مقدمه‌ای بر سیم‌ها و مواد رایج مورد استفاده در تأسیسات برق فتوولتائیک

در سال‌های اخیر، کاربرد تولید برق از انرژی خورشیدی (PV) به طور فزاینده‌ای گسترش یافته است، توسعه سریع، در فرآیند ساخت نیروگاه‌های فتوولتائیک، علاوه بر تجهیزات اصلی، مانند ماژول‌های فتوولتائیک، اینورترها، ترانسفورماتورهای افزاینده، علاوه بر پشتیبانی از اتصال مواد کابل فتوولتائیک، بر سودآوری کلی نیروگاه فتوولتائیک، ایمنی عملیاتی، چه با راندمان بالا، نیز نقش حیاتی ایفا می‌کند. در ادامه مروری کامل بر کابل‌ها و مواد رایج مورد استفاده در نیروگاه‌های فتوولتائیک و همچنین تأثیر آنها بر محیط زیست ارائه شده است.

طبق سیستم نیروگاه‌های فتوولتائیک، کابل‌ها را می‌توان به کابل‌های DC و کابل‌های AC طبقه‌بندی کرد و بر اساس اهداف و محیط‌های مختلف استفاده، به شرح زیر طبقه‌بندی می‌شوند:

۱. کابل جریان مستقیم
(1). کابل‌های سری، ماژول‌ها را به ماژول‌ها متصل می‌کنند.
(2). بین رشته‌ها و رشته‌های آنها و جعبه توزیع DC (جعبه همگرایی) از طریق اتصال موازی.
(3). یک کابل بین جعبه توزیع DC و اینورتر وصل کنید.

کابل‌های ذکر شده در بالا کابل‌های DC هستند که باید ضد رطوبت، مقاوم در برابر نور خورشید، سرما، گرما و اشعه ماوراء بنفش باشند. در برخی موارد، باید از اسید، قلیا و سایر مواد شیمیایی نیز اجتناب شود.

۲. کابل برق متناوب
(1). اینورتر را با استفاده از کابل به ترانسفورماتور افزاینده وصل کنید.
(2). کابلی که ترانسفورماتور افزاینده را به واحد توزیع برق متصل می‌کند.
(3). واحد توزیع برای شبکه یا کابل اتصال کاربر.

این بخش از کابل برای کابل بار AC است که مطابق با استانداردهای کلی انتخاب کابل برق، در محیط داخلی قرار می‌گیرد.

۳. کابل مخصوص فتوولتائیک
تعداد زیادی کابل DC باید در شرایط نامساعد آب و هوایی در فضای باز نصب شوند، بنابراین جنس کابل باید در برابر اشعه ماوراء بنفش، ازن، تغییرات شدید دما و فرسایش شیمیایی مقاوم باشد. کابل‌های معمولی که برای مدت طولانی در این محیط استفاده می‌شوند، غلاف کابل را تضعیف کرده و حتی لایه عایق را حل می‌کنند. این شرایط نه تنها بلافاصله به سیستم کابل آسیب می‌رساند، بلکه احتمال اتصال کوتاه کابل و همچنین احتمال آتش‌سوزی یا آسیب دیدگی کارگران را در میان مدت تا بلند مدت افزایش می‌دهد و عمر مفید سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

بنابراین، استفاده از کابل‌ها و قطعات مخصوص PV در نیروگاه‌های PV بسیار مهم است. با گسترش مداوم صنعت خورشیدی، بازار قطعات پشتیبان فتوولتائیک به تدریج ظهور کرده است و در زمینه کابل‌ها، طیف وسیعی از استانداردها برای کالاهای کابلی تخصصی فتوولتائیک ایجاد شده است. کابل اتصال عرضی پرتو الکترونی که اخیراً طراحی شده است، با دمای 120 درجه سانتیگراد، می‌تواند در شرایط سخت آب و هوایی و شوک مکانیکی دوام بیاورد. نمونه دیگر کابل RADOX است که یک کابل تخصصی انرژی خورشیدی است که مطابق با استاندارد بین‌المللی IEC216 طراحی شده است و عمر مفید آن در فضای باز 8 برابر کابل‌های لاستیکی و 32 برابر کابل‌های PVC است. کابل‌ها و قطعات تخصصی فتوولتائیک مقاومت آب و هوایی برتر، مقاومت در برابر فرسایش UV و ازن را ارائه می‌دهند و می‌توانند طیف وسیع‌تری از تغییرات دما را تحمل کنند. در اروپا، تکنسین‌ها کشف کردند که سطح دمای اندازه‌گیری شده روی پشت بام می‌تواند به 100 تا 110 درجه سانتیگراد برسد.

۴. مواد هادی کابل
کابل‌های DC معمولاً در نیروگاه‌های خورشیدی برای عملیات طولانی مدت در فضای باز استفاده می‌شوند. با این حال، به دلیل محدودیت‌های ساختمانی، اتصالات کابل در درجه اول برای کانکتورها استفاده می‌شوند. مواد هادی کابل به هسته مسی و هسته آلومینیومی طبقه‌بندی می‌شوند. کابل هسته مسی مقاومت اکسیداسیون بهتری نسبت به آلومینیوم، عمر طولانی، پایداری و عملکرد خوب، افت ولتاژ کم و تلفات توان کم دارد. در ساخت و ساز، به دلیل انعطاف‌پذیری خوب هسته مسی، شعاع خمش مجاز کوچک است، بنابراین خم شدن آسان است، لوله به راحتی ساییده می‌شود. و خستگی هسته مسی، خم شدن مکرر به راحتی نمی‌شکند، بنابراین اتصال آسان است. در عین حال، مقاومت مکانیکی هسته مسی بالا است، می‌تواند. در مقابل، کابل هسته آلومینیومی به دلیل ویژگی‌های شیمیایی خود، مستعد اکسیداسیون (واکنش الکتروشیمیایی) است و به ویژه مستعد پدیده خزش است که می‌تواند منجر به خرابی شود.

در نتیجه، کابل‌های مسی مزایای قابل توجهی در سیستم‌های انرژی خورشیدی، به ویژه در زمینه انتقال مستقیم برق از طریق کابل‌های دفنی، دارند. این کابل‌ها می‌توانند تعداد حوادث را کاهش دهند، قابلیت اطمینان منبع تغذیه را افزایش دهند، ساخت و نگهداری را آسان‌تر کنند و غیره. دقیقاً به همین دلیل است که کابل مسی در درجه اول در انتقال برق از طریق کابل‌های زیرزمینی در چین استفاده می‌شود.

۵. مواد غلاف عایق کابل
در طول نصب، بهره‌برداری و نگهداری یک نیروگاه فتوولتائیک، کابل ممکن است در زیر خاک، سنگ‌های رشد یافته، ساختار سقف لبه‌های تیز سیم‌کشی یا در معرض هوا باشد؛ کابل احتمالاً انواع مختلفی از اثرات خارجی را تحمل می‌کند. اگر روکش کابل به اندازه کافی قوی نباشد، عایق کابل آسیب خواهد دید و در نتیجه عمر کابل کوتاه می‌شود یا باعث اتصال کوتاه، آتش‌سوزی و خطرات آسیب می‌شود. محققان و تکنسین‌های کابل کشف کردند که موادی که با تابش پیوند عرضی پیدا می‌کنند، مقاومت مکانیکی بالاتری نسبت به قبل از عملیات دارند. فرآیند پیوند عرضی، ساختار شیمیایی پلیمر مورد استفاده در ماده روکش عایق کابل را تغییر می‌دهد و ماده ترموپلاستیک ذوب‌شونده را به یک ماده الاستومر غیر ذوب‌شونده تبدیل می‌کند. پیوند عرضی تابشی همچنین خواص حرارتی، مکانیکی و شیمیایی عایق کابل را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

مدارهای جریان مستقیم (DC) اغلب در طول عملیات در معرض طیف وسیعی از شرایط نامطلوب قرار می‌گیرند که منجر به اتصال به زمین و جلوگیری از عملکرد صحیح سیستم می‌شود. بیرون‌زدگی، تولید کابل ضعیف، مواد عایق ناکافی، عملکرد ناکافی عایق، فرسودگی عایق سیستم جریان مستقیم (DC) و وجود خطاهای آسیب‌دیده خاص، همگی می‌توانند باعث اتصال به زمین یا خطر اتصال به زمین شوند. علاوه بر این، آب و هوای خارجی، حمله حیوانات کوچک یا گاز گرفتن، همگی منجر به مشکلات اتصال به زمین جریان مستقیم می‌شوند. در نتیجه، در این سناریو، غلاف کابل معمولاً با ماده‌ای ضد جونده زره‌پوش می‌شود.