Johdatus aurinkosähkölaitoksissa käytettyihin suosittuihin johtimiin ja materiaaleihin

Viime vuosina aurinkoenergian (PV) käyttö sähköntuotannossa on yleistynyt ja kehittynyt nopeasti aurinkosähkövoimalaitosten rakennusprosessissa. Päälaitteiden, kuten aurinkopaneelien, invertterien ja tehomuuntajien, lisäksi aurinkosähkökaapelimateriaalien kytkennät vaikuttavat merkittävästi aurinkosähkövoimalaitoksen kokonaiskannattavuuteen ja käyttöturvallisuuteen, olipa kyseessä sitten korkea hyötysuhde. Seuraavassa on täydellinen yleiskatsaus aurinkosähkövoimalaitoksissa käytetyistä yleisistä kaapeleista ja materiaaleista sekä niiden ympäristövaikutuksista.

Aurinkovoimalaitosjärjestelmän mukaan kaapelit voidaan luokitella tasavirtakaapeleihin ja vaihtovirtakaapeleihin, ja ne luokitellaan seuraavasti erilaisten käyttötarkoitusten ja -ympäristöjen perusteella:

1. Tasavirtakaapeli
(1). Sarjakaapelit yhdistävät moduulit moduuleihin.
(2). Sarjojen ja niiden sarjojen sekä tasavirtajakolaatikon (konvergenssilaatikon) välillä rinnakkaiskytkennän kautta.
(3). Kytke kaapeli tasavirtajakolaitteen ja invertterin välille.

Yllä luetellut kaapelit ovat tasavirtakaapeleita, joiden on oltava kosteudenkestäviä, kestäviä auringonvalolle, kylmälle, kuumuudelle ja UV-säteilylle. Joissakin tapauksissa on myös vältettävä happoja, emäksiä ja muita kemikaaleja.

2. Verkkovirtakaapeli
(1). Kytke invertteri jännitteennousumuuntajaan kaapelilla.
(2). Kaapeli, joka yhdistää jännitteennousumuuntajan sähkönjakeluyksikköön.
(3). Sähköverkon tai käyttäjän liitäntäkaapelin jakeluyksikkö.

Tämä kaapelin osa on tarkoitettu vaihtovirtakuormituskaapelille, joka asennetaan sisätiloihin yleisten virtakaapelien valintastandardien mukaisesti.

3. Aurinkosähköinen erikoiskaapeli
Suuri määrä tasavirtakaapeleita on asennettava ulos epäsuotuisissa sääolosuhteissa, joten kaapelimateriaalin tulee kestää UV-säteilyä, otsonia, äärimmäisiä lämpötilan vaihteluita ja kemiallista eroosiota. Tavallisista materiaaleista valmistettujen kaapelien pitkäaikainen käyttö tällaisessa ympäristössä heikentää kaapelin vaippaa ja jopa liuottaa eristyskerroksen. Nämä olosuhteet eivät ainoastaan ​​vahingoita kaapelijärjestelmää välittömästi, vaan ne myös lisäävät kaapelin oikosulun riskiä sekä tulipalojen tai työntekijöiden loukkaantumisten todennäköisyyttä keskipitkällä tai pitkällä aikavälillä, mikä lyhentää järjestelmän käyttöikää merkittävästi.

Siksi aurinkosähköön tarkoitettujen kaapeleiden ja komponenttien käyttö aurinkosähkövoimaloissa on kriittisen tärkeää. Aurinkoenergiateollisuuden jatkuvan laajentumisen myötä aurinkosähköä tukevien komponenttien markkinat ovat vähitellen kasvaneet, ja kaapeleiden osalta on laadittu useita standardeja aurinkosähköalan erikoiskaapeleille. Äskettäin suunniteltu elektronisuihkuverkkokaapeli, jonka lämpötila on 120 ℃, kestää vaativia sääolosuhteita ja mekaanisia iskuja. Toinen esimerkki on RADOX-kaapeli, joka on kansainvälisen standardin IEC216 mukaisesti suunniteltu aurinkoenergiaan tarkoitettu erikoiskaapeli, jonka ulkokäyttöikä on 8 kertaa pidempi kuin kumikaapeleilla ja 32 kertaa pidempi kuin PVC-kaapeleilla. Erikoistuneet aurinkosähkökaapelit ja -komponentit tarjoavat erinomaisen säänkestävyyden, UV- ja otsonin aiheuttaman eroosion kestävyyden ja kestävät laajemman lämpötilanvaihtelualueen. Euroopassa teknikot havaitsivat, että katolla mitatut lämpötilat voivat nousta 100–110 °C:een.

4. Kaapelijohtimien materiaalit
Tasavirtakaapeleita käytetään yleisimmin aurinkovoimaloissa pitkäaikaiseen ulkokäyttöön; rakennusrajoitusten vuoksi kaapeliliitäntöjä käytetään kuitenkin ensisijaisesti liittiminä. Kaapelijohtimien materiaalit luokitellaan kupariytimeen ja alumiiniytimeen. Kupariytimellä on parempi hapettumisenkestävyys kuin alumiinilla, pitkä käyttöikä, vakaus ja suorituskyky, pienet jännitehäviöt ja pienet tehohäviöt; rakentamisessa kupariytimen hyvän joustavuuden ansiosta sallittu taivutussäde on pieni, joten se on helppo taivuttaa ja kuluttaa helposti; ja kupariytimen väsyminen ja toistuva taivutus eivät ole helppoja murtaa, joten se on helppo liittää; samalla kupariytimen mekaaninen lujuus on korkea, eikä sitä voida helposti murtaa. Alumiiniytiminen kaapeli on kemiallisten ominaisuuksiensa vuoksi altis hapettumiselle (sähkökemiallinen reaktio) ja erityisen altis virumisilmiöille, jotka voivat johtaa vikaantumiseen.

Tämän seurauksena kuparikaapeleilla on merkittäviä etuja aurinkoenergiajärjestelmissä, erityisesti suoraan maahan asennettavien kaapelien sähkönjakelussa. Ne voivat vähentää onnettomuuksien määrää, parantaa sähkönsyötön luotettavuutta, helpottaa rakentamista ja kunnossapitoa ja niin edelleen. Juuri tästä syystä kuparikaapelia käytetään pääasiassa maanalaisissa kaapelisähkönjakeluissa Kiinassa.

5. Kaapelin eristysvaipan materiaalit
Aurinkosähkövoimalan asennuksen, käytön ja huollon aikana kaapeli voi olla maassa maan alla, umpeenkasvaneiden kivien alla, kattorakenteiden tai johtojen terävien reunojen välissä tai ilmassa; kaapeli todennäköisesti kestää erilaisia ​​ulkoisia iskuja. Jos kaapelin vaippa ei ole riittävän vahva, kaapelin eristys vaurioituu, mikä lyhentää kaapelin käyttöikää tai aiheuttaa oikosulkuja, tulipaloja ja loukkaantumisvaaroja. Kaapelitutkijat ja -teknikot havaitsivat, että säteilyllä ristisilloitetuilla materiaaleilla on suurempi mekaaninen lujuus kuin ennen käsittelyä. Ristisilloitusprosessi muuttaa kaapelin eristysvaippamateriaalissa käytetyn polymeerin kemiallista rakennetta muuttamalla sulavan termoplastisen materiaalin sulamattomaksi elastomeerimateriaaliksi. Ristisilloittuva säteily parantaa myös merkittävästi kaapelin eristeen lämpö-, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia.

Tasavirtapiirit altistuvat käytön aikana usein erilaisille epäsuotuisille olosuhteille, jotka johtavat maadoittumiseen ja estävät järjestelmän moitteettoman toiminnan. Puristuminen, huono kaapelin valmistus, riittämättömät eristysmateriaalit, riittämätön eristyskyky, tasavirtajärjestelmän eristyksen ikääntyminen ja tietyt vauriot voivat kaikki aiheuttaa maadoituksen tai aiheuttaa maadoitusvaaran. Lisäksi ulkoinen ilmasto, pienten eläinten hyökkäys tai purema voivat kaikki aiheuttaa tasavirtamaadoitusongelmia. Tämän seurauksena kaapelin vaippa on tässä tilanteessa yleensä suojattu jyrsijöiltä suojatulla aineella.