Articolo tecnico
Marzo 2014
211
Sviluppo di un cavo per
sistemi di produzione di
energia fotovoltaica
A cura di Arifumi Matsumura*, Masaki Nishiguchi Shigeru Kubo, Fitel Photonics Laboratory, Furukawa Electric Co Ltd, Giappone
Riassunto
Furukawa
ha
sviluppato
un
cavo
per sistemi di produzione di energia
fotovoltaica che soddisfa i requisiti
della norma TÜV 2Pfg1169/2007
[1]
e la
norma JCS4517
[2]
. Al fine di soddisfare i
requisiti di tali norme, un cavo per sistemi
di produzione di energia fotovoltaica
richiede materiali isolanti e di rivestimento
senza alogeni. Inoltre, il cavo deve essere
resistente alla propagazione verticale
della fiamma, alle alte e basse temperature
e agli acidi. É infine necessario che il
cavo presenti un indice di temperatura
superiore a 120ºC, poiché le temperature
nell’ambiente di lavoro possono variare da
-40ºC a +90ºC. La temperatura alla quale si
ottiene un 50 per cento di invecchiamento
residuo dopo 20.000 ore deve essere
superiore a 120ºC. In particolare, si
richiedono eccellenti caratteristiche di
resistenza alla degradazione termica.
Per questo nuovo cavo è stato utilizzato
il polietilene reticolato come isolante
e la poliolefina reticolata altamente
incombustibile come materiale di rivesti-
mento. Ciò ha consentito la conformità
con i requisiti sopra indicati. Inoltre, è
stato confermato che l’utilizzo effettivo di
questo cavo non presenta alcun problema
in termini di caratteristiche di spellatura
e gocciolamento. È anche possibile
fabbricare questo cavo senza utilizzare
alcun
equipaggiamento
di
connes-
sione (“bridging”) come le macchine di
irradiazione con fasci di elettroni. Questo
cavo presenta numerosi vantaggi in termini
di costi e rappresenta una risposta per la
produzione su vasta scala.
1 Introduzione
Negli ultimi anni, contemporaneamente
ad un crescente interesse nei confronti
dei problemi ambientali in tutto il mondo,
hanno ricevuto un notevole impulso
le attività di produzione dell’energia
rinnovabile come la produzione di energia
eolica, fotovoltaica e della biomassa. Per
quanto riguarda la produzione di energia
fotovoltaica, si sono diffuse rapidamente
le installazioni di dimensioni superiori a
1 megawatt, le cosiddette “mega solar”.
In futuro, si prevede un aumento della
domanda di cavi che trovano applicazione
in questi impianti di produzione di energia.
Attualmente,
ciascun
paese
applica
le
proprie
norme
per
assicurare
l’affidabilità dei cavi elettrici utilizzati
per questi impianti di produzione di
energia. In Europa vengono applicate le
norme TÜV 2Pfg1169, mentre nel Nord
America si utilizzano le norme UL4703
[3]
.
Recentemente, in Giappone sono state
istituite le norme JCS4517 basate sulle
norme TÜV 2Pfg1169. Siccome ciascun
paese applica norme distinte, vi è una
domanda crescente di cavi compatibili
che soddisfino tutte le norme. Dall’altro
canto, è necessario sviluppare cavi meno
costosi per una maggiore distribuzione di
questi impianti. Attualmente, la domanda
per cavi a basso costo è molto più elevata
rispetto alla domanda di cavi integrati.
Alla luce di un tale scenario, Furukawa ha
sviluppato un cavo che soddisfa i requisiti
delle norme TÜV e JCS.
2 Un cavo sviluppato
recentemente
per sistemi di
produzione di
energia fotovoltaica
La proprietà più richiesta per un cavo
per sistemi di produzione di energia
fotovoltaica è la resistenza termica,
proprietà che si richiede anche per
le norme TÜV e JCS. Generalmente,
per soddisfare la norma relativa a tale
proprietà, viene irradiato un filo elettrico
di poliolefina incombustibile senza alogeni
mediante fasci di elettroni. Tuttavia, in un
impianto “mega solar” futuro, la capacità
della corrente elettrica sarà maggiore e si
prevede un aumento delle sezioni dei cavi.
Comunque, la capacità di irradiazione con
fasci di elettroni è limitata.
Inoltre, nel caso di cavi di dimensioni
ridotte per basse correnti elettriche, il
costo dell’equipaggiamento di irradiazione
è elevato, e si richiede di effettuare il
bridging senza irradiazione con fasci
di elettroni. Il nuovo cavo soddisfa
dunque la norma relativa alle proprietà
di resistenza termica con il metodo del
bridging che non esegue l’irradiazione
di elettroni nei materiali di poliolefina. Di
seguito vengono descritte le principali
proprietà fisiche di un cavo per sistemi
di produzione di energia fotovoltaica
recentemente sviluppato.
3 Metodo di prova
3.1 Prove di resistenza termica
È stata realizzata una prova di resistenza
termica conformemente alle norme
IEC60811-2-1. Da un cavo sono stati
ritagliati un campione tubolare dell’isola-
mento e un campione tubolare della
guaina. I campioni sono stati appesi in
un forno ad una temperatura di 20ºC. È
stato applicato un carico di 20 N/cm
2
ai
campioni di prova. Dopo 15 minuti è stata
misurata la percentuale di allungamento.
Quindi è stato rimosso il carico. Dopo il
ripristino della temperatura nel forno,
i campioni di prova sono stati rimossi
e raffreddati sino a raggiungere la
temperatura ambiente. È stata quindi
nuovamente misurata la percentuale
di allungamento. Sono stati giudicati
accettabili i risultati delle prove con
una percentuale di allungamento sotto
carico inferiore al 100 per cento e una
percentuale di allungamento dopo la
rimozione del carico pari al 25 per cento.
3.2 Proprietà
di
resistenza
alla
degradazione termica
Da un cavo sono stati ritagliati un
campione tubolare dell’isolamento e un
campione tubolare della guaina.
