Uvod u popularne žice i materijale koji se koriste u fotonaponskim elektranama

Posljednjih godina, primjena solarne energije (PV) za proizvodnju električne energije postaje sve raširenija i ubrzano se razvija u procesu izgradnje fotonaponskih elektrana. Pored glavne opreme, kao što su fotonaponski moduli, inverteri, pojačavajući transformatori, pored podrške povezivanju fotonaponskih kablovskih materijala, ključnu ulogu igra i ukupna profitabilnost fotonaponske elektrane, sigurnost rada i visoka efikasnost. U nastavku slijedi potpuni pregled uobičajenih kablova i materijala koji se koriste u fotonaponskim elektranama, kao i njihov utjecaj na okoliš.

Prema sistemu fotonaponskih elektrana, kablovi se mogu klasificirati na DC kablove i AC kablove, a klasificiraju se na sljedeći način na osnovu različitih namjena i okruženja upotrebe:

1. DC kabel
(1). Serijski kablovi povezuju module s modulima.
(2). Između nizova i njihovih nizova i DC razvodne kutije (konvergencijske kutije) putem paralelne veze.
(3). Spojite kabel između DC razvodne kutije i pretvarača.

Gore navedeni kablovi su DC kablovi, koji moraju biti otporni na vlagu, izlaganje suncu, hladnoći, toploti i UV zračenju. U nekim slučajevima, potrebno je izbjegavati i kiseline, alkalije i druge hemijske supstance.

2. AC kabel
(1). Spojite inverter na pojačavajući transformator pomoću kabla.
(2). Kabl koji povezuje pojačavajući transformator sa jedinicom za distribuciju električne energije.
(3). Distribucijska jedinica za mrežu ili priključni kabel korisnika.

Ovaj dio kabela namijenjen je za AC kabel opterećenja, koji se polaže u zatvorenom prostoru u skladu s općim standardima za odabir kabela za napajanje.

3. Specijalni fotonaponski kabel
Veliki broj DC kablova mora se instalirati na otvorenom u nepovoljnim vremenskim uslovima, stoga materijal kabla treba biti otporan na UV zračenje, ozon, ekstremne temperaturne varijacije i hemijsku eroziju. Kablovi od običnih materijala koji se koriste u ovom okruženju tokom dužeg vremenskog perioda oslabit će omotač kabla, pa čak i otopiti izolacijski sloj. Ovi uslovi ne samo da će odmah oštetiti kablovski sistem, već će povećati i vjerovatnoću kratkog spoja kabla, kao i vjerovatnoću požara ili povreda radnika na srednji i dugi rok, značajno smanjujući vijek trajanja sistema.

Stoga je upotreba kablova i komponenti specifičnih za fotonaponske sisteme u fotonaponskim elektranama od ključne važnosti. S kontinuiranim širenjem solarne industrije, tržište za fotonaponske prateće komponente se progresivno razvijalo, a što se tiče kablova, proizveden je niz standarda za specijalizirane fotonaponske kablovske proizvode. Nedavno dizajnirani kabel za umrežavanje elektronskim snopom, nazivne temperature od 120 ℃, može izdržati teške klimatske uvjete i mehaničke udare. Drugi primjer je RADOX kabel, specijalizirani kabel za solarnu energiju dizajniran u skladu s međunarodnim standardom IEC216, s vijekom trajanja na otvorenom koji je 8 puta duži od gumenih kablova i 32 puta duži od PVC kablova. Specijalizirani fotonaponski kablovi i komponente nude vrhunsku otpornost na vremenske uvjete, otpornost na UV zračenje i eroziju uzrokovanu ozonom, te mogu izdržati širi raspon temperaturnih varijacija. U Europi su tehničari otkrili da temperaturni nivoi izmjereni na krovu mogu doseći 100 do 110°C.

4. Materijali za kablovske provodnike
DC kablovi se najčešće koriste u solarnim elektranama za dugotrajni rad na otvorenom; međutim, zbog ograničenja u gradnji, kablovski spojevi se prvenstveno koriste za konektore. Materijali provodnika kablova klasifikuju se u bakrene i aluminijske jezgre. Bakrene jezgre imaju bolju otpornost na oksidaciju od aluminija, dug vijek trajanja, dobru stabilnost i performanse, mali pad napona i mali gubitak snage; u građevinarstvu, zbog dobre fleksibilnosti bakrene jezgre, dozvoljeni radijus savijanja je mali, pa se lako savija i lako troši; a bakrena jezgra je otporna na zamor i ponovljeno savijanje nije lako lomljiva, pa se lako spaja; istovremeno, mehanička čvrstoća bakrene jezgre je visoka. Naprotiv, aluminijske jezgrene kablove, zbog svojih hemijskih svojstava, sklone su oksidaciji (elektrohemijskoj reakciji), a posebno su sklone puzanju, što može dovesti do kvara.

Kao rezultat toga, bakreni kablovi imaju značajne prednosti u solarnim energetskim sistemima, posebno u oblasti direktne isporuke energije putem podzemnih kablova. Mogu smanjiti broj nesreća, povećati pouzdanost napajanja, olakšati izgradnju i održavanje i tako dalje. Upravo zbog toga se bakreni kablovi prvenstveno koriste u isporuci energije putem podzemnih kablova u Kini.

5. Materijali za izolaciju kablova
Tokom instalacije, rada i održavanja fotonaponske elektrane, kabl može biti u zemlji, ispod obraslog kamenja, krovne konstrukcije, oštrih ivica ožičenja ili izložen vazduhu; kabl će vjerovatno pretrpjeti razne vanjske uticaje. Ako omotač kabla nije dovoljno jak, izolacija kabla će biti oštećena, što će skratiti vijek trajanja kabla ili uzrokovati kratke spojeve, požare i opasnost od povreda. Istraživači kablova i tehničari otkrili su da materijali umreženi zračenjem imaju veću mehaničku čvrstoću nego prije tretmana. Proces umrežavanja mijenja hemijsku strukturu polimera koji se koristi u materijalu izolacijskog omotača kabla, pretvarajući topljivi termoplastični materijal u netopljivi elastomerni materijal. Umrežavanje zračenjem također značajno poboljšava termička, mehanička i hemijska svojstva izolacije kabla.

DC kola su često izložena nizu nepovoljnih okolnosti tokom rada, što rezultira uzemljenjem i sprječavanjem pravilnog funkcionisanja sistema. Ekstruzija, loša proizvodnja kabla, neadekvatni izolacijski materijali, nedovoljne izolacijske performanse, starenje izolacije DC sistema i prisustvo specifičnih oštećenja mogu izazvati uzemljenje ili postati opasnost od uzemljenja. Nadalje, vanjski klimatski uslovi, invazija sitnih životinja ili ugriz će rezultirati problemima sa uzemljenjem DC struje. Kao rezultat toga, u ovom scenariju, plašt kabla je uglavnom oklopljen supstancom otpornom na glodare.