Offshore- und schwimmende Solaranlagen verzeichnen ein rasantes Wachstum, da Entwickler ungenutzte Wasserflächen nutzen und die Landkonkurrenz reduzieren möchten. Der Markt für schwimmende Photovoltaikanlagen wurde im Jahr 2024 auf 7,7 Milliarden US-Dollar geschätzt und wird im kommenden Jahrzehnt voraussichtlich stetig wachsen, angetrieben durch technologische Fortschritte bei Materialien und Verankerungssystemen sowie fördernde politische Maßnahmen in vielen Regionen. In diesem Zusammenhang werden maritime Photovoltaikkabel zu kritischen Komponenten: Sie müssen rauem Salzwasser, UV-Strahlung, mechanischer Belastung durch Wellen und Biofouling über eine lange Lebensdauer standhalten. Der Standard 2PfG 2962 des TÜV Rheinland (der zum TÜV Bauart-Zeichen führte) geht speziell auf diese Herausforderungen ein, indem er Leistungsprüfungen und Zertifizierungsanforderungen für Kabel in maritimen Photovoltaikanwendungen definiert.
In diesem Artikel wird untersucht, wie Hersteller die Anforderungen von 2PfG 2962 durch robuste Leistungstests und Designpraktiken erfüllen können.
1. Überblick über den Standard 2PfG 2962
Die Norm 2PfG 2962 ist eine TÜV Rheinland-Spezifikation speziell für Photovoltaikkabel für den maritimen und schwimmenden Einsatz. Sie basiert auf allgemeinen PV-Kabelnormen (z. B. IEC 62930 / EN 50618 für landgestützte PV-Anlagen), ergänzt diese jedoch um strenge Tests auf Salzwasser, UV-Strahlung, mechanische Ermüdung und andere maritime Belastungen. Zu den Zielen der Norm gehört die Gewährleistung elektrischer Sicherheit, mechanischer Integrität und Langlebigkeit unter variablen, anspruchsvollen Offshore-Bedingungen. Sie gilt für Gleichstromkabel mit einer Nennspannung von typischerweise bis zu 1.500 V, die in küstennahen und schwimmenden PV-Anlagen eingesetzt werden. Sie erfordert eine konsequente Qualitätskontrolle in der Produktion, damit zertifizierte Kabel in der Massenproduktion den getesteten Prototypen entsprechen.
2. Umwelt- und Betriebsherausforderungen für Marine-PV-Kabel
In der Meeresumwelt werden Kabel mehreren gleichzeitigen Belastungen ausgesetzt:
Salzwasserkorrosion und chemische Belastung: Kontinuierliches oder zeitweises Eintauchen in Meerwasser kann die Leiterplattenbeschichtung angreifen und Polymerummantelungen beschädigen.
UV-Strahlung und sonnenlichtbedingte Alterung: Direkte Sonneneinstrahlung auf schwimmende Solaranlagen beschleunigt die Versprödung des Polymers und die Rissbildung an der Oberfläche.
Temperaturextreme und thermische Zyklen: Tägliche und saisonale Temperaturschwankungen verursachen Ausdehnungs-/Kontraktionszyklen, die die Isolierverbindungen belasten.
Mechanische Belastungen: Wellenbewegungen und windgetriebene Bewegungen führen zu dynamischer Biegung, Verbiegung und möglicher Abnutzung an Schwimmkörpern oder Verankerungsvorrichtungen.
Biofouling und Meeresorganismen: Das Wachstum von Algen, Seepocken oder mikrobiellen Kolonien auf Kabeloberflächen kann die Wärmeableitung verändern und lokale Spannungen verursachen.
Installationsspezifische Faktoren: Handhabung während des Einsatzes (z. B. Abwickeln der Trommel), Biegen um Anschlüsse und Spannung an den Anschlusspunkten.
Diese kombinierten Faktoren unterscheiden sich deutlich von landgestützten Arrays und erfordern maßgeschneiderte Tests gemäß 2PfG 2962, um realistische Meeresbedingungen zu simulieren
3. Kernanforderungen an die Leistungsprüfung nach 2PfG 2962
Zu den wichtigsten Leistungstests, die durch 2PfG 2962 vorgeschrieben sind, gehören typischerweise:
Elektrische Isolierungs- und dielektrische Tests: Hochspannungsfestigkeitstests (z. B. Gleichspannungstests) in Wasser- oder Feuchtigkeitskammern, um sicherzustellen, dass unter Immersionsbedingungen kein Durchschlag auftritt.
Isolationswiderstand im Zeitverlauf: Überwachung des Isolationswiderstands, wenn Kabel in Salzwasser oder feuchten Umgebungen eingeweicht sind, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu erkennen.
Spannungsfestigkeits- und Teilentladungsprüfungen: Sicherstellen, dass die Isolierung auch nach Alterung die Auslegungsspannung plus Sicherheitsreserve ohne Teilentladung aushält.
Mechanische Tests: Zugfestigkeits- und Dehnungstests von Isolier- und Mantelmaterialien nach Belastungszyklen; Biegeermüdungstests, die welleninduzierte Biegung simulieren.
Flexibilitäts- und wiederholte Biegetests: Wiederholtes Biegen über Dorne oder dynamische Biegeprüfstände, um Wellenbewegungen nachzuahmen.
Abriebfestigkeit: Simulation des Kontakts mit Schwimmkörpern oder Strukturelementen, möglicherweise unter Verwendung abrasiver Medien, um die Haltbarkeit der Ummantelung zu beurteilen.
4. Umweltalterungstests
Salzsprühnebel oder Eintauchen in simuliertes Meerwasser über längere Zeiträume zur Bewertung von Korrosion und Polymerabbau.
UV-Bestrahlungskammern (beschleunigte Bewitterung) zur Beurteilung von Oberflächenversprödung, Farbveränderung und Rissbildung.
Beurteilung der Hydrolyse und Feuchtigkeitsaufnahme, oft durch längeres Einweichen und anschließende mechanische Tests.
Thermisches Radfahren: Radfahren zwischen niedrigen und hohen Temperaturen in kontrollierten Kammern, um Delamination oder Mikrorisse in der Isolierung aufzudecken.
Chemische Beständigkeit: Kontakt mit Ölen, Kraftstoffen, Reinigungsmitteln oder Antifouling-Verbindungen, die im Meeresbereich häufig vorkommen.
Flammhemmung oder Brandverhalten: Bei bestimmten Installationen (z. B. geschlossenen Modulen) ist zu prüfen, ob die Kabel die Flammenausbreitungsgrenzen einhalten (z. B. IEC 60332-1).
Langzeitalterung: Beschleunigte Lebensdauertests, die Temperatur-, UV- und Salzbelastung kombinieren, um die Lebensdauer vorherzusagen und Wartungsintervalle festzulegen.
Diese Tests stellen sicher, dass die Kabel ihre elektrische und mechanische Leistung über die erwartete Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten im maritimen PV-Einsatz behalten.
5. Testergebnisse interpretieren und Fehlermodi identifizieren
Nach dem Testen:
Häufige Degradationsmuster: Risse in der Isolierung durch UV-Strahlung oder Temperaturwechselbeanspruchung, Korrosion oder Verfärbung des Leiters durch Salzeintritt, Wassereinschlüsse als Hinweis auf Dichtungsfehler.
Analyse von Isolationswiderstandstrends: Ein allmählicher Rückgang bei Einweichtests kann auf eine nicht optimale Materialzusammensetzung oder unzureichende Sperrschichten hinweisen.
Indikatoren für mechanisches Versagen: Ein Verlust der Zugfestigkeit nach der Alterung deutet auf eine Versprödung des Polymers hin; eine verringerte Dehnung weist auf eine Zunahme der Steifigkeit hin.
Risikobewertung: Vergleich der verbleibenden Sicherheitsmargen mit den erwarteten Betriebsspannungen und mechanischen Belastungen; Bewertung, ob die Lebensdauerziele (z. B. 25+ Jahre) erreichbar sind.
Feedbackschleife: Testergebnisse ermöglichen Materialanpassungen (z. B. höhere UV-Stabilisatorkonzentrationen), Designoptimierungen (z. B. dickere Mantelschichten) oder Prozessverbesserungen (z. B. Extrusionsparameter). Die Dokumentation dieser Anpassungen ist für die Wiederholbarkeit der Produktion entscheidend.
Systematische Interpretation unterstützt kontinuierliche Verbesserung und Compliance
6. Materialauswahl und Designstrategien zur Einhaltung von 2PfG 2962
Wichtige Überlegungen:
Leiterauswahl: Kupferleiter sind Standard; verzinntes Kupfer kann aufgrund seiner verbesserten Korrosionsbeständigkeit in Salzwasserumgebungen bevorzugt werden.
Isolierverbindungen: Vernetzte Polyolefine (XLPO) oder speziell formulierte Polymere mit UV-Stabilisatoren und hydrolysebeständigen Additiven, um die Flexibilität über Jahrzehnte zu erhalten.
Mantelmaterialien: Robuste Ummantelungsverbindungen mit Antioxidantien, UV-Absorbern und Füllstoffen, um Abrieb, Salznebel und extremen Temperaturen standzuhalten.
Schichtstrukturen: Mehrschichtkonstruktionen können innere Halbleiterschichten, Feuchtigkeitsbarrierefolien und äußere Schutzmäntel umfassen, um das Eindringen von Wasser und mechanische Schäden zu verhindern.
Zusatzstoffe und Füllstoffe: Verwendung von Flammschutzmitteln (sofern erforderlich), antimykotischen oder antimikrobiellen Mitteln zur Begrenzung von Biofouling-Effekten und Schlagzähmodifikatoren zur Erhaltung der mechanischen Leistung.
Panzerung oder Verstärkung: Für schwimmende Systeme in tiefem Wasser oder bei hoher Belastung wird eine geflochtene Metall- oder Kunststoffverstärkung hinzugefügt, um Zugbelastungen standzuhalten, ohne die Flexibilität zu beeinträchtigen.
Fertigungskonsistenz: Präzise Kontrolle der Compoundierrezepturen, Extrusionstemperaturen und Abkühlraten, um von Charge zu Charge einheitliche Materialeigenschaften zu gewährleisten.
Die Auswahl von Materialien und Designs mit bewährter Leistung in vergleichbaren maritimen oder industriellen Anwendungen trägt dazu bei, die Anforderungen von 2PfG 2962 vorhersehbarer zu erfüllen
7. Qualitätskontrolle und Produktionskonsistenz
Die Aufrechterhaltung der Zertifizierung in der Serienproduktion erfordert:
Inline-Inspektionen: Regelmäßige Maßprüfungen (Leitergröße, Isolationsdicke), Sichtprüfungen auf Oberflächenfehler und Überprüfung der Materialchargenzertifikate.
Probentestplan: Regelmäßige Probenentnahme für wichtige Tests (z. B. Isolationswiderstand, Zugfestigkeitsprüfungen) unter Nachbildung der Zertifizierungsbedingungen, um Abweichungen frühzeitig zu erkennen.
Rückverfolgbarkeit: Dokumentieren Sie die Chargennummern der Rohstoffe, die Mischparameter und die Produktionsbedingungen für jede Kabelcharge, um bei auftretenden Problemen eine Ursachenanalyse zu ermöglichen.
Lieferantenqualifizierung: Sicherstellen, dass die Lieferanten von Polymeren und Additiven stets die Spezifikationen erfüllen (z. B. UV-Beständigkeit, Gehalt an Antioxidantien).
Vorbereitung auf Audits durch Dritte: Führen Sie umfassende Prüfprotokolle, Kalibrierungsprotokolle und Produktionskontrolldokumente für Audits oder Rezertifizierungen durch den TÜV Rheinland.
Robuste Qualitätsmanagementsysteme (z. B. ISO 9001), die mit Zertifizierungsanforderungen integriert sind, helfen Herstellern, die Einhaltung der Vorschriften aufrechtzuerhalten
langfristig
TÜV 2PfG 2962-Zertifizierung von Danyang Winpower Wire and Cable Mfg Co., Ltd.
Am 11. Juni 2025, während der 18. Internationalen Konferenz und Ausstellung für Solar-Photovoltaik und intelligente Energie (SNEC PV+2025), verlieh TÜV Rheinland der Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd. (nachfolgend „Weihexiang“ genannt) ein TÜV Bauart Mark-Typenzertifikat für Kabel für Offshore-Photovoltaikanlagen auf Grundlage der Norm 2PfG 2962. Herr Shi Bing, General Manager des Geschäftsbereichs Solar- und kommerzielle Produkt- und Servicekomponenten von TÜV Rheinland Greater China, und Herr Shu Honghe, General Manager der Danyang Weihexiang Cable Manufacturing Co., Ltd., nahmen an der Preisverleihung teil und machten sich ein Bild von den Ergebnissen dieser Zusammenarbeit.
Beitragszeit: 24. Juni 2025