Materiales de aislamiento y revestimiento para cables fotovoltaicos de CC: Guía técnica

Al evaluar los cables de CC para sistemas fotovoltaicos, la atención suele centrarse en el conductor. Sin embargo, para aplicaciones fotovoltaicas exteriores a largo plazo, el aislamiento y la cubierta exterior son igualmente importantes.

Las capas exteriores de un cable de CC fotovoltaico generalmente se dividen en dos partes principales:

• Capa aislante : rodea directamente al conductor y proporciona principalmente aislamiento eléctrico.
• Funda/cubierta exterior : la capa protectora más externa, responsable principalmente de la resistencia a la intemperie, a los rayos UV, a la abrasión y de la protección mecánica.

Para cables fotovoltaicos típicos como el H1Z2Z2-K, se pueden seleccionar diferentes materiales de aislamiento y revestimiento según el rendimiento eléctrico, ambiental, mecánico y de seguridad requerido.

1. XLPE – Polietileno reticulado

El XLPE (polietileno reticulado) es un material aislante consolidado y ampliamente utilizado en cables de alimentación.

Mediante un proceso de reticulación, el polietileno forma una estructura molecular más estable. En comparación con el PE convencional, el XLPE generalmente proporciona mejores propiedades:

• Resistencia al calor
• rendimiento del aislamiento eléctrico
• Resistencia al envejecimiento
• Resistencia química
• Estabilidad dimensional

En los cables fotovoltaicos, el XLPE se puede utilizar tanto para la capa aislante como para la cubierta exterior, dependiendo del diseño y la formulación del cable.

Sin embargo, conviene hacer una distinción importante:
El hecho de que un material sea XLPE no significa automáticamente que esté formulado específicamente para aplicaciones fotovoltaicas.

Para aplicaciones fotovoltaicas exteriores a largo plazo, la formulación del material también debe proporcionar suficiente resistencia a:

• radiación UV
• Ozono
• Envejecimiento por calor
• Humedad
• Ciclo de temperatura
• Resistencia a la intemperie

Por lo tanto, el rendimiento real depende no solo del polímero base, sino también de la formulación completa del material y de la norma de cable aplicable.

2. XLPO – Poliolefina reticulada

Para los cables fotovoltaicos modernos, el XLPO es una categoría de material importante.

XLPO significa poliolefina reticulada. A diferencia de un polímero específico, XLPO se refiere a una familia de materiales a base de poliolefina reticulada cuyas formulaciones pueden diseñarse para aplicaciones específicas en cables.

Para aplicaciones fotovoltaicas, las formulaciones de XLPO se pueden optimizar para proporcionar:

• Alta resistencia a los rayos UV
• resistencia al ozono
• Resistencia a la humedad
• Resistencia al calor
• Resistencia a bajas temperaturas
• Buen aislamiento eléctrico
• Resistencia a la intemperie a largo plazo
• Buena flexibilidad

Por este motivo, los materiales basados ​​en XLPO se utilizan ampliamente en los diseños modernos de cables fotovoltaicos, incluidas las aplicaciones asociadas con los estándares de cables PV1-F y H1Z2Z2-K.

Un cable fotovoltaico puede instalarse en entornos como:
Azoteas → Estructuras de montaje fotovoltaico → Bandejas portacables exteriores → Parques solares terrestres

Estas instalaciones exponen el cable a largo plazo:
Radiación UV + alta temperatura + ciclos de temperatura + humedad + ozono + agua de lluvia

Una de las ventajas del XLPO es que su formulación puede diseñarse específicamente para resistir estas tensiones ambientales.

3. PO – Poliolefina

El PO (poliolefina) es una familia de materiales más amplia que incluye polímeros como el PE y el PP.

En la industria del cable, los materiales a base de poliolefinas pueden modificarse y formularse para proporcionar:

• Buen aislamiento eléctrico
• Baja absorción de agua
• Resistencia química
• resistencia a los rayos UV
• Buena flexibilidad

Sin embargo, conviene hacer una distinción importante:
Un pedido estándar no es lo mismo que un XLPO.

El XLPO se somete a un proceso de reticulación y puede proporcionar una mayor estabilidad térmica, resistencia ambiental y un rendimiento a largo plazo en condiciones exigentes.

Por lo tanto, al comprar cables fotovoltaicos, el simple hecho de ver el término "poliolefina" no significa necesariamente que el cable utilice un material de alto rendimiento apto para aplicaciones fotovoltaicas. Siempre se debe verificar la especificación completa del material y la norma aplicable al cable.

4. PVC – Cloruro de polivinilo

El PVC (cloruro de polivinilo) es uno de los materiales de aislamiento y revestimiento más utilizados en la industria del cable.

Entre sus ventajas se incluyen:

• Coste de material relativamente bajo
• Procesamiento sencillo
• Buena flexibilidad
• Buen rendimiento mecánico
• Propiedades ignífugas ajustables mediante formulación

Sin embargo, para aplicaciones fotovoltaicas exteriores a largo plazo, el PVC requiere una consideración cuidadosa.

Exposición prolongada a:
Radiación UV + alta temperatura + oxidación + humedad
puede provocar que ciertas formulaciones de PVC experimenten:

• Envejecimiento
• Endurecimiento
• Agrietamiento
• Degradación de la superficie

Por lo tanto, el PVC estándar generalmente no es el material preferido para aplicaciones exigentes de cables fotovoltaicos exteriores a largo plazo. Sin embargo, el PVC sigue siendo muy útil para cables de interior y aplicaciones donde los requisitos ambientales son menos exigentes.

5. EPR – Caucho de etileno propileno

El EPR (caucho de etileno propileno) es un material aislante elastomérico.

Sus principales características incluyen:

• Excelente flexibilidad
• Alta resistencia al calor
• Excelente resistencia a la humedad
• Excelente rendimiento de aislamiento eléctrico
• resistencia al ozono
• Buena resistencia al envejecimiento ambiental

Por lo tanto, la EPR es importante en ciertos cables de alimentación de alto rendimiento y en aplicaciones de cables especiales.

Una de sus principales ventajas es su capacidad para mantener un buen rendimiento en:
Alta temperatura + humedad + exigentes requisitos de flexibilidad

Sin embargo, el EPR es generalmente menos común que los materiales a base de poliolefinas en las aplicaciones estándar de cables de CC para sistemas fotovoltaicos.

6. TPU – Poliuretano termoplástico

El TPU (poliuretano termoplástico) es un material particularmente interesante para el revestimiento de cables.

Sus principales ventajas están relacionadas con la protección mecánica, entre las que se incluyen:

• Excelente resistencia a la abrasión
• Resistencia al desgarro
• Resistencia al aceite
• Resistencia química
• Alta flexibilidad
• Resistencia al daño mecánico
• Buena flexibilidad a bajas temperaturas

Por lo tanto, el TPU puede resultar ventajoso para cables expuestos a movimientos repetidos, arrastre, flexión o fricción mecánica.

Las aplicaciones típicas pueden incluir:

• Equipos móviles
• Sistemas robóticos
• Sistemas de seguimiento solar
• Equipos especializados para actividades al aire libre

Sin embargo, el TPU no es necesariamente el material de revestimiento estándar para todos los diseños de cables fotovoltaicos.

7. LSZH / LS0H – Bajo nivel de humo y cero halógenos

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), también escrito como LS0H, se entiende mejor como una categoría de rendimiento del material que como un tipo de plástico específico.

Su objetivo principal es reducir:
Generación de humo
Emisiones de gases que contienen halógenos
durante un incendio.

Los materiales LSZH pueden ser particularmente relevantes para:

• Edificios
• Sistemas eléctricos interiores
• Zonas de alta ocupación
• Túneles
• centros de datos
• Instalaciones industriales especializadas

Las formulaciones típicas de LSZH se centran en:
Baja emisión de humos + cero halógenos + retardante de llama
en lugar de simplemente minimizar el costo de los materiales.

¿Qué funciones cumple la “capa exterior” de un cable fotovoltaico?

Una forma sencilla de entender un cable fotovoltaico es:
El conductor transporta la corriente eléctrica, mientras que el aislamiento y la cubierta del cable protegen el sistema eléctrico.

El aislamiento y la cubierta cumplen varias funciones críticas.

1. Aislamiento eléctrico

   La capa aislante separa el conductor del entorno externo y ayuda a prevenir:
   Cortocircuitos entre conductores, contacto con equipos, contacto humano accidental, corriente de fuga y fallas a tierra.

2. Tensión de resistencia del sistema

   Por ejemplo, un cable fotovoltaico de 1500 V CC debe mantener un rendimiento de aislamiento eléctrico estable bajo tensión continua prolongada. Por lo tanto, la selección del material debe considerar parámetros como: rigidez dieléctrica, resistencia de aislamiento, resistividad volumétrica y comportamiento ante el envejecimiento eléctrico a largo plazo. La resistencia mecánica por sí sola no es suficiente para determinar si un material es adecuado para un cable fotovoltaico de alta tensión.

3. Resistencia a los rayos UV

   La exposición a los rayos UV es una de las principales diferencias entre los cables convencionales y los fotovoltaicos. Un cable convencional puede instalarse en interiores, dentro de conductos o en bandejas portacables protegidas. Un cable fotovoltaico, en cambio, suele instalarse directamente bajo la luz solar. La exposición prolongada puede generar una combinación de radiación UV, calor, oxidación y envejecimiento del material. Por lo tanto, los materiales de los cables fotovoltaicos normalmente requieren formulaciones diseñadas específicamente para resistir la radiación UV y las inclemencias del tiempo a largo plazo.

4. Resistencia a los ciclos de temperatura

   Un cable fotovoltaico puede experimentar: bajas temperaturas por la mañana, altas temperaturas al mediodía y enfriamiento por la noche. Este ciclo térmico puede repetirse miles de veces durante la vida útil de una instalación solar. Por lo tanto, los materiales del cable deben ofrecer: estabilidad térmica, resistencia al envejecimiento por calor y flexibilidad a bajas temperaturas.

5. Resistencia al agua y a la humedad

   Esto es especialmente importante para: sistemas fotovoltaicos agrícolas, parques solares terrestres, proyectos costeros, entornos de alta humedad y sistemas fotovoltaicos en azoteas. Los cables fotovoltaicos pueden estar expuestos a: agua de lluvia, humedad y condensación. Por lo tanto, la absorción de agua y la resistencia a la humedad a largo plazo son consideraciones importantes en cuanto a los materiales.

6. Resistencia al ozono y al envejecimiento ambiental

   Los cables fotovoltaicos para exteriores están expuestos no solo a la radiación UV, sino también al ozono y a otros factores ambientales oxidantes. Con el tiempo, los materiales inadecuados pueden sufrir agrietamiento superficial, propagación de grietas y, en consecuencia, una reducción del aislamiento. Por ello, la resistencia al ozono y al envejecimiento ambiental son parámetros importantes para las aplicaciones de cables fotovoltaicos para exteriores a largo plazo.

7. Protección mecánica

   Durante la instalación y el funcionamiento, los cables fotovoltaicos pueden sufrir: tracción, flexión, abrasión, compresión, fricción contra las estructuras de montaje, pisadas accidentales o impactos. Por lo tanto, la cubierta exterior ofrece más que un simple aislamiento; también actúa como una importante capa de protección mecánica.

Una forma práctica de comprender la selección de materiales para cables fotovoltaicos.

En el caso de contenido técnico dirigido a empresas de ingeniería, adquisición y construcción (EPC), fabricantes de módulos fotovoltaicos, fabricantes de mazos de cables, distribuidores y desarrolladores de proyectos solares, es mejor no limitarse a afirmar que un material es "el mejor".

Un enfoque más profesional consiste en evaluar la solicitud completa:

El material de aislamiento y revestimiento adecuado depende del entorno de instalación, la tensión del sistema, el rango de temperatura, la tensión mecánica, la vida útil requerida y la norma de cable aplicable.

Por lo tanto, para la adquisición de cables fotovoltaicos, es importante evaluar no solo el nombre del polímero, sino también la formulación completa del material, la construcción del cable, los requisitos de prueba, la certificación y el entorno de aplicación previsto.