Langfristige Wärmeeinwirkung verschlechtert allmählich Dämmstoffe, was die thermische Alterungsbeständigkeit entscheidend für
solar cables designed to operate reliably for 25+ years. Understanding aging mechanisms and testing protocols ensures proper material selection for sustained performance under continuous thermal stress.

Mechanismen der thermischen Alterung

Molekularer Abbau:
Erhöhte Temperaturen beschleunigen chemische Reaktionen in der Polymerisolierung. Oxidationsprozesse brechen Molekülketten und verringern die mechanische Festigkeit und Flexibilität. Vernetztes Polyethylen (XLPE) widersteht durch seine dreidimensionale Molekularstruktur dem thermischen Abbau, aber eine längere Exposition bei Betriebstemperaturen verursacht immer noch allmähliche Eigenschaftsänderungen.

Änderungen der physischen Eigenschaften:
Die thermische Alterung äußert sich durch eine messbare Verschlechterung der Eigenschaften, einschließlich einer verringerten Zugfestigkeit, einer verringerten Bruchdehnung und einer erhöhten Sprödigkeit. Gut durchdachte Isoliermaterialien behalten trotz dieser allmählichen Veränderungen während der gesamten Betriebsdauer des Kabels angemessene Eigenschaften.

Prüfnormen und -protokolle

Beschleunigte Alterungstests:
IEC 62930 und UL 4703 schreiben thermische Alterungstests vor, bei denen Isolierproben über längere Zeiträume erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden. Die Tests finden in der Regel bei Temperaturen statt, die 20-40 ° C über den maximalen Betriebswerten liegen, wodurch die Degradationsprozesse beschleunigt werden, um Jahrzehnte des Betriebs in komprimierten Zeitrahmen zu simulieren.

Die Standard-Alterungsdauern reichen von 168 bis 240 Stunden bei Prüftemperatur. Die Proben müssen einen Mindestprozentsatz der ursprünglichen mechanischen Eigenschaften beibehalten - in der Regel 80% der anfänglichen Zugfestigkeit und Dehnung - und eine ausreichende Langzeithaltbarkeit nachweisen.

Auswahl der Temperatur:
Alterungstests bei 135-150 ° C simulieren eine langfristige Exposition bei 90 ° C Betriebstemperatur. Die erhöhte Prüftemperatur beschleunigt die Abbaumechanismen und ermöglicht die Vorhersage einer Leistung von über 25 Jahren durch wochenlange Tests anstelle einer jahrzehntelangen Alterung in Echtzeit.

Vergleich der Materialeigenschaften

XLPE-Vorteile:
Vernetztes Polyethylen weist eine ausgezeichnete thermische Alterungsbeständigkeit auf. Die vernetzte Molekularstruktur behält ihre Integrität auch bei erhöhten Temperaturen bei, wobei das richtig formulierte XLPE seine mechanischen Eigenschaften auch nach Tausenden von Stunden beschleunigter Alterung beibehält.

Die XLPE-Isolierung von KUKA CABLE enthält fortschrittliche Antioxidantienpakete, die die thermische Alterungsbeständigkeit über die Standardformulierungen hinaus verbessern und eine zuverlässige Langzeitleistung gewährleisten.

Antioxidative Systeme:
Antioxidantien neutralisieren freie Radikale, die während der thermischen Alterung entstehen, und verlangsamen so die Abbauprozesse. Kombinationen aus primären und sekundären Antioxidantien bieten einen synergistischen Schutz, wobei jeder Typ unterschiedliche Oxidationsmechanismen anspricht.

Die richtige Auswahl und Konzentration der Antioxidantien gleicht die unmittelbaren Verarbeitungsanforderungen mit der langfristigen Alterungsbeständigkeit aus und erfordert eine sorgfältige Optimierung der Formulierung.

Auswirkungen der Betriebstemperatur

Kontinuierliche vs Spitzentemperatur:
PV-Kabel
Erleben Sie sowohl anhaltende moderate Temperaturen als auch periodische Spitzentemperaturen. Eine kontinuierliche Exposition bei 70-80 ° C führt zu einer allmählichen Alterung, während gelegentliche Spitzenwerte von bis zu 90 ° C bei hoher Belastung zusätzliche Belastungen verursachen.

Die Bemessungsabstände zwischen Betriebstemperatur und Isolationswert gewährleisten eine angemessene Leistung auch bei thermischen Spitzenereignissen. Kabel, die für einen Dauerbetrieb bei 90 ° C ausgelegt sind, behalten ihre Eigenschaften bei, wenn sie bei Fehlerbedingungen gelegentlich höheren Temperaturen ausgesetzt sind.

Thermische Fahrradeffekte:
Tägliche Temperaturschwankungen führen zu Expansions- und Kontraktionszyklen, die die Isolierung belasten. Die kombinierte thermische und mechanische Belastung durch den Zyklus beschleunigt die Alterung im Vergleich zu konstanter Temperaturbelastung. Hochwertige Isoliermaterialien halten Tausende von Wärmezyklen ohne Rissbildung oder mechanische Verschlechterung aus.

Validierung der Feldleistung

Langfristige Installationen:
Die Erfahrungen aus frühen Solaranlagen in der Praxis bestätigen die Vorhersagen über die thermische Alterung. Kabel, die nach mehr als 20 Jahren zuverlässig arbeiten, zeigen, dass eine richtig konzipierte Isolierung die tatsächlichen Anforderungen an die Alterungsbeständigkeit erfüllt.

Periodische Tests:
Einige Anlagen führen regelmäßige Isolationswiderstandsprüfungen an gealterten Kabeln durch, um sicherzustellen, dass die elektrische Integrität angemessen bleibt. Die Aufrechterhaltung des Isolationswiderstands nach jahrelangem Betrieb bestätigt, dass die thermische Alterung die elektrischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt hat.

Maßnahmen zur Qualitätskontrolle

Batch-Prüfung:
Die Hersteller führen thermische Alterungstests an Produktionschargen durch, um die Konsistenz der Formulierung und die Alterungsbeständigkeit zu überprüfen. Die Prüfhäufigkeit folgt den Grundsätzen der statistischen Qualitätskontrolle, die eine repräsentative Validierung über die gesamte Produktion hinweg gewährleisten.

Validierung der Formulierung:
Neue Formulierungen oder Änderungen an der Materialquelle erfordern umfassende Alterungstests vor der Produktionsfreigabe. Diese Validierung stellt sicher, dass Materialmodifikationen die langfristige thermische Alterungsleistung nicht beeinträchtigen.

Umweltfaktoren

Kombinierte Belastungen:
Die Alterung in der Praxis beinhaltet eine kombinierte thermische, UV- und Feuchtigkeitsbelastung. Während thermische Alterungstests Temperatureffekte isolieren, erfordert eine vollständige Validierung kombinierte Umweltbelastungstests, die die tatsächlichen Installationsbedingungen simulieren.

Zugang zu Sauerstoff:
Oxidation erfordert Sauerstoffpräsenz. Kabelisolierungen, die mit Luft in Berührung kommen, oxidieren schneller als Innenisolierschichten mit begrenztem Sauerstoffzugang. Testprotokolle erklären diese Variation, wobei die Beibehaltung der Oberflächeneigenschaften oft ein entscheidendes Leistungsmaß darstellt.

Überlegungen zur Gestaltung

Auswahl der Temperaturbewertung:
Die Angabe von Kabeln mit Temperaturwerten, die über den erwarteten Betriebsbedingungen liegen, bietet eine Alterungsbeständigkeit. Die Verwendung von Kabeln mit einer Nenntemperatur von 90 ° C in Anwendungen, die selten über 70 ° C liegen, verlängert die erwartete Lebensdauer durch geringere thermische Belastung.

Dicke der Isolierung:
Eine dickere Isolierung sorgt für eine thermische Massenpufferung von Temperaturschwankungen und eine Verringerung der thermischen Belastung der inneren Isolierschichten. Dieser sekundäre Vorteil einer angemessenen Isolierstärke ergänzt die primären elektrischen Isolierfunktionen.

Schlussfolgerung

Die thermische Alterungsbeständigkeit bestimmt, ob
solar cables maintain mechanical and electrical integrity throughout 25+ year operational lifetimes. XLPE insulation with optimized antioxidant systems provides proven long-term thermal aging resistance validated through accelerated testing and decades of field experience.

Die umfassenden Alterungstests und Qualitätskontrollen von KUKA CABLE gewährleisten eine gleichbleibende thermische Alterungsbeständigkeit und liefern Kabel, die trotz kontinuierlicher thermischer Belastung über die gesamte Lebensdauer der Solaranlage zuverlässig funktionieren.

Wenden Sie sich an das technische Team von KUKA CABLE, um Testdaten zur thermischen Alterung und Dokumentation zur langfristigen Leistungsvalidierung zu erhalten.