Energie regenerabilă
Tranziții cupru–aluminiu pentru sisteme fotovoltaice, eoliene, de stocare a energiei (BESS) și stații de încărcare VE, fără coroziune galvanică și cu durată de viață de peste 15 ani.
Problema
În sistemele de energie regenerabilă, cuprul și aluminiul se întâlnesc mereu, și exact acolo începe defectul. La modulele fotovoltaice, rama din Al atinge conductorul de împământare din Cu, iar în câțiva ani pe îmbinare se formează un strat de oxid. În cutiile de joncțiune DC (combiner box), rezistența de contact dintre bornele siguranțelor din Al și barele de Cu se dublează în 3–5 ani; conexiunea se încălzește, iar garanția se pierde. În dulapurile BESS, sudura dintre terminalul pozitiv din Al al celulelor Li-ion și bara de modul din Cu fisurează sub ciclare termică, iar rezistența internă crește cu 40% după 300 de cicluri. În nacelele turbinelor eoliene și la împământarea turnului, tranziția Al/Cu se poate arde sau coroda la o descărcare atmosferică. În stațiile de încărcare rapidă DC, ciclurile termice fisurează stratul de oxid de cupru, iar îmbinarea se slăbește.
Pe scurt
În sistemele fotovoltaice, eoliene, BESS și în stațiile de încărcare VE, cuprul și aluminiul se întâlnesc peste tot. Tranziția bimetalică CUPAL rezolvă aceste îmbinări Cu/Al fără coroziune galvanică și pe termen lung: de la densitatea de curent a barelor după IEC 61439 până la nivelul de protecție la trăsnet LPL I după IEC 61400-24, fără mentenanță peste 15 ani.
- <0,05mΩ
- Rezistență de contact pe îmbinare
- 15+ani
- Durată de viață fără mentenanță
- 200kA
- Curent de impuls (IEC 61400-24 LPL I)
- –40 / +85°C
- Domeniul ciclării termice încercate
Cum o rezolvă CUPAL
CUPAL este un bimetal cupru-aluminiu unit prin sudare prin difuzie: nu un aliaj și nu un element de asamblare, ci un singur material de bază, inseparabil. Fiecare față se leagă la metalul de același fel: fața de cupru la conductorul de cupru, fața de aluminiu la bara sau rama de aluminiu. Sursa coroziunii galvanice — diferența de potențial electrochimic dintre cele două metale la un contact deschis — pur și simplu dispare. Îmbinarea preia, cu un contact neschimbat, curentul de impuls cerut în instalațiile de protecție împotriva trăsnetului după IEC 62305, nivelul de protecție LPL I după IEC 61400-24, solicitarea de densitate de curent a sistemelor de bare după IEC 61439 și ciclarea termică –40 → +85 °C a modulelor fotovoltaice după IEC 61215. Fără vaselină, fără șaibe elastice, fără strângeri anuale: după montaj, îmbinarea nu necesită mentenanță pe toată durata de viață proiectată a sistemului.
Performanță măsurabilă
Unde se folosește
Șase aplicații concrete din sectoarele fotovoltaic, eolian, BESS și încărcare VE.
Conductor de împământare la rama modulului fotovoltaic
Problema. Rama din aluminiu a modulului este în contact direct cu conductorul de împământare din Cu (PE de min. 6 mm² conform IEC 60364-7-712). În instalațiile din zone umede sau de coastă, cu atmosferă salină, celula galvanică oxidează îmbinarea în 10–15 ani, și odată cu ea legătura echipotențială de împământare.
Cum o rezolvă CUPAL. Șaibă CUPAL în îmbinarea cu șurub dintre ramă și papuc: fața de Al spre ramă, fața de Cu spre cablul de împământare. Strângerea șurubului străpunge oxidul de aluminiu, contactul se închide pe fiecare parte prin metalul de același fel, iar legătura PE rezistă toată viața instalației.
Combiner box DC și intrarea DC a invertorului de string
Problema. 8–32 de stringuri PV converg pe o bară DC comună din Cu, prin borne de siguranță din Al. Ciclul zilnic al instalației PV (–10 → +70 °C) produce alunecări termice între metalele cu dilatări diferite, pornește coroziunea de fretting, iar rezistența de contact crește cu 50% în 3–5 ani.
Cum o rezolvă CUPAL. Șunt de tranziție CUPAL între bornă și bară. O singură piesă, îmbinare cu șurub M6/M8, cu bara de cupru pe fața de cupru și soclul siguranței pe fața de aluminiu. Încărcare de 1,2 A/mm², ca la cupru, după IEC 61439, fără supradimensionare.
Suportul celulelor BESS și bara de modul
Problema. Terminalele pozitive din Al și negative din Cu ale celulelor Li-ion se leagă la bara de modul din Cu prin sudare cu ultrasunete sau laser. La interfața Cu-Al se formează faza intermetalică fragilă CuAl₂; fisurile din ciclare provoacă după 300–500 de cicluri o creștere de 40% a rezistenței interne.
Cum o rezolvă CUPAL. Plăcuță CUPAL pre-îmbinată (fața de Al spre terminalul celulei, fața de Cu spre bară), cu îmbinare mecanică sau lipire la temperatură joasă. Faza intermetalică se evită, iar stratul de difuzie bimetalic menține stabil îmbinarea peste 5000 de cicluri.
Nacela și împământarea turnului turbinei eoliene
Problema. Înfășurarea din Cu a generatorului ajunge pe bara din Al a convertorului, iar sistemele pitch și yaw din Al se leagă la rețeaua de împământare din Cu a turnului. La o descărcare atmosferică (LPL I: ≥200 kA, 10/350 µs), pe îmbinările Al/Cu apar arc, încălzire și coroziune prin eroziune; în instalațiile offshore, ceața salină accelerează procesul.
Cum o rezolvă CUPAL. Placă de legătură CUPAL (6–8 mm) în punctele de tranziție, cu îmbinare cu șurub M8–M12. Cu o geometrie care poate trece încercarea la impuls după IEC 61400-24 anexa E; fața de Cu se poate lipi la rețeaua de coborâre, iar fața de Al se poate lega mai departe la elementele structurale ale turnului.
Sistem de bare colectoare în parcul fotovoltaic
Problema. În parcurile PV de medie și înaltă tensiune, barele colectoare din Al care leagă convertoarele de string și punctele centrale de colectare din Cu se întâlnesc în dulapuri de exterior. Pentru un sistem de bare după IEC 61439, rezistența de contact nu are voie să crească cu mai mult de 20% nici după 10 ani de funcționare.
Cum o rezolvă CUPAL. Tranziții pentru bare colectoare CUPAL debitate la dimensiune (din tablă, 3–10 mm), cu îmbinare cu șurub între bara de cupru și bara de aluminiu. Secțiunea barelor rămâne neschimbată, iar densitatea de curent de 1,2 A/mm² a cuprului se poate menține; nu este nevoie de o secțiune de Al cu 33% mai mare.
Stație de încărcare rapidă DC și racordul la rețea
Problema. În construcția internă a stațiilor de încărcare DC de 50–350 kW, între separatoarele DC din Al, carcasele contactoarelor și bornele de putere din Cu sunt necesari conectori suplimentari. La 500 A, o rezistență de contact de 0,5 mΩ înseamnă 125 W de căldură disipată la fiecare încărcare, iar în 5 ani frettingul slăbește îmbinarea.
Cum o rezolvă CUPAL. Șunt CUPAL (50×30×5 mm, adaptat la aplicație) pentru 600 A în regim continuu și 1200 A timp de 10 s în regim de impuls. O singură piesă, o singură îmbinare cu șurub: vechiul ansamblu în mai mulți pași papuc-capac-vaselină poate fi înlocuit.
Comparație
Costul de exploatare pe 10 ani și complexitatea montajului pentru patru soluții uzuale de tranziție Cu/Al.
| Soluție | Rezistența de contact inițială | Mentenanță | Termen de livrare | TCO pe 10 ani / îmbinare |
|---|---|---|---|---|
| Șaibă izolantă + papuc de Cu + vaselină | 0,5–2 mΩ | Vaselină nouă la 2 ani | 1–2 săptămâni | 20–30 € (manoperă) |
| Papuc bimetalic special (import) | <0,1 mΩ | Niciuna | 6–12 săptămâni | 35–50 € |
| Tranziție din cupru pur (supradimensionată) | <0,05 mΩ | Niciuna | 4–6 săptămâni | 12–20 € |
| CUPAL debitat la comandă (UE) | <0,05 mΩ | Niciuna | 2–4 săptămâni | 3–5 € |
Întrebări frecvente de la instalatori și ingineri
Produse CUPAL recomandate pentru această aplicație
Standarde aplicabile în acest domeniu
Solicitați consultanță tehnică gratuită
Nu găsiți aplicația care vă interesează? Descrieți-ne cazul și vă ajutăm.