كيفية تحقيق التوازن بين مقاومة الحريق وفقًا لمعيار CCA وأداء مقاومة الماء وفقًا لمعيار AD8 لكابلات الخلايا الكهروضوئية؟
أهمية مقاومة الحريق CCA وأداء AD8 المقاوم للماء
في إنشاء محطات الطاقة الكهروضوئية، تُعدّ كابلات الطاقة الكهروضوئية من أهم مكونات نقل الطاقة، ولذا يجب أن تتمتع بمقاومة ممتازة للحريق ومقاومة عالية للماء عند مواجهة ظروف جوية قاسية كالأمطار الغزيرة وأشعة الشمس المباشرة، لضمان تشغيل مستقر طويل الأمد في بيئات معقدة. مع ذلك، يصعب في التطبيقات العملية تحقيق التوازن بين مستوى مقاومة الحريق (CCA) ومستوى مقاومة الماء (AD8) لكابلات الطاقة الكهروضوئية. ما السبب؟ ستتناول هذه المقالة تحليلاً معمقاً من جوانب خصائص المواد، وعملية التصنيع، وبيئة التطبيق، وغيرها.
تعريف ومتطلبات اختبار أداء مقاومة الحريق لمركب CCA
يشير أداء مقاومة الحريق وفقًا لمعيار CCA إلى وصول كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية إلى مستوى معين من مثبطات اللهب، مما يضمن قدرتها على كبح الاحتراق والحد من انتشار اللهب في حالة نشوب حريق. وتفي كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية من SUNKEAN، الحاصلة على تصنيف CCA، بمعيار اختبار الاحتراق المجمع IEC60332-3 الصارم للغاية. يُعد معيار IEC 60332-3 جزءًا من سلسلة اختبارات اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC)، التي تركز على مقاومة الكابلات للحريق. وعلى وجه التحديد، يُقيّم هذا المعيار خصائص انتشار اللهب في الأسلاك أو الكابلات المجمعة المثبتة رأسيًا في ظل ظروف محددة. وتشمل مقاييس الاختبار ما يلي:
انتشار اللهب: المسافة التي ينتشر فيها اللهب على طول الكابل.
انبعاث الحرارة: كمية الطاقة الحرارية المنبعثة أثناء الاحتراق.
توليد الدخان: كمية وكثافة الدخان المتولد، مما قد يعيق عمليات الإخلاء ويعقد عمليات مكافحة الحرائق.
إن الحصول على هذه الشهادة يعني أن كابلات SUNKEAN من نوع Cca مصممة للحد من انتشار اللهب وتقليل خطر نشوب الحرائق، مما يُسهم بشكل كبير في سلامة منشآت الطاقة الشمسية الكهروضوئية. إضافةً إلى ذلك، يجب أن تستوفي كابلات Cca المؤهلة الشروط التالية:
اختبار كثافة الدخان وفقًا للمعيار EN50618: يتطلب نفاذية للدخان ≥ 60%
اختبار الانحناء البارد وفقًا للمعيار EN60811-504: يشترط أن يكون سطح الكابل خالياً من الشقوق عند درجة حرارة -40 درجة مئوية ± 2 درجة مئوية
*للحصول على مزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى منشور مدونة آخر يشرح مستويات الإنعاش القلبي الرئوي بشكل احترافي.
تعريف ومتطلبات اختبار أداء مقاومة الماء AD8
في مجال كابلات الطاقة الشمسية، تُعدّ درجتا AD7 وAD8 الأكثر شيوعًا لمقاومة الماء. يتميز كابل AD8 بأداءٍ فائق في مقاومة الماء، ما يعني قدرته على العمل بكفاءة في بيئة مغمورة بالماء لفترات طويلة. وللحصول على هذا المستوى من الاعتماد، يجب على الشركات المصنعة إجراء اختبارات الجهد، ومقاومة العزل، والشد، والوزن، وغيرها، من خلال محاكاة بيئة تحت الماء وفقًا للمعيار EN50525-2-21. ويجب أن يحافظ الكابل خلال الاختبار على:
إحكام الإغلاق الكامل: عند استخدام الكابل تحت الماء لفترة طويلة، لا يمكن للرطوبة أن تخترق الموصل أو طبقة العزل.
مقاومة التحلل المائي والأشعة فوق البنفسجية: يجب تعريض مواد العزل والتغليف للبيئات الرطبة أو تحت الماء لفترة طويلة للحفاظ على الأداء الجيد.
مقاومة الضغط: يمكنه تحمل الضغط تحت الماء ولن يتسبب في تمزق الغلاف أو تدهور المادة بسبب ضغط الماء.
*للحصول على مزيد من التفاصيل، يرجى الرجوع إلى مدونة أخرى تشرح الاختلافات وطرق الاختيار بين AD7 و AD8.
التناقضات بين مواد CCA المقاومة للحريق ومواد AD8 المقاومة للماء
على الرغم من أن مقاومة الحريق وفقًا لمعيار CCA ومقاومة الماء وفقًا لمعيار AD8 تُعدّان مؤشرين هامين لسلامة كابلات الطاقة الشمسية، إلا أنه من الصعب مراعاة كليهما في الإنتاج الفعلي. تستخدم مواد العزل والغلاف لكابلات الطاقة الشمسية بشكل أساسي مادتين متشابكتين مختلفتين، هما XLPE وXLPO، واللتان تم تحسينهما لتحقيق مقاومة الماء والحريق. فكيف تُقيّد خصائص هاتين المادتين بعضهما البعض؟ تشرح هذه المقالة ذلك بالتفصيل من ثلاثة جوانب: الاختلاف في المواد نفسها، والتضارب في عمليات التصنيع، والتنافي المتبادل للخصائص الفيزيائية.
أ. الاختلافات في المواد نفسها
تستخدم مواد مقاومة الحريق من فئة CCA عادةً البولي أوليفينات المتشابكة (XLPO)، والتي تتميز بعدم انبعاث غازات سامة عند احتراقها ومقاومتها العالية للحرارة. أما مواد مقاومة الماء من فئة AD8 فتستخدم عمومًا البولي إيثيلين المتشابك (XLPE)، والذي يتميز بقدرته العالية على منع التسرب، ومقاومته للتحلل المائي، ومقاومته للأشعة فوق البنفسجية. ونظرًا لأن البنية الجزيئية لمادة XLPO فضفاضة نسبيًا، يصعب تحقيق عزل مائي كامل، بينما يسهل على XLPE امتصاص الماء أو إطلاق غازات ضارة عند درجات الحرارة العالية، لذا يصعب الجمع بين الميزتين.
ب. النزاعات في عملية تصنيع مواد CCA المقاومة للحريق ومواد AD8 المقاومة للماء
لتحقيق أداء مقاوم للحريق من فئة CCA، يلزم استخدام مواد مثبطة للهب خاصة في عملية إنتاج الكابلات، وقد تؤثر هذه المواد على قدرة الكابل على منع تسرب الماء. ثانيًا، تؤثر الحشوات غير العضوية في المواد المقاومة للحريق (مثل هيدروكسيد الألومنيوم وهيدروكسيد المغنيسيوم) على قدرة المادة على منع تسرب الماء لأنها تقلل من إحكام إغلاقها. أخيرًا، تجعل متطلبات الإحكام العالية للمواد المقاومة للماء من المستحيل توزيع بعض إضافات مقاومة الحريق بالتساوي، مما قد يؤثر على فعالية مقاومة الحريق الإجمالية.
ج. الاستبعاد المتبادل للخصائص الفيزيائية بين مواد CCA المقاومة للحريق ومواد AD8 المقاومة للماء
عادةً ما تكون المواد المقاومة للحريق هشة وقد تتشقق أو تتقشر بسهولة في البيئات المائية لفترات طويلة.
المواد المقاومة للماء تكون بشكل عام أكثر ليونة، ولكن المواد اللينة تميل إلى أن تكون ذات مقاومة ضعيفة لدرجات الحرارة العالية وقد لا تفي بمعايير CCA المقاومة للحريق.
تختلف ظروف اختبار مقاومة الحريق عن ظروف اختبار مقاومة الماء. يركز اختبار مقاومة الحريق على قدرة المادة على مقاومة اللهب عند درجات الحرارة العالية، بينما يركز اختبار مقاومة الماء على قدرتها على منع التسرب عند غمرها في الماء لفترات طويلة.
لذلك، من الصعب مراعاة كلا الخاصيتين باستخدام نفس المادة والتصميم.
كيفية تحقيق التوازن بين مقاومة الحريق باستخدام مادة CCA ومقاومة الماء باستخدام مادة AD8؟
نظراً لأن كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية غالباً ما تستخدم في الهواء الطلق أو تحت الأرض أو حتى تحت الماء، فهناك مفاضلة بين مقاومة الحريق ومقاومة الماء عند اختيار الكابلات.
أ. الكابلات المستخدمة بين وحدات الطاقة الشمسية الكهروضوئية والعواكس
الظروف البيئية: تُركّب هذه الكابلات عادةً في بيئات مفتوحة، مثل أنظمة الطاقة الشمسية على أسطح المنازل، أو مصفوفات الخلايا الكهروضوئية الأرضية، أو مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة. ورغم شيوع تعرضها للرطوبة والمطر وأشعة الشمس، إلا أن خطر غمرها بالماء ضئيل. مع ذلك، ونظرًا لوجود التوصيلات الكهربائية والتيارات التشغيلية العالية، يُعدّ خطر نشوب حريق مصدر قلق أكبر.
اختيار الكابل الموصى به: كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المقاومة للهب والمصنفة وفقًا لمعيار CCA. يجب أن يكون الغلاف الخارجي لهذه الكابلات مصنوعًا من مواد مقاومة للهب منخفضة الدخان وخالية من الهالوجين لتقليل الانبعاثات السامة في حالة نشوب حريق.
تدابير حماية إضافية: تأكد من توجيه الكابلات بشكل صحيح والتباعد بينها لمنع ارتفاع درجة الحرارة؛ قم بتركيب قنوات مقاومة للحريق أو صواني واقية في المناطق ذات مخاطر الحريق العالية (مثل بالقرب من العاكسات أو صناديق التوصيل)؛ استخدم أغلفة مقاومة للأشعة فوق البنفسجية لمنع التدهور طويل المدى الناتج عن التعرض لأشعة الشمس.
ب. كابلات التيار المستمر المثبتة تحت الأرض أو تحت الماء
الظروف البيئية: في مزارع الطاقة الشمسية الكبيرة، غالباً ما يتم دفن كابلات التيار المستمر تحت الأرض لحمايتها من التلف المادي والتعرض البيئي.
تتطلب محطات الطاقة الشمسية العائمة أو أنظمة الطاقة الكهروضوئية البحرية كابلات ذات مقاومة عالية للغمر لفترات طويلة، نظرًا لاحتمالية تركيبها على سطح الماء أو في مناطق معرضة للفيضانات. ويُعدّ تسرب المياه المشكلة الأكبر، إذ يُمكن أن يُسبب تلفًا في العزل، وقصرًا في الدائرة الكهربائية، وتسريعًا في تلف الكابلات. وعلى الرغم من أن خطر نشوب الحرائق أقل عمومًا مقارنةً بالتركيبات فوق سطح الأرض، إلا أنه يجب أخذه في الاعتبار عند استخدام تطبيقات الطاقة العالية.
اختيار الكابل الموصى به: كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية المقاومة للماء من فئة AD8. تستخدم كابلات AD8 مواد عازلة خاصة مانعة لتسرب الماء، مثل البولي إيثيلين المتشابك عالي الكثافة (XLPE). يجب أن تكون الموصلات مصنوعة من النحاس المطلي بالقصدير لمنع الأكسدة والتآكل الناتجين عن التعرض المطول للماء. يجب أن يتمتع الغلاف الخارجي بمقاومة عالية لتسرب الماء، مما يضمن عدم قدرة حتى كميات ضئيلة من الرطوبة على اختراق العازل.
تدابير حماية إضافية: لتعزيز السلامة من الحرائق، يمكن تركيب صناديق قنوات الكابلات المقاومة للحريق في خنادق الكابلات تحت الأرض. في حالة حدوث عطل كهربائي، تساعد هذه الصناديق في السيطرة على اللهب؛ ويمكن تصميم غلاف مزدوج الطبقات، بطبقة داخلية مقاومة للماء وطبقة خارجية مثبطة للهب لتحقيق التوازن بين الحماية من الحرائق والعزل المائي؛ كما تُستخدم وصلات الكابلات وصناديق التوصيل المقاومة للماء لمنع تسرب الرطوبة عند نقاط التوصيل.
ج. حلول للبيئات المعقدة والصعبة
في بعض التطبيقات، قد تتعرض كابلات الطاقة الشمسية الكهروضوئية لمخاطر حريق عالية وظروف رطوبة شديدة في آن واحد، مما يتطلب حلولاً أكثر تطوراً للكابلات. تشمل هذه الحالات المنشآت الشمسية الصناعية، ومحطات الطاقة الهجينة (توليد الطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية)، والمناطق ذات المناخ القاسي (البيئات الساحلية أو الرطبة).
الحماية المادية الخارجية: في المناطق الحساسة، يمكن وضع الكابلات في قنوات معدنية مقاومة للحريق والماء لتعزيز المتانة.
يمكن أن تساعد رفوف الكابلات المرتفعة المزودة بأنظمة تصريف المياه في المناطق المعرضة للفيضانات. إضافةً إلى ذلك، تُعالج بعض الكابلات بتقنية الطلاء النانوي أو السيليكوني لتعزيز مقاومتها للظروف القاسية.
اتجاهات تطوير مواد الكابلات في المستقبل
سيركز التوجه التطويري المستقبلي للكابلات الكهروضوئية على البحث والتطوير في المواد الجديدة وتصميم الهياكل المركبة لتحسين أداء مقاومة الحريق والماء في نفس الوقت.
طلاء مقاوم للحريق على مستوى النانو: استخدم تقنية النانو لتطوير طبقات رقيقة للغاية مقاومة للحريق لتحسين مقاومة الحريق دون التأثير على أداء مقاومة الماء.
مواد بوليمرية مقاومة للماء ومثبطة للهب: تطوير مواد بوليمرية ذات خصائص مقاومة للحريق والماء، مثل البوليمرات الفلورية أو مطاط السيليكون الخاص.
هيكل مركب متعدد الطبقات: يتم استخدام هيكل متعدد الطبقات مع طبقة خارجية مقاومة للماء وطبقة داخلية مثبطة للهب لتحقيق الجمع بين خاصيتين.
