơn nhiều nên vẫn giữ được độ mềm mại và linh hoạt, duy trì hiệu quả kín nước hoàn hảo.
• Kiểm tra khả năng xâm nhập độ ẩm: Sau khi thực hiện kiểm tra chu kỳ nhiệt, các đầu nối được phun nước áp lực cao và kiểm tra cách điện trong môi trường ẩm ướt. Các đầu nối sử dụng gioăng EPDM cho thấy tỷ lệ suy giảm điện trở cách điện cao đáng kể do hình thành các đường rò rỉ vi mô từ hiện tượng biến dạng nén dư. Trong khi đó, các đầu nối sử dụng gioăng silicone duy trì trạng thái khô hoàn toàn bên trong với các tiếp điểm không bị ảnh hưởng bởi độ ẩm, đạt mức xâm nhập độ ẩm bằng không.

SUNNOM khai thác công nghệ silicone như thế nào để đảm bảo an toàn lâu dài

Tại Wenzhou Shangnuo (SUNNOM), chúng tôi từ chối thỏa hiệp về khả năng chống chịu thời tiết lâu dài của các đầu nối năng lượng mặt trời 1500V. Chúng tôi sử dụng gioăng cao su silicone cao cấp để đảm bảo tuổi thọ vận hành lên đến 25 năm:

• Thiết kế gioăng kép dạng vòng: Đầu nối SUNNOM được trang bị cấu trúc gioăng silicone dạng hai vòng tại bề mặt ghép nối. Sự dự phòng này đảm bảo rằng ngay cả khi một gioăng chịu tác động của ứng suất cơ học cục bộ cực đoan, vòng gioăng thứ hai vẫn duy trì được rào cản IP68 hoàn hảo.
• Gioăng silicone đã bôi trơn sẵn: Các gioăng silicone của chúng tôi được xử lý trước bằng một lớp chất bôi trơn silicone chuyên dụng, không di chuyển. Điều này giúp giảm ma sát khi ghép nối, ngăn ngừa hiện tượng xoay hoặc kẹt gioăng trong quá trình lắp đặt tại hiện trường, đồng thời nâng cao tính chất chống thấm nước của gioăng.
• Khớp nối cáp độ chính xác cao: Vòng đệm chống kéo giãn phía sau trên các đầu nối SUNNOM cũng được làm từ silicone cao cấp, chịu được thời tiết. Điều này đảm bảo điểm vào cáp luôn được bịt kín hoàn hảo, ngay cả khi lớp vỏ cáp quang điện giãn nở và co lại dưới tác động của ánh nắng mặt trời hàng ngày.

Hướng dẫn mua sắm dành cho các nhà thầu EPC và chủ sở hữu tài sản năng lượng mặt trời

Khi đánh giá các đầu nối năng lượng mặt trời cho các dự án quy mô lớn, đội ngũ mua sắm của nhà thầu EPC nên xem xét vượt ra ngoài giá mua ban đầu và ưu tiên độ bền dài hạn:

• Yêu cầu bảng dữ liệu vật liệu: Đề nghị cung cấp xác nhận rõ ràng về loại vật liệu gioăng được sử dụng bên trong các đầu nối. Chỉ định sử dụng cao su silicone chất lượng cao thay vì EPDM chi phí thấp đối với các lắp đặt ở khu vực sa mạc, vùng cao nguyên hoặc ven biển.
• Xác minh chứng nhận chu kỳ nhiệt: Đảm bảo các đầu nối đã được chứng nhận theo tiêu chuẩn IEC 62852 hoặc UL 6703, đồng thời kiểm tra dải nhiệt độ hoạt động của các gioăng (đầu nối SUNNOM có dải nhiệt độ hoạt động liên tục từ âm 40 đến dương 115 độ C).

Bằng cách lựa chọn các đầu nối SUNNOM được trang bị gioăng silicon cao cấp, các nhà phát triển năng lượng mặt trời có thể bảo vệ hệ thống pin quang điện của mình khỏi sự xâm nhập của độ ẩm, sự cố chạm đất và hỏng hóc do nhiệt, từ đó đảm bảo quá trình phát điện ổn định và sinh lời trong hơn 25 năm.