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

Posljednjih godina, primjena solarne energije (FN) za proizvodnju električne energije postaje sve raširenija i ubrzano se razvija u procesu izgradnje fotonaponskih elektrana, uz glavnu opremu, kao što su fotonaponski moduli, pretvarači, pojačavajući transformatori, uz podršku povezivanja fotonaponskih kabelskih materijala, ključnu ulogu igra i ukupna profitabilnost fotonaponske elektrane, sigurnost rada i visoka učinkovitost. U nastavku slijedi potpuni pregled uobičajenih kabela i materijala koji se koriste u fotonaponskim elektranama, kao i njihov utjecaj na okoliš.

Prema sustavu fotonaponskih elektrana, kabeli se mogu klasificirati u istosmjerne kabele i izmjenične kabele, te se klasificiraju na sljedeći način na temelju različitih namjena i okruženja upotrebe:

1. DC kabel
(1). Serijski kabeli spajaju 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 kabeli su istosmjerni kabeli koji moraju biti otporni na vlagu, sunce, hladnoću, toplinu i UV zračenje. U nekim slučajevima potrebno je izbjegavati i kiseline, lužine i druge kemijske tvari.

2. AC kabel
(1). Spojite pretvarač na pojačavajući transformator pomoću kabela.
(2). Kabel koji spaja pojačavajući transformator s jedinicom za distribuciju električne energije.
(3). Razvodna jedinica za mrežu ili priključni kabel korisnika.

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

3. Specijalni fotonaponski kabel
Veliki broj istosmjernih kabela mora se instalirati na otvorenom u nepovoljnim vremenskim uvjetima, stoga materijal kabela treba biti otporan na UV zračenje, ozon, ekstremne temperaturne promjene i kemijsku eroziju. Obični materijali kabela koji se koriste u ovom okruženju dulje vrijeme oslabit će plašt kabela, pa čak i otopiti izolacijski sloj. Ovi uvjeti ne samo da će odmah oštetiti kabelski sustav, već će i povećati vjerojatnost kratkog spoja kabela, kao i vjerojatnost požara ili ozljeda radnika u srednjoročnom i dugoročnom razdoblju, značajno smanjujući vijek trajanja sustava.

Stoga je korištenje kabela i komponenti specifičnih za fotonaponske sustave u fotonaponskim elektranama ključno. S kontinuiranim širenjem solarne industrije, tržište za fotonaponske potporne komponente progresivno se razvijalo, a što se tiče kabela, proizveden je niz standarda za specijalizirane fotonaponske kabelske 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 solarni energetski kabel dizajniran u skladu s međunarodnim standardom IEC216, s vanjskim vijekom trajanja koji je 8 puta duži od gumenih kabela i 32 puta duži od PVC kabela. Specijalizirani fotonaponski kabeli 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 temperature izmjerene na krovu mogu doseći 100 do 110 °C.

4. Materijali kabelskih vodiča
DC kabeli se najčešće koriste u solarnim elektranama za dugotrajni rad na otvorenom; međutim, zbog ograničenja zgrade, kabelski spojevi se prvenstveno koriste za konektore. Materijali kabelskih vodiča klasificiraju se u bakrenu jezgru i aluminijsku jezgru. Bakreni kabel ima bolju otpornost na oksidaciju od aluminija, dug vijek trajanja, stabilnost i dobre performanse, mali pad napona i mali gubitak snage; u građevinarstvu, zbog dobre fleksibilnosti bakrene jezgre, dopušteni 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, aluminijski kabel je zbog svojih kemijskih svojstava sklon oksidaciji (elektrokemijskoj reakciji) i posebno puzanju, što može dovesti do kvara.

Kao rezultat toga, bakreni kabeli imaju značajne prednosti u solarnim energetskim sustavima, posebno u području izravne isporuke energije putem podzemnih kabela. Mogu smanjiti broj nesreća, povećati pouzdanost opskrbe energijom, olakšati izgradnju i održavanje i tako dalje. Upravo se zato bakreni kabel u Kini prvenstveno koristi u isporuci energije podzemnim kabelima.

5. Materijali za izolaciju kabela
Tijekom instalacije, rada i održavanja fotonaponske elektrane, kabel može biti u zemlji ispod tla, obraslog kamenja, krovne konstrukcije oštrih rubova ožičenja ili izložen zraku; kabel će vjerojatno pretrpjeti razne vanjske utjecaje. Ako plašt kabela nije dovoljno jak, izolacija kabela će se oštetiti, što će skratiti vijek trajanja kabela ili uzrokovati kratke spojeve, požare i opasnost od ozljeda. Istraživači i tehničari kabela otkrili su da materijali umreženi zračenjem imaju veću mehaničku čvrstoću nego prije tretmana. Proces umrežavanja mijenja kemijsku strukturu polimera koji se koristi u materijalu izolacijskog plašta kabela, pretvarajući topljivi termoplastični materijal u netopljivi elastomerni materijal. Umrežavanje zračenjem također značajno poboljšava toplinska, mehanička i kemijska svojstva izolacije kabela.

Istosmjerni krugovi često su izloženi nizu nepovoljnih okolnosti tijekom rada, što rezultira uzemljenjem i sprječavanjem ispravnog funkcioniranja sustava. Ekstruzija, loša proizvodnja kabela, neadekvatni izolacijski materijali, nedovoljne izolacijske performanse, starenje izolacije istosmjernog sustava i prisutnost specifičnih oštećenja mogu uzrokovati uzemljenje ili postati opasnost od uzemljenja. Nadalje, vanjski klimatski uvjeti, ulazak sitnih životinja ili ugriz rezultirat će problemima s uzemljenjem istosmjerne struje. Kao rezultat toga, u ovom scenariju, plašt kabela općenito je oklopljen tvari otpornom na glodavce.