Materiais de isolamento e revestimento de cabos CC fotovoltaicos: um guia técnico

Ao avaliar cabos CC para sistemas fotovoltaicos, geralmente se concentra muito no condutor. No entanto, para aplicações fotovoltaicas externas de longa duração, o isolamento e a bainha externa são igualmente importantes.

As camadas externas de um cabo CC fotovoltaico são geralmente divididas em duas partes principais:

• Camada isolante – envolve diretamente o condutor e fornece principalmente isolamento elétrico.
• Revestimento/Jaqueta Externa – a camada protetora mais externa, responsável principalmente pela resistência às intempéries, aos raios UV, à abrasão e pela proteção mecânica.

Para cabos fotovoltaicos típicos, como o H1Z2Z2‑K, diferentes materiais de isolamento e revestimento podem ser selecionados de acordo com o desempenho elétrico, ambiental, mecânico e de segurança exigido.

1. XLPE – Polietileno Reticulado

O XLPE (polietileno reticulado) é um material isolante consolidado e amplamente utilizado em cabos de energia.

Por meio de um processo de reticulação, o polietileno forma uma estrutura molecular mais estável. Comparado ao PE convencional, o XLPE geralmente proporciona melhorias em:

• Resistência ao calor
• Desempenho do isolamento elétrico
• resistência ao envelhecimento
• resistência química
• Estabilidade dimensional

Em cabos fotovoltaicos, o XLPE pode ser usado tanto na camada de isolamento quanto na bainha externa, dependendo do projeto e da formulação do cabo.

No entanto, é importante fazer uma distinção:
XLPE não significa automaticamente que um material foi formulado especificamente para aplicações fotovoltaicas.

Para aplicações fotovoltaicas externas de longa duração, a formulação do material também deve proporcionar resistência suficiente a:

• radiação UV
• Ozônio
• Envelhecimento térmico
• Umidade
• Ciclos de temperatura
• desgaste externo

O desempenho real depende, portanto, não apenas do polímero base, mas também da formulação completa do material e da norma de cabos aplicável.

2. XLPO – Poliolefina Reticulada

Para cabos fotovoltaicos modernos, o XLPO é uma categoria de material importante.

XLPO significa Poliolefina Reticulada. Ao contrário de um único polímero específico, XLPO se refere a uma família de materiais à base de poliolefinas reticuladas, cujas formulações podem ser projetadas para aplicações específicas em cabos.

Para aplicações fotovoltaicas, as formulações de XLPO podem ser otimizadas para fornecer:

• Alta resistência aos raios UV
• Resistência ao ozono
• Resistência à umidade
• Resistência ao calor
• Resistência a baixas temperaturas
• Bom isolamento elétrico
• Resistência às intempéries a longo prazo
• Boa flexibilidade

Por esse motivo, os materiais à base de XLPO são amplamente utilizados em projetos modernos de cabos fotovoltaicos, incluindo aplicações associadas aos padrões de cabos PV1-F e H1Z2Z2-K.

Um cabo fotovoltaico pode ser instalado em ambientes como:
Telhados → Estruturas de montagem fotovoltaica → Bandejas de cabos externas → Parques solares em solo

Essas instalações expõem o cabo a condições de desgaste a longo prazo:
Radiação UV + alta temperatura + ciclos de temperatura + umidade + ozônio + água da chuva

Uma das vantagens do XLPO é que sua formulação pode ser projetada especificamente para resistir a essas agressões ambientais.

3. PO – Poliolefina

PO (poliolefina) é uma família de materiais mais ampla que inclui polímeros como PE e PP.

Na indústria de cabos, os materiais à base de poliolefinas podem ser modificados e formulados para proporcionar:

• Bom isolamento elétrico
• Baixa absorção de água
• resistência química
• Resistência aos raios UV
• Boa flexibilidade

No entanto, é importante fazer uma distinção:
A ordem de compra padrão não é a mesma que a XLPO.

O XLPO passa por um processo de reticulação e pode proporcionar maior estabilidade térmica, resistência ambiental e desempenho a longo prazo em condições exigentes.

Portanto, ao comprar cabos fotovoltaicos, a simples presença do termo "poliolefina" não significa necessariamente que o cabo utilize um material de alto desempenho para aplicações fotovoltaicas. É sempre necessário verificar a especificação completa do material e a norma aplicável ao cabo.

4. PVC – Cloreto de Polivinila

O PVC (policloreto de vinila) é um dos materiais de isolamento e revestimento mais utilizados na indústria de cabos.

Suas vantagens incluem:

• Custo de material relativamente baixo
• Processamento fácil
• Boa flexibilidade
• Bom desempenho mecânico
• Propriedades retardantes de chama ajustáveis ​​através da formulação.

No entanto, para aplicações fotovoltaicas externas de longo prazo, o PVC requer consideração cuidadosa.

Exposição prolongada a:
Radiação UV + alta temperatura + oxidação + umidade
Pode causar os seguintes problemas em certas formulações de PVC:

• Envelhecimento
• Endurecimento
• Rachaduras
• Degradação da superfície

Portanto: O PVC padrão geralmente não é o material preferido para aplicações exigentes de cabos fotovoltaicos externos de longa duração. No entanto, o PVC continua sendo amplamente utilizado para cabos internos e aplicações onde os requisitos ambientais são menos rigorosos.

5. EPR – Borracha de Etileno Propileno

EPR (borracha de etileno-propileno) é um material isolante elastomérico.

Suas principais características incluem:

• Excelente flexibilidade
• Alta resistência ao calor
• Excelente resistência à umidade
• Alto desempenho de isolamento elétrico
• Resistência ao ozono
• Boa resistência ao envelhecimento ambiental

O EPR é, portanto, importante em certos cabos de energia de alto desempenho e em aplicações de cabos especiais.

Uma de suas principais vantagens é a capacidade de manter um bom desempenho sob:
Alta temperatura + umidade + requisitos de flexibilidade exigentes

No entanto, o EPR é geralmente menos comum do que os materiais à base de poliolefinas em aplicações padrão de cabos CC fotovoltaicos.

6. TPU – Poliuretano Termoplástico

O TPU (Poliuretano Termoplástico) é um material particularmente interessante para revestimento de cabos.

Suas principais vantagens estão relacionadas à proteção mecânica, incluindo:

• Excelente resistência à abrasão
• Resistência ao rasgo
• Resistência ao óleo
• resistência química
• Alta flexibilidade
• resistência a danos mecânicos
• Boa flexibilidade a baixas temperaturas

Portanto, o TPU pode ser vantajoso para cabos expostos a movimentos repetidos, arrasto, flexão ou fricção mecânica.

Aplicações típicas podem incluir:

• Equipamento móvel
• Sistemas robóticos
• Sistemas de rastreamento solar
• Equipamento especializado para atividades ao ar livre

No entanto, o TPU não é necessariamente o material de revestimento padrão para todos os projetos de cabos fotovoltaicos.

7. LSZH / LS0H – Baixa Emissão de Fumaça e Zero Halogênio

LSZH (Low Smoke Zero Halogen), também escrito como LS0H, é melhor compreendido como uma categoria de desempenho de materiais do que como um plástico específico.

Seu principal objetivo é reduzir:
Geração de fumaça
emissões de gases contendo halogênios
durante um incêndio.

Os materiais LSZH podem ser particularmente relevantes para:

• Edifícios
• Sistemas elétricos internos
• Áreas de alta ocupação
• Túneis
• Centros de dados
• Instalações industriais especializadas

As formulações típicas de LSZH têm como foco:
Baixa emissão de fumaça + zero halogênio + retardante de chamas
em vez de simplesmente minimizar o custo do material.

Que funções desempenha a “camada externa” de um cabo fotovoltaico?

Uma maneira simples de entender um cabo fotovoltaico é:
O condutor transporta corrente elétrica, enquanto o isolamento e a bainha do cabo protegem o sistema elétrico.

O isolamento e o revestimento desempenham diversas funções críticas.

1. Isolamento elétrico

   A camada isolante separa o condutor do ambiente externo e ajuda a prevenir:
   Curto-circuito entre condutores, contato com equipamentos, contato humano acidental, corrente de fuga e falhas de aterramento.

2. Suportar tensão do sistema

   Por exemplo, um cabo fotovoltaico de 1500 V CC deve manter um desempenho de isolamento elétrico estável sob estresse de tensão CC de longo prazo. Portanto, a seleção do material deve considerar parâmetros como: rigidez dielétrica, resistência de isolamento, resistividade volumétrica e desempenho de envelhecimento elétrico a longo prazo. A resistência mecânica por si só não é suficiente para determinar se um material é adequado para um cabo fotovoltaico de alta tensão.

3. Resistência aos raios UV

   A exposição aos raios UV é uma das principais diferenças entre cabos convencionais e cabos fotovoltaicos. Um cabo convencional pode ser instalado: em ambientes internos / dentro de conduítes / em bandejas de cabos protegidas. Um cabo fotovoltaico, por outro lado, é frequentemente instalado diretamente sob a luz solar. A exposição prolongada pode causar uma combinação de: radiação UV → calor → oxidação → envelhecimento do material. Portanto, os materiais dos cabos fotovoltaicos normalmente requerem formulações especificamente projetadas para resistência a longo prazo aos raios UV e às intempéries.

4. Resistência a ciclos de temperatura

   Um cabo fotovoltaico pode sofrer os seguintes ciclos térmicos: baixa temperatura pela manhã → alta temperatura ao meio-dia → resfriamento à noite. Esse ciclo térmico pode ocorrer milhares de vezes durante a vida útil de uma instalação solar. Portanto, os materiais dos cabos devem oferecer: estabilidade térmica, resistência ao envelhecimento térmico e flexibilidade em baixas temperaturas.

5. Resistência à água e à umidade

   Isso é particularmente importante para: sistemas fotovoltaicos agrícolas, parques solares instalados no solo, projetos costeiros, ambientes com alta umidade e sistemas fotovoltaicos em telhados. Os cabos fotovoltaicos podem ficar expostos a: água da chuva + umidade + condensação. Portanto, a absorção de água e a resistência à umidade a longo prazo são considerações importantes em relação aos materiais.

6. Ozônio e resistência ao envelhecimento ambiental

   Cabos fotovoltaicos externos ficam expostos não apenas à radiação UV, mas também ao ozônio e a outros fatores ambientais oxidantes. Com o tempo, materiais inadequados podem sofrer: fissuras superficiais → propagação de fissuras → redução do desempenho do isolamento. Por esse motivo, a resistência ao ozônio e ao envelhecimento ambiental são parâmetros importantes para aplicações de cabos fotovoltaicos externos de longa duração.

7. Proteção Mecânica

   Durante a instalação e operação, os cabos fotovoltaicos podem sofrer: tração, flexão, abrasão, compressão, atrito contra as estruturas de montagem, pisadas acidentais ou impactos. A bainha externa, portanto, oferece mais do que simples isolamento. Ela também serve como uma importante camada de proteção mecânica.

Uma forma prática de entender a seleção de materiais para cabos fotovoltaicos.

Para conteúdo técnico voltado para empresas de EPC (Engenharia, Aquisição e Construção), fabricantes de módulos fotovoltaicos, fabricantes de chicotes de cabos, distribuidores e desenvolvedores de projetos solares, é melhor não afirmar simplesmente que um material é "o melhor".

Uma abordagem mais profissional consiste em avaliar a candidatura na íntegra:

O material de isolamento e revestimento apropriado depende do ambiente de instalação, da tensão do sistema, da faixa de temperatura, da tensão mecânica, da vida útil necessária e da norma de cabos aplicável.

Para a aquisição de cabos fotovoltaicos, é importante avaliar não apenas o nome do polímero, mas também a formulação completa do material, a construção do cabo, os requisitos de teste, a certificação e o ambiente de aplicação pretendido.