Tipi di cavi CC fotovoltaici: H1Z2Z2-K, IEC 62930 e PV1-F

Risposta rapida: I tre nomi del cavo DC fotovoltaico provengono da tre sistemi diversi. H1Z2Z2-K è una designazione armonizzata europea, IEC 62930 è la norma internazionale per i cavi e PV1-F è una designazione di prodotto che deriva da uno schema di prova privato. Ogni lettera di H1Z2Z2-K fissa una proprietà: isolamento reticolato senza alogeni, guaina reticolata senza alogeni, conduttore flessibile a trefoli. Nessuno dei tre nomi dice nulla sullo spessore del rame, e nessuno di essi è un marchio. Ciò che distingue un cavo fotovoltaico da un cavo da edificio è il composto attorno al rame e le prove che il cavo finito ha superato.

Chiunque abbia ordinato cavi per un impianto ha notato che il lato DC non usa mai i nomi familiari dei cavi da edificio. L'ordine viene emesso per H1Z2Z2-K, o per qualcosa descritto come conforme a IEC 62930, o per PV1-F. I nomi sembrano codici di prodotto perché in sostanza due di essi lo sono, ma provengono da tre sistemi diversi, e le differenze tra questi sistemi emergono più tardi, in una canalina portacavi o su un tetto.

La confusione è comprensibile. Un cavo fotovoltaico è rame, isolamento e guaina, esattamente come un cavo da edificio, e il rame non è la parte interessante. Il lato DC di un impianto funziona a una tensione elevata che non attraversa mai lo zero. Il cavo resta esposto alla luce solare diretta per decenni e si riscalda all'interno di una scatola di giunzione in estate. Si raffredda anche sotto lo zero nelle notti invernali, ed è tirato attraverso canaline e attorno agli angoli durante l'installazione. Le scelte dei materiali che sopravvivono a tutto ciò sono diverse dalle scelte dei materiali che hanno senso all'interno di una parete.

Questo articolo riguarda la lettura dei nomi e l'interfaccia in cui questi nomi devono concordare con qualcos'altro sul modulo: il connettore e la scatola di giunzione a cui il cavo è collegato.

Un solo compito, tre sistemi di denominazione

Il nome di un cavo può derivare da un sistema nazionale o regionale armonizzato tra più paesi, da una norma internazionale o da uno schema di prova privato gestito da un organismo di certificazione. Tutti e tre finiscono nello stesso progetto, e non sono etichette intercambiabili per lo stesso documento.

La conseguenza pratica è che due cavi con nomi diversi possono essere entrambi corretti per il lato DC, mentre un terzo cavo con un nome familiare non è affatto corretto. Confrontarli significa chiedersi a quale sistema appartiene il nome e poi chiedersi cosa il cavo abbia effettivamente dovuto superare per guadagnarselo.

Leggere H1Z2Z2-K lettera per lettera

La designazione armonizzata è la più leggibile delle tre, perché ogni carattere porta con sé una decisione. La H iniziale indica un tipo armonizzato tra i sistemi europei anziché un tipo nazionale. Il 1 è una classe di tensione, non una sezione e non una corrente nominale. Le due voci Z descrivono l'isolamento e la guaina: Z per un composto reticolato senza alogeni, con il 2 che indica la specifica famiglia di materiali. Il trattino e la K finale descrivono il conduttore: rame flessibile a trefoli, destinato a essere piegato e crimpato in un contatto.

Due dettagli meritano di essere evidenziati, perché sono quelli che la gente salta. Primo, le due voci Z sono separate: un cavo può avere un isolamento senza alogeni e una guaina diversa, e la designazione è ciò che ti dice se entrambi erano coperti. Secondo, la K è un'affermazione sulla costruzione del conduttore, che è ciò che rende il cavo maneggevole in una scatola di giunzione e che gli permette di essere crimpato correttamente in un connettore. Un conduttore flessibile a trefoli ha anche più superficie per la stessa sezione e si comporta diversamente sotto un morsetto a vite rispetto a un'anima rigida.

Ciò che la designazione non contiene è la sezione. Questa viene scelta separatamente, in base alla corrente che la stringa trasporta, alla caduta di tensione che il progettista è disposto ad accettare e al modo in cui il cavo è installato. Una canalina portacavi in aria libera e una corsa in tubo all'interno di una parete non dissipano il calore allo stesso modo, quindi la stessa sezione non trasporta la stessa corrente in entrambi i casi. Nulla nel nome armonizzato elimina quel calcolo dalla scrivania del progettista.

Cosa richiede la norma internazionale

IEC 62930 è scritta per l'applicazione anziché per un paese. Specifica la costruzione del cavo e poi specifica il programma di prove che il cavo finito deve superare, che è la parte che conta quando hai in mano due cavi dall'aspetto simile e cerchi di decidere se sono lo stesso prodotto.

L'insieme di prove affronta l'ambiente in cui il cavo vive effettivamente. L'esposizione atmosferica e ai raggi ultravioletti agisce sulla superficie esterna. Il calore umido e l'invecchiamento termico agiscono sul materiale nel tempo. La resistenza ai solventi e agli oli è importante perché un cavo su un tetto tocca cose che un cavo da parete non tocca mai. La piegatura a freddo verifica cosa succede quando la stessa guaina deve essere formata a una temperatura ben inferiore a quella di estrusione. La resistenza all'ozono e una prova di tenuta alla tensione DC chiudono l'elenco. Una designazione senza alogeni aggiunge il comportamento del materiale in caso di incendio: ciò che non rilascia e quanto fumo e gas acidi produce.

Il nome su una guaina può quindi indicare un sistema mentre la prova che ne sta dietro è un altro. Un cavo può essere marcato H1Z2Z2-K ed essere qualificato secondo il programma di prova internazionale, oppure essere marcato con un codice di tipo proprio del produttore ed essere comunque qualificato. Ecco perché una specifica che nomina una norma e richiede il rapporto di prova è più solida di una specifica che nomina una designazione e si ferma lì.

Vale anche la pena sapere che la sigla commerciale della norma internazionale può essa stessa generare confusione. In alcuni documenti d'ordine vedrete la norma scritta come IEC 131. Non esiste una norma separata con quel significato: il numero è 62930, e la sigla è un'abitudine più che una seconda specifica.

Perché un normale filo per edifici fallisce su un tetto

Il cedimento di un filo per edifici con guaina in cloruro di polivinile all'aperto non è un mistero e non è graduale in modo innocuo. Il composto contiene plastificante che lo mantiene flessibile. Dopo anni di calore e luce solare il plastificante migra verso l'esterno, e la componente ultravioletta della luce solare rompe le catene polimeriche in superficie. La guaina perde la sua flessibilità, si sfarinа e poi si indurisce. Una volta indurita, un movimento sul bordo di una canalina o un ciclo termico è sufficiente ad aprire una crepa.

L'acqua segue la crepa. Da quel momento l'isolamento lavora in condizioni per cui non era mai stato scelto, e la fine della catena è un percorso di dispersione su un conduttore che porta la piena tensione della stringa. Sul lato DC la conseguenza è peggiore del guasto equivalente su un circuito AC, e il motivo non ha nulla a che vedere con i materiali del cavo. Una corrente alternata passa per lo zero ogni semiciclo, quindi un arco che si forma a un attraversamento dello zero tende a spegnersi. Un arco DC non ha un momento simile.

I due cavi di quel confronto contengono rame simile. Ciò che differisce è il composto che lo circonda, il modo in cui il materiale è reticolato anziché termoplastico, e le prove che il cavo finito ha dovuto superare. Questa è la parte che un acquirente che guarda solo la sezione del conduttore non può vedere, ed è la parte che decide che aspetto avrà il cavo dopo cinque estati.

Da dove viene lo stress

È utile mantenere concreta la lista degli stress, perché una norma sui cavi è essenzialmente quella lista convertita in prove con limiti di accettazione. La luce solare fornisce radiazione ultravioletta tutto il giorno. Una scatola di giunzione in estate è un piccolo volume chiuso riscaldato dal modulo dietro di essa, e il conduttore di collegamento si trova in quel volume. Il ciclo di calore umido è condensa seguita da evaporazione, ancora e ancora, nel punto in cui la guaina incontra un connettore o un pressacavo. L'ozono è presente nell'aria ed è anche prodotto dall'arco elettrico, il che significa che una giunzione mal realizzata può danneggiare il cavo vicino. Il freddo conta al momento dell'installazione, quando una guaina a zero gradi viene piegata attorno a un angolo e mantiene la deformazione.

Il movimento meccanico è quello che viene sottovalutato. Il vento muove i cavi su una canalina, il ciclo termico li allunga e li accorcia leggermente, e la tensione di trazione durante l'installazione è spesso la forza più grande che il cavo incontri mai. Un cavo fotovoltaico è specificato per sopravvivere a tutto ciò per la vita dell'impianto, ed è per questo che le prove sul cavo finito contano più della scheda tecnica della materia prima.

Due decisioni, un'interfaccia

Su un progetto reale la questione del cavo si divide in due, e le due metà sono decise da persone diverse. Il conduttore di collegamento che esce dalla scatola di giunzione del modulo viene scelto in fabbrica del modulo, nello stesso congelamento di progetto della scatola di giunzione, della disposizione dei diodi e del connettore. Arriva già collegato, incapsulato e collaudato con il modulo. Il cavo che corre tra le stringhe e verso una scatola di combinazione viene scelto da chi progetta l'impianto, ed è tirato, posato e terminato in cantiere.

Il punto in cui queste due decisioni si incontrano è la giunzione. Un connettore è classificato per un intervallo di sezioni del conduttore e un intervallo di diametri esterni della guaina, con una guarnizione che funziona in quell'intervallo. Se il cavo di cantiere ha una guaina fuori dall'intervallo della guarnizione, la giunzione è impermeabile sulla carta e non sul campo. Se la classe del conduttore è sbagliata per il contatto, il crimp sembra accettabile e ha meno area di contatto di quanto il progetto preveda. Entrambi i problemi sono invisibili dopo che la giunzione è chiusa, ed entrambi sono decisi prima che qualcuno salga sul tetto.

È anche qui che le questioni del cavo si collegano alla discussione sui connettori. Un connettore certificato secondo una norma è certificato come sistema, con un intervallo di cavi indicato nel certificato. Sostituire un cavo fuori da quell'intervallo esclude l'assieme dalla certificazione, anche quando entrambe le parti sono singolarmente idonee. La stessa logica vale per il conduttore del modulo: è stato qualificato con il connettore alla sua estremità, e il cavo fa parte di quell'assieme anziché essere un accessorio.

Per approfondire quell'interfaccia, incluso cosa dimostra e cosa non dimostra un'affermazione di compatibilità, vedere MC4 o compatibile MC4 e il confronto delle classificazioni in MC4 vs MC4-Evo 2.

Controllo di un cavo in arrivo

Niente di tutto ciò richiede un laboratorio. Richiede di guardare le cose giuste nell'ordine giusto, e di chiedere documenti anziché accettare una descrizione. La lista seguente è ciò che un'ispezione di ricevimento può effettivamente verificare alla porta di ingresso merci.

Cosa cambia sulla linea di produzione dei moduli

Per un produttore di moduli, la scelta del cavo non è un dettaglio di acquisto, perché il conduttore fa parte di un assemblaggio qualificato. Cambiare il conduttore significa cambiare un componente che è stato testato con la scatola di giunzione, il composto di incapsulamento e il connettore, e significa riesaminare l'assemblaggio rispetto agli standard a cui il modulo è certificato. Ecco perché il tipo di conduttore tende a restare fisso per lungo tempo anche quando compare un cavo più economico.

Le conseguenze fisiche si manifestano in stazioni specifiche. Il conduttore deve piegarsi all'interno della scatola senza premere sul diodo o sulla giunzione saldata, il che impone un raggio di curvatura minimo e una rigidità massima. Passa attraverso un pressacavo o un'uscita stampata la cui gamma di tenuta è fissa. Viene poi crimpato o saldato a un connettore in un processo le cui attrezzature sono scelte per una classe di conduttore. La linea di assemblaggio della scatola di giunzione, i processi di saldatura e incollaggio della scatola e la fase di polimerizzazione sono stati tutti impostati su quei valori.

La disposizione della linea e la sequenza delle stazioni alla base di ciò sono descritte in la linea di assemblaggio della scatola di giunzione e in la guida alla disposizione delle stazioni e della linea, con la fase di saldatura stessa trattata in saldatura della scatola di giunzione.

FAQ

PV1-F è uno standard IEC?

No. PV1-F è una designazione di prodotto che deriva da uno schema di collaudo privato, non un numero del catalogo IEC. Ciò non lo rende invalido o inadatto; significa che una specifica che nomina PV1-F nomina un tipo di prodotto, mentre una specifica che nomina IEC 62930 nomina uno standard rispetto al quale il cavo deve essere testato.

Posso usare un cavo marcato H1Z2Z2-K e un cavo marcato PV1-F nella stessa stringa?

Niente negli standard dei cavi lo vieta, ed elettricamente la stringa non se ne cura. L'obiezione pratica è che i due cavi possono invecchiare a velocità diverse, quindi una parte della tratta raggiunge la fine della sua vita utile prima dell'altra. Poiché il cavo è anche il pezzo che si guasta in modo invisibile, mantenere un unico tipo per stringa semplifica sia la messa in servizio sia la successiva ricerca dei guasti.

Un conduttore più spesso rende un cavo di grado fotovoltaico?

No. La sezione riguarda la corrente e la caduta di tensione. Il grado fotovoltaico riguarda il composto, la reticolazione e il programma di collaudo. Un filo per impianti di grande sezione resta un filo per impianti, e la sua guaina si comporterà all'aperto esattamente come quella di uno piccolo.

Perché l'assenza di alogeni è importante su un tetto?

Una guaina contenente alogeni rilascia gas corrosivi e tossici quando brucia, e il gas attacca il metallo nelle vicinanze. Su un tetto, ciò significa che l'incendio può danneggiare apparecchiature oltre il cavo stesso e rende l'incendio più difficile da affrontare. Un composto privo di alogeni riduce questo contributo, ed è una delle ragioni per cui la designazione armonizzata lo specifica sia per l'isolamento sia per la guaina.

Come scelgo la sezione per una stringa?

Dalla corrente della stringa, dal metodo di installazione, dalla temperatura ambiente e dalla caduta di tensione consentita dal progetto. Il metodo di installazione conta perché un cavo in aria libera dissipa il calore meglio dello stesso cavo raggruppato in un tubo. Il calcolo è una normale progettazione elettrica; lo standard del cavo definisce i limiti che il cavo scelto deve rispettare, non la sezione da scegliere.

Il modulo arriva già con un conduttore. Il cavo conta comunque?

Conta nel punto di giunzione. La classe di conduttore e il diametro della guaina del conduttore sono ciò a cui devono corrispondere il connettore sul modulo e il connettore sul cavo di sito, e la temperatura e il comportamento al fuoco del conduttore fanno parte della qualificazione del modulo. Acquistare un modulo con un conduttore adatto al cavo di sito e ai requisiti locali costa meno che correggere l'incompatibilità in seguito.

Un nome è un'affermazione che puoi verificare

Le tre designazioni esistono perché tre sistemi diversi avevano bisogno di un modo per descrivere lo stesso lavoro, e perché il lato DC di un impianto è un luogo più difficile per un cavo rispetto a una parete. Leggerle è soprattutto questione di sapere quale sistema si sta guardando e poi chiedersi a cosa abbia dovuto resistere il cavo. Le lettere descrivono il composto e la costruzione del conduttore. Non sono mai state pensate per descrivere il peso del rame, e non sono mai state un sostituto di un rapporto di prova.

Per un proprietario di impianto l'abitudine utile è ristretta: al ricevimento merci, guardare la marcatura, la classe di conduttore, il diametro della guaina rispetto alla gamma del connettore e i documenti. Per un produttore di moduli il cavo fa parte di un assemblaggio qualificato nel suo insieme, ed è per questo che un cambio di conduttore è un cambio di progetto e non una sostituzione.

Nota sui dati: la lettura lettera per lettera di H1Z2Z2-K e l'attribuzione delle tre designazioni seguono gli standard dei cavi pubblicati e i documenti pubblici degli schemi; i lettori devono considerare autorevoli i testi degli standard. Le voci di prova elencate sopra sono un riepilogo delle aree coperte da tali standard, non un sostituto delle clausole di prova. Nessun dato di prestazione in questo articolo proviene da test dell'autore. La sequenza di guasto di un filo con guaina in PVC e il diagramma delle sollecitazioni sono illustrazioni schematiche di meccanismi, non durate misurate.