شهدت منشآت الطاقة الشمسية البحرية والعائمة نموًا سريعًا مع سعي المطورين إلى استغلال المسطحات المائية غير المستغلة وتقليل المنافسة على الأراضي. قُدّرت قيمة سوق الطاقة الشمسية الكهروضوئية العائمة بـ 7.7 مليار دولار أمريكي في عام 2024، ومن المتوقع أن تنمو بثبات خلال العقد المقبل، مدفوعًا بالتقدم التكنولوجي في المواد وأنظمة الإرساء، بالإضافة إلى السياسات الداعمة في العديد من المناطق. في هذا السياق، تُصبح كابلات الطاقة الكهروضوئية البحرية مكونات أساسية: إذ يجب أن تتحمل ظروف المياه المالحة القاسية، والتعرض للأشعة فوق البنفسجية، والإجهاد الميكانيكي الناجم عن الأمواج، والتلوث البيولوجي على مدى أعمار خدمة طويلة. يعالج معيار 2PfG 2962 من TÜV Rheinland (الذي أدى إلى علامة TÜV Bauart) هذه التحديات تحديدًا من خلال تحديد متطلبات اختبار الأداء وإصدار الشهادات للكابلات في تطبيقات الطاقة الكهروضوئية البحرية.
تبحث هذه المقالة في كيفية قدرة الشركات المصنعة على تلبية متطلبات 2PfG 2962 من خلال اختبارات الأداء القوية وممارسات التصميم.
1. نظرة عامة على معيار 2PfG 2962
معيار 2PfG 2962 هو مواصفة من TÜV Rheinland، مُصمم خصيصًا لكابلات الطاقة الكهروضوئية المُخصصة للتطبيقات البحرية والعائمة. يعتمد هذا المعيار على معايير كابلات الطاقة الكهروضوئية العامة (مثل IEC 62930 / EN 50618 للأنظمة الكهروضوئية الأرضية)، ولكنه يُضيف اختبارات صارمة للمياه المالحة، والأشعة فوق البنفسجية، والإجهاد الميكانيكي، وغيرها من عوامل الضغط البحرية. تشمل أهداف المعيار ضمان السلامة الكهربائية، والسلامة الميكانيكية، والمتانة طويلة الأمد في ظل ظروف بحرية متغيرة وصعبة. ينطبق هذا المعيار على كابلات التيار المستمر المُصنفة عادةً حتى 1500 فولت والمُستخدمة في أنظمة الطاقة الكهروضوئية القريبة من الشاطئ والعائمة، مما يتطلب مراقبة جودة إنتاج مُستمرة لضمان مطابقة الكابلات المُعتمدة في الإنتاج الضخم للنماذج الأولية المُختبرة.
2. التحديات البيئية والتشغيلية لكابلات الطاقة الكهروضوئية البحرية
تفرض البيئات البحرية العديد من الضغوطات المتزامنة على الكابلات:
التآكل في المياه المالحة والتعرض للمواد الكيميائية: يمكن أن يؤدي الغمر المستمر أو المتقطع في مياه البحر إلى مهاجمة طلاء الموصل وتدهور أغلفة البوليمر.
الأشعة فوق البنفسجية والشيخوخة الناجمة عن أشعة الشمس: يؤدي التعرض المباشر لأشعة الشمس على المصفوفات العائمة إلى تسريع هشاشة البوليمر وتشقق السطح.
التقلبات الحرارية والدورة الحرارية: تتسبب التغيرات اليومية والموسمية في درجات الحرارة في حدوث دورات تمدد/انكماش، مما يشكل ضغطًا على الروابط العازلة.
الضغوط الميكانيكية: تؤدي حركة الأمواج والحركة التي تحركها الرياح إلى الانحناء الديناميكي والانثناء والتآكل المحتمل ضد العوامات أو أدوات الربط.
التلوث الحيوي والكائنات البحرية: يمكن أن يؤدي نمو الطحالب أو الحشيش أو المستعمرات الميكروبية على أسطح الكابلات إلى تغيير التبديد الحراري وإضافة ضغوط موضعية.
العوامل الخاصة بالتثبيت: التعامل أثناء النشر (على سبيل المثال، فك الأسطوانة)، والانحناء حول الموصلات، والتوتر عند نقاط الإنهاء.
تختلف هذه العوامل مجتمعة بشكل ملحوظ عن المصفوفات الأرضية، مما يستلزم إجراء اختبارات مخصصة بموجب 2PfG 2962 لمحاكاة الظروف البحرية الواقعية
3. متطلبات اختبار الأداء الأساسي بموجب 2PfG 2962
تتضمن اختبارات الأداء الرئيسية المنصوص عليها في 2PfG 2962 عادةً ما يلي:
اختبارات العزل الكهربائي والاختبارات العازلة: اختبارات تحمل الجهد العالي (على سبيل المثال، اختبارات الجهد المستمر) في غرف المياه أو الرطوبة للتأكد من عدم حدوث أي انهيار في ظل ظروف الغمر.
مقاومة العزل بمرور الوقت: مراقبة مقاومة العزل عندما يتم نقع الكابلات في المياه المالحة أو البيئات الرطبة للكشف عن دخول الرطوبة.
فحوصات تحمل الجهد والتفريغ الجزئي: التأكد من أن العزل يمكنه تحمل جهد التصميم بالإضافة إلى هامش الأمان دون تفريغ جزئي، حتى بعد الشيخوخة.
الاختبارات الميكانيكية: اختبارات قوة الشد والاستطالة لمواد العزل والغلاف بعد دورات التعرض؛ اختبارات التعب والانحناء التي تحاكي الانحناء الناجم عن الموجات.
اختبارات المرونة والانثناء المتكرر: الانحناء المتكرر فوق الدعامات أو أجهزة اختبار الانثناء الديناميكي لمحاكاة حركة الموجة.
مقاومة التآكل: محاكاة الاتصال بالعوامات أو العناصر الهيكلية، وربما باستخدام الوسائط الكاشطة، لتقييم متانة الغلاف.
4. اختبارات الشيخوخة البيئية
رش الملح أو الغمر في مياه البحر المحاكاة لفترات طويلة لتقييم التآكل وتدهور البوليمر.
غرف التعرض للأشعة فوق البنفسجية (التجوية المتسارعة) لتقييم هشاشة السطح وتغير اللون وتكوين الشقوق.
تقييمات التحلل المائي وامتصاص الرطوبة، غالبًا عن طريق النقع لفترات طويلة والاختبار الميكانيكي بعد ذلك.
الدورة الحرارية: الدورة بين درجات الحرارة المنخفضة والعالية في غرف خاضعة للرقابة للكشف عن انفصال العزل أو التشققات الدقيقة.
المقاومة الكيميائية: التعرض للزيوت أو الوقود أو مواد التنظيف أو المركبات المضادة للتلوث الموجودة عادة في البيئات البحرية.
مقاومة اللهب أو سلوك الحرائق: بالنسبة للتركيبات المحددة (على سبيل المثال، الوحدات المغلقة)، التحقق من أن الكابلات تلبي حدود انتشار اللهب (على سبيل المثال، IEC 60332-1).
الشيخوخة طويلة الأمد: اختبارات تسريع الحياة التي تجمع بين درجة الحرارة والأشعة فوق البنفسجية والتعرض للأملاح للتنبؤ بعمر الخدمة وتحديد فترات الصيانة.
تضمن هذه الاختبارات احتفاظ الكابلات بالأداء الكهربائي والميكانيكي طوال العمر المتوقع لعقود عديدة في عمليات نشر الطاقة الكهروضوئية البحرية
5. تفسير نتائج الاختبار وتحديد أوضاع الفشل
بعد الاختبار:
أنماط التدهور الشائعة: شقوق العزل الناتجة عن الأشعة فوق البنفسجية أو الدورة الحرارية؛ تآكل الموصل أو تغير لونه بسبب دخول الملح؛ جيوب المياه التي تشير إلى فشل الختم.
تحليل اتجاهات مقاومة العزل: قد يشير الانخفاض التدريجي أثناء اختبارات النقع إلى صياغة غير مثالية للمواد أو طبقات حاجز غير كافية.
مؤشرات الفشل الميكانيكي: يشير فقدان قوة الشد بعد الشيخوخة إلى هشاشة البوليمر؛ ويشير انخفاض الاستطالة إلى زيادة الصلابة.
تقييم المخاطر: مقارنة هوامش السلامة المتبقية مع جهد التشغيل المتوقع والأحمال الميكانيكية؛ وتقييم ما إذا كانت أهداف عمر الخدمة (على سبيل المثال، 25 عامًا أو أكثر) قابلة للتحقيق.
حلقة التغذية الراجعة: تُفيد نتائج الاختبارات في تعديلات المواد (مثل: زيادة تركيزات مُثبِّتات الأشعة فوق البنفسجية)، أو تعديلات التصميم (مثل: زيادة سمك طبقات الغلاف)، أو تحسينات العمليات (مثل: معلمات البثق). يُعد توثيق هذه التعديلات أمرًا بالغ الأهمية لتكرار الإنتاج.
التفسير المنهجي يدعم التحسين المستمر والامتثال
6. اختيار المواد واستراتيجيات التصميم للامتثال لـ 2PfG 2962
الاعتبارات الرئيسية:
اختيارات الموصلات: الموصلات النحاسية هي المعيار؛ قد يتم تفضيل النحاس المطلي بالقصدير لتحسين مقاومة التآكل في البيئات المالحة.
مركبات العزل: البولي أوليفينات المترابطة (XLPO) أو البوليمرات المصممة خصيصًا مع مثبتات الأشعة فوق البنفسجية والمواد المضافة المقاومة للتحلل المائي للحفاظ على المرونة على مدى عقود من الزمن.
مواد الغلاف: مركبات غلاف قوية مع مضادات الأكسدة، وممتصات الأشعة فوق البنفسجية، والحشو لمقاومة التآكل، ورذاذ الملح، ودرجات الحرارة القصوى.
الهياكل الطبقية: قد تتضمن التصميمات متعددة الطبقات طبقات شبه موصلة داخلية، وأفلام حاجزة للرطوبة، وأغطية واقية خارجية لمنع دخول المياه والأضرار الميكانيكية.
المواد المضافة والحشوات: استخدام مثبطات اللهب (حيثما لزم الأمر)، وعوامل مضادة للفطريات أو مضادة للميكروبات للحد من تأثيرات التلوث البيولوجي، ومعدلات التأثير للحفاظ على الأداء الميكانيكي.
الدروع أو التعزيزات: بالنسبة للأنظمة العائمة في المياه العميقة أو ذات الأحمال العالية، من الضروري إضافة معدن مضفر أو تعزيزات صناعية لتحمل الأحمال الشدية دون المساس بالمرونة.
اتساق التصنيع: التحكم الدقيق في وصفات التركيب، ودرجات حرارة البثق، ومعدلات التبريد لضمان خصائص المواد الموحدة من دفعة إلى أخرى.
يساعد اختيار المواد والتصميمات ذات الأداء المثبت في التطبيقات البحرية أو الصناعية المماثلة على تلبية متطلبات 2PfG 2962 بشكل أكثر قابلية للتنبؤ
7. مراقبة الجودة واتساق الإنتاج
الحفاظ على الشهادة في متطلبات الإنتاج الضخم:
التفتيش المباشر: فحوصات الأبعاد المنتظمة (حجم الموصل، سمك العزل)، والفحوصات البصرية للعيوب السطحية، والتحقق من شهادات دفعات المواد.
جدول اختبار العينة: أخذ عينات دورية لإجراء اختبارات رئيسية (على سبيل المثال، مقاومة العزل، واختبارات الشد) وتكرار ظروف الشهادة للكشف عن الانحرافات في وقت مبكر.
إمكانية التتبع: توثيق أرقام دفعات المواد الخام، ومعلمات التركيب، وظروف الإنتاج لكل دفعة كابل لتمكين تحليل السبب الجذري في حالة ظهور مشكلات.
مؤهلات المورد: التأكد من أن موردي البوليمر والمواد المضافة يلبون المواصفات باستمرار (على سبيل المثال، تصنيفات مقاومة الأشعة فوق البنفسجية، ومحتوى مضادات الأكسدة).
الاستعداد للتدقيق من قبل طرف ثالث: الحفاظ على سجلات الاختبار الشاملة، وسجلات المعايرة، ووثائق التحكم في الإنتاج لعمليات التدقيق أو إعادة الاعتماد من قبل TÜV Rheinland.
تساعد أنظمة إدارة الجودة القوية (على سبيل المثال، ISO 9001) المتكاملة مع متطلبات الشهادة الشركات المصنعة على الحفاظ على الامتثال
طويلة الأمد
شهادة TÜV 2PfG 2962 من شركة دانيانغ وينباور المحدودة لتصنيع الأسلاك والكابلات
في 11 يونيو 2025، وخلال المؤتمر والمعرض الدولي الثامن عشر للطاقة الشمسية الكهروضوئية والطاقة الذكية (SNEC PV+2025) لعام 2025، أصدرت TÜV Rheinland شهادة اعتماد من نوع TÜV Bauart Mark لكابلات أنظمة الطاقة الكهروضوئية البحرية، والمعتمدة على معيار 2PfG 2962، لشركة Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (المشار إليها فيما يلي باسم "Weihexiang"). حضر السيد شي بينغ، المدير العام لقسم مكونات المنتجات والخدمات الشمسية والتجارية في TÜV Rheinland Greater China، والسيد شو هونغ هي، المدير العام لشركة Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd.، حفل توزيع الجوائز، وشهدا على نتائج هذا التعاون.
وقت النشر: ٢٤ يونيو ٢٠٢٥