Tipos de cables de CC fotovoltaica: H1Z2Z2-K, IEC 62930 y PV1-F

Respuesta rápida: Los tres nombres del cable de CC fotovoltaico provienen de tres sistemas diferentes. H1Z2Z2-K es una designación armonizada europea, IEC 62930 es la norma internacional de cables y PV1-F es una designación de producto que surge de un esquema de ensayo privado. Cada letra de H1Z2Z2-K fija una propiedad: aislamiento reticulado libre de halógenos, cubierta reticulada libre de halógenos, conductor flexible de hilos. Ninguno de los tres nombres dice nada sobre el grosor del cobre, y ninguno de ellos es una marca. Lo que separa un cable fotovoltaico de un cable de construcción es el compuesto que rodea el cobre y los ensayos que ha superado el cable terminado.

Cualquiera que haya pedido cable para una planta habrá notado que el lado de CC nunca usa los nombres familiares de cable de construcción. El pedido se hace para H1Z2Z2-K, o para algo descrito como conforme a IEC 62930, o para PV1-F. Los nombres parecen códigos de producto porque eso es más o menos lo que son dos de ellos, pero provienen de tres sistemas diferentes, y las diferencias entre esos sistemas se manifiestan después, en una bandeja de cables o en un tejado.

La confusión es comprensible. Un cable fotovoltaico es cobre, aislamiento y una cubierta, exactamente igual que un cable de construcción, y el cobre no es la parte interesante. El lado de CC de una planta funciona a una alta tensión que nunca cruza por cero. El cable está expuesto al sol directo durante décadas, y se calienta dentro de una caja de conexiones en verano. También se enfría por debajo del punto de congelación en las noches de invierno, y se tira a través de bandejas y alrededor de esquinas durante la instalación. Las decisiones de materiales que sobreviven a eso son diferentes de las decisiones de materiales que tienen sentido dentro de una pared.

Este artículo trata de leer los nombres y de la interfaz donde esos nombres tienen que concordar con algo más en el módulo: el conector y la caja de conexiones a la que está unido el cable.

Un trabajo, tres sistemas de nomenclatura

Un nombre de cable puede provenir de un sistema nacional o regional que se ha armonizado en varios países, de una norma internacional, o de un esquema de ensayo privado gestionado por un organismo de certificación. Los tres acaban en el mismo proyecto, y no son etiquetas intercambiables para el mismo documento.

La consecuencia práctica es que dos cables con nombres diferentes pueden ser ambos correctos para el lado de CC, mientras que un tercer cable con un nombre familiar no es correcto en absoluto. Compararlos significa preguntar a qué sistema pertenece el nombre, y luego preguntar qué tuvo que superar realmente el cable para ganárselo.

Leer H1Z2Z2-K letra por letra

La designación armonizada es la más legible de las tres, porque cada carácter conlleva una decisión. La H inicial marca un tipo armonizado en los sistemas europeos en lugar de un tipo nacional. El 1 es una clase de tensión, no una sección ni una intensidad nominal. Las dos entradas Z describen el aislamiento y la cubierta: Z para un compuesto reticulado libre de halógenos, con el 2 indicando la familia de materiales específica. El guion y la K al final describen el conductor: cobre flexible de hilos, pensado para doblarse y para engarzarse en un contacto.

Merece la pena destacar dos detalles, porque son los que la gente se salta. Primero, las dos entradas Z son independientes: un cable puede tener un aislamiento libre de halógenos y una cubierta diferente, y la designación es lo que te dice si ambas estaban cubiertas. Segundo, K es una declaración sobre la construcción del conductor, que es lo que hace que el cable se maneje bien en una caja de conexiones y que se engarce correctamente en un conector. Un conductor flexible de hilos también tiene más superficie para la misma sección y se comporta de forma diferente bajo un borne de tornillo que un núcleo macizo.

Lo que la designación no contiene es la sección. Esa se elige por separado, a partir de la corriente que transporta la cadena, la caída de tensión que el diseñador está dispuesto a aceptar y la forma en que se instala el cable. Una bandeja de cables al aire libre y un tramo en conducto dentro de una pared no disipan el calor de la misma manera, así que la misma sección no transporta la misma corriente en ambos lugares. Nada en el nombre armonizado elimina ese cálculo del escritorio del diseñador.

Qué exige la norma internacional

IEC 62930 está redactada para la aplicación en lugar de para un país. Especifica la construcción del cable y luego especifica el programa de ensayos que el cable terminado tiene que superar, que es la parte que importa cuando tienes en la mano dos cables de aspecto similar e intentas decidir si son el mismo producto.

El conjunto de ensayos aborda el entorno en el que vive realmente el cable. La intemperie y la exposición a los rayos ultravioleta actúan sobre la superficie exterior. El calor húmedo y el envejecimiento térmico actúan sobre el material con el tiempo. La resistencia a disolventes y aceites importa porque un cable en un tejado toca cosas que un cable de pared nunca toca. El doblado en frío comprueba qué ocurre cuando la misma cubierta tiene que conformarse a una temperatura muy por debajo de aquella a la que se extruyó. La resistencia al ozono y un ensayo de resistencia a la tensión de CC cierran la lista. Una designación libre de halógenos añade el comportamiento del material en un incendio: lo que no libera, y cuánto humo y gas ácido produce.

Por lo tanto, el nombre que figura en una cubierta puede corresponder a un sistema mientras que la evidencia que lo respalda corresponde a otro. Un cable puede estar marcado como H1Z2Z2-K y estar cualificado según el programa de ensayos internacional, o estar marcado con un código de tipo propio del fabricante y aun así estar cualificado. Por eso, una especificación que nombra una norma y exige el informe de ensayo es más sólida que una especificación que nombra una designación y se detiene ahí.

También conviene saber que la abreviatura comercial de la norma internacional puede por sí misma causar confusión. Verá la norma escrita como IEC 131 en algunos materiales de pedido. No existe una norma separada con ese significado: el número es 62930, y la abreviatura es una costumbre más que una segunda especificación.

Por qué un cable de instalación común falla en una cubierta

El fallo de un cable de instalación con cubierta de policloruro de vinilo a la intemperie no es un misterio y no es gradual de una manera inofensiva. El compuesto contiene plastificante que lo mantiene flexible. A lo largo de años de calor y luz solar, el plastificante migra hacia fuera, y el componente ultravioleta de la luz solar rompe las cadenas poliméricas en la superficie. La cubierta pierde su flexibilidad, se vuelve pulverulenta y luego se endurece. Una vez que se endurece, el movimiento en el borde de una bandeja o un ciclo de temperatura basta para abrir una grieta.

El agua sigue la grieta. A partir de ese momento, el aislamiento trabaja en condiciones para las que nunca fue elegido, y el final de la cadena es una trayectoria de fuga en un conductor que transporta la tensión completa de la cadena. En el lado de CC la consecuencia es peor que el fallo equivalente en un circuito de CA, y la razón no tiene nada que ver con los materiales del cable. Una corriente alterna pasa por cero en cada semiciclo, por lo que un arco que se forma en un cruce por cero tiende a extinguirse. Un arco de CC no tiene ese momento.

Los dos cables de esa comparación contienen cobre similar. Lo que difiere es el compuesto que lo rodea, la forma en que el material está reticulado en lugar de ser termoplástico, y los ensayos que el cable terminado tuvo que superar. Esta es la parte que un comprador que solo mira la sección del conductor no puede ver, y es la parte que decide cómo se ve el cable después de cinco veranos.

De dónde proviene la solicitación

Ayuda mantener concreta la lista de solicitaciones, porque una norma de cables es esencialmente esa lista convertida en ensayos con límites de aceptación. La luz solar entrega radiación ultravioleta todo el día. Una caja de conexiones en verano es un pequeño volumen cerrado calentado por el módulo que tiene detrás, y el conductor de salida está dentro de ese volumen. El ciclado de calor húmedo es condensación seguida de evaporación, una y otra vez, en el punto donde la cubierta se encuentra con un conector o un prensaestopas. El ozono está presente en el aire y también se produce por el arqueo, lo que significa que una unión mal hecha puede dañar el cable cercano a ella. El frío importa en el momento de la instalación, cuando una cubierta a cero grados se dobla alrededor de una esquina y conserva la deformación.

El movimiento mecánico es el que se subestima. El viento mueve los cables sobre una bandeja, el ciclado térmico los alarga y acorta ligeramente, y la tensión de tiro durante la instalación suele ser la mayor fuerza que el cable llega a experimentar. Un cable fotovoltaico está especificado para sobrevivir a todo eso durante la vida de la planta, y por eso los ensayos del cable terminado importan más que la hoja de datos de la materia prima.

Dos decisiones, una interfaz

En un proyecto real la cuestión del cable se divide en dos, y las dos mitades las deciden personas distintas. El conductor de salida que sale de la caja de conexiones del módulo se elige en la fábrica de módulos, en el mismo cierre de diseño que la caja de conexiones, la disposición de diodos y el conector. Llega unido, encapsulado y ensayado con el módulo. El cable que va entre cadenas y hasta una caja combinadora lo elige quien diseña la planta, y se tiende, se peina y se termina en obra.

El lugar donde esas dos decisiones se encuentran es la unión. Un conector está clasificado para un rango de secciones de conductor y un rango de diámetros exteriores de cubierta, con un sellado que funciona en todo ese rango. Si el cable de obra tiene una cubierta fuera del rango del sellado, la unión es resistente al agua sobre el papel y no en el campo. Si la clase de conductor no es la correcta para el contacto, el engaste parece aceptable y tiene menos área de contacto de la que el diseño prevé. Ambos problemas son invisibles una vez cerrada la unión, y ambos se deciden antes de que alguien suba a la cubierta.

Aquí es también donde las cuestiones del cable se conectan con la discusión sobre conectores. Un conector certificado según una norma está certificado como sistema, con un rango de cables indicado en el certificado. Sustituir un cable fuera de ese rango saca al conjunto de la certificación, incluso cuando ambas piezas están individualmente bien. La misma lógica recorre el conductor del módulo: fue cualificado con el conector en su extremo, y el cable forma parte de ese conjunto en lugar de ser un accesorio.

Para más información sobre esa interfaz, incluido qué demuestra y qué no demuestra una declaración de compatibilidad, véase MC4 o compatible con MC4 y la comparación de clasificaciones en MC4 vs MC4-Evo 2.

Verificación de un cable entrante

Nada de esto requiere un laboratorio. Requiere mirar las cosas correctas en el orden correcto, y pedir documentos en lugar de aceptar una descripción. La lista siguiente es lo que una inspección de recepción puede verificar realmente en la puerta de entrada de mercancías.

Qué cambia en la línea de módulos

Para un fabricante de módulos, la decisión del cable no es un detalle de compra, porque el conductor forma parte de un ensamblaje calificado. Cambiar el conductor significa cambiar un componente que fue probado con la caja de conexiones, el compuesto de encapsulado y el conector, y significa volver a examinar el ensamblaje frente a las normas con las que el módulo está certificado. Por eso el tipo de conductor tiende a mantenerse fijo durante mucho tiempo, incluso cuando aparece un cable más barato.

Las consecuencias físicas se manifiestan en estaciones específicas. El conductor debe doblarse dentro de la caja sin presionar el diodo ni la unión soldada, lo que fija un radio de curvatura mínimo y una rigidez máxima. Pasa a través de un prensaestopas o una salida moldeada cuyo rango de sellado es fijo. Luego se engarza o se suelda a un conector en un proceso cuya herramienta se elige para una clase de conductor. La línea de ensamblaje de la caja de conexiones, los procesos de soldadura y encolado de la caja y el paso de curado se configuraron en torno a esos números.

La disposición de la línea y la secuencia de estaciones que hay detrás se describen en la línea de ensamblaje de cajas de conexiones y en la guía de disposición de estaciones y líneas, y el paso de soldadura en sí se trata en soldadura de cajas de conexiones.

Preguntas frecuentes

¿Es PV1-F una norma IEC?

No. PV1-F es una designación de producto que proviene de un esquema de ensayo privado, no un número del catálogo IEC. Eso no lo hace inválido ni inadecuado; significa que una especificación que nombra PV1-F está nombrando un tipo de producto, mientras que una especificación que nombra IEC 62930 está nombrando una norma contra la que el cable debe ensayarse.

¿Puedo usar un cable marcado H1Z2Z2-K y un cable marcado PV1-F en la misma serie?

Nada en las normas de cables lo prohíbe, y eléctricamente a la serie no le importa. La objeción práctica es que los dos cables pueden envejecer a ritmos diferentes, de modo que una parte del tendido alcanza el final de su vida útil antes que la otra. Como el cable es también la pieza que falla de forma invisible, mantener un solo tipo por serie simplifica tanto la puesta en marcha como la localización posterior de fallos.

¿Un conductor más grueso convierte un cable en grado fotovoltaico?

No. La sección transversal tiene que ver con la corriente y la caída de tensión. El grado fotovoltaico tiene que ver con el compuesto, la reticulación y el programa de ensayos. Un cable de instalación de gran sección sigue siendo un cable de instalación, y su cubierta se comportará a la intemperie exactamente igual que la de uno pequeño.

¿Por qué importa que sea libre de halógenos en una cubierta?

Una cubierta que contiene halógenos libera gas corrosivo y tóxico cuando se quema, y el gas ataca el metal cercano. En una cubierta, eso significa que el fuego puede dañar equipos más allá del propio cable, y hace que el fuego sea más difícil de abordar. Un compuesto libre de halógenos reduce esa contribución, y esa es una de las razones por las que la designación armonizada lo especifica tanto para el aislamiento como para la cubierta.

¿Cómo elijo la sección transversal para una serie?

A partir de la corriente de la serie, el método de instalación, la temperatura ambiente y la caída de tensión que permite el diseño. El método de instalación importa porque un cable al aire libre disipa mejor el calor que el mismo cable agrupado en un conducto. El cálculo es diseño eléctrico ordinario; la norma del cable define los límites que el cable elegido debe respetar, no la sección transversal que debería elegir.

El módulo ya viene con un conductor. ¿Sigue importando el cable?

Importa en la unión. La clase de conductor y el diámetro de la cubierta del conductor son lo que el conector del módulo y el conector del cable de la instalación deben igualar, y el comportamiento térmico y frente al fuego del conductor forma parte de la calificación del módulo. Comprar un módulo con un conductor que se adapte al cable de la instalación y al requisito local es más barato que corregir la incompatibilidad después.

Un nombre es una afirmación que se puede verificar

Las tres designaciones existen porque tres sistemas diferentes necesitaban una forma de describir el mismo trabajo, y porque el lado de CC de una planta es un lugar más duro para un cable que una pared. Leerlas es sobre todo cuestión de saber qué sistema se está mirando y luego preguntar qué tuvo que soportar el cable. Las letras describen el compuesto y la construcción del conductor. Nunca pretendieron describir el peso del cobre, y nunca fueron un sustituto de un informe de ensayo.

Para el propietario de una planta, el hábito útil es concreto: en la recepción de mercancías, revisar el marcado, la clase de conductor, el diámetro de la cubierta frente al rango del conector y los documentos. Para un fabricante de módulos, el cable forma parte de un ensamblaje que se calificó como un todo, y esa es la razón por la que un cambio de conductor es un cambio de diseño y no una sustitución.

Nota sobre los datos: la lectura letra por letra de H1Z2Z2-K y la atribución de las tres designaciones siguen las normas de cables publicadas y los documentos públicos de los esquemas; los lectores deben considerar los textos de las normas como autoritativos. Los elementos de ensayo enumerados arriba son un resumen de las áreas que cubren esas normas, no un sustituto de las cláusulas de ensayo. Ninguna cifra de rendimiento de este artículo proviene de ensayos realizados por el autor. La secuencia de fallo de un cable con cubierta de PVC y el diagrama de tensiones son ilustraciones esquemáticas de mecanismos, no vidas útiles medidas.