Úvod do oblíbených vodičů a materiálů používaných ve fotovoltaických elektrárnách

V posledních letech se aplikace solární energie (FV) ve výrobě energie stává stále rozšířenější a rychle se rozvíjí. V procesu výstavby fotovoltaických elektráren se kromě hlavního vybavení, jako jsou fotovoltaické moduly, střídače a zvyšující transformátory, používá také materiál fotovoltaických kabelů, které ovlivňují celkovou ziskovost fotovoltaické elektrárny, provozní bezpečnost a vysokou účinnost. Následuje úplný přehled běžných kabelů a materiálů používaných ve FV elektrárnách a jejich dopadu na životní prostředí.

Podle systému fotovoltaických elektráren lze kabely rozdělit na kabely stejnosměrného proudu a kabely střídavého proudu a na základě různých účelů a prostředí použití se dělí následovně:

1. Kabel stejnosměrného proudu
(1). Moduly jsou propojeny sériovými kabely.
(2). Mezi řetězci a jejich řetězci a rozvodnou skříní stejnosměrného proudu (sběrnicí) prostřednictvím paralelního zapojení.
(3). Připojte kabel mezi rozvodnou skříň DC a střídač.

Výše uvedené kabely jsou kabely pro stejnosměrný proud, které musí být odolné vůči vlhkosti, slunečnímu záření, chladu, teplu a UV záření. V některých případech je nutné se vyhnout i kyselinám, zásadám a dalším chemickým látkám.

2. Napájecí kabel
(1). Připojte měnič k přepínacímu transformátoru pomocí kabelu.
(2). Kabel spojující zvyšující transformátor s rozvodnou jednotkou elektrické energie.
(3). Distribuční jednotka pro síť nebo připojovací kabel uživatele.

Tato část kabelu je určena pro kabel střídavého proudu, který je položen ve vnitřním prostředí v souladu s obecnými normami pro výběr napájecích kabelů.

3. Speciální fotovoltaický kabel
Vysoký počet stejnosměrných kabelů musí být instalován venku za nepříznivých povětrnostních podmínek, proto by materiál kabelu měl být odolný vůči UV záření, ozonu, extrémním teplotním výkyvům a chemické erozi. Běžné materiály kabelů používaných v tomto prostředí po delší dobu oslabují plášť kabelu a dokonce rozpouštějí izolační vrstvu. Tyto podmínky nejenže okamžitě poškodí kabelový systém, ale také zvýší riziko zkratu kabelu a také pravděpodobnost požáru nebo zranění pracovníků ve střednědobém až dlouhodobém horizontu, což výrazně zkrátí životnost systému.

Použití kabelů a komponentů specifických pro fotovoltaiku ve fotovoltaických elektrárnách je proto zásadní. S pokračující expanzí solárního průmyslu se postupně rozvíjí trh s fotovoltaickými podpůrnými komponenty a pokud jde o kabely, byla vytvořena řada standardů pro specializované fotovoltaické kabelové zboží. Nedávno navržený kabel zesíťovaný elektronovým paprskem, dimenzovaný na 120 °C, vydrží náročné klimatické podmínky a mechanické nárazy. Dalším příkladem je kabel RADOX, což je specializovaný solární kabel navržený v souladu s mezinárodní normou IEC216, s venkovní životností 8krát delší než u pryžových kabelů a 32krát delší než u PVC kabelů. Specializované fotovoltaické kabely a komponenty nabízejí vynikající odolnost vůči povětrnostním vlivům, odolnost vůči UV záření a ozonové erozi a vydrží širší rozsah teplotních výkyvů. V Evropě technici zjistili, že teploty naměřené na střeše mohou dosáhnout 100 až 110 °C.

4. Materiály kabelových vodičů
Stejnosměrné kabely se nejčastěji používají v solárních elektrárnách pro dlouhodobý venkovní provoz; vzhledem k stavebním omezením se však kabelové spoje používají především pro konektory. Materiály vodičů kabelů se dělí na měděné a hliníkové jádro. Měděné jádro má lepší odolnost proti oxidaci než hliník, dlouhou životnost, dobrou stabilitu a výkon, malý úbytek napětí a malé ztráty výkonu. Ve stavebnictví je díky dobré flexibilitě měděného jádra povolený malý poloměr ohybu, takže se snadno ohýbá a opotřebovává. Měděné jádro se při opakovaném ohýbání snadno neláme, takže se snadno spojuje. Zároveň má měděné jádro vysokou mechanickou pevnost. Naopak, hliníkové jádro je díky svým chemickým vlastnostem náchylné k oxidaci (elektrochemické reakci) a je obzvláště náchylné k tečení, což může vést k selhání.

V důsledku toho mají měděné kabely značné výhody v solárních systémech, zejména v oblasti přímého dodávání energie do země. Mohou snížit počet nehod, zvýšit spolehlivost napájení, usnadnit výstavbu a údržbu atd. Právě proto se měděné kabely v Číně používají především v podzemním dodávání energie.

5. Materiály pro izolaci kabelů
Během instalace, provozu a údržby fotovoltaické elektrárny se kabel může nacházet v zemi pod půdou, zarostlými kameny, střešní konstrukcí s ostrými hranami vedení nebo může být vystaven vzduchu; kabel je pravděpodobně vystaven různým vnějším vlivům. Pokud není plášť kabelu dostatečně pevný, dojde k poškození izolace kabelu, což zkrátí životnost kabelu nebo způsobí zkraty, požáry a nebezpečí zranění. Výzkumníci a technici v oblasti kabelů zjistili, že materiály zesítěné radiací mají vyšší mechanickou pevnost než před úpravou. Proces zesíťování mění chemickou strukturu polymeru použitého v izolačním materiálu pláště kabelu a přeměňuje tavitelný termoplastický materiál na netavitelný elastomerový materiál. Zesíťování radiací také výrazně zlepšuje tepelné, mechanické a chemické vlastnosti izolace kabelu.

Stejnosměrné obvody jsou během provozu často vystaveny řadě nepříznivých okolností, které vedou k uzemnění a brání správnému fungování systému. Extruze, špatná výroba kabelů, nevhodné izolační materiály, nedostatečný izolační výkon, stárnutí izolace stejnosměrného systému a přítomnost specifických poruch mohou způsobit uzemnění nebo se stát nebezpečím uzemnění. Dále vnější klima, vniknutí drobných zvířat nebo kousnutí způsobí problémy s uzemněním stejnosměrného proudu. V důsledku toho je v tomto scénáři plášť kabelu obvykle opatřen látkou odolnou proti hlodavcům.