Naast de belangrijkste apparatuur, zoals fotovoltaïsche modules, omvormers en opstaptransformatoren die de aansluiting van de fotovoltaïsche kabels op de zonne-energiecentrale mogelijk maken, spelen ook de algehele winstgevendheid, de bedrijfszekerheid en de efficiëntie een belangrijke rol.
De laatste jaren neemt de toepassing van zonne-energie (PV) steeds meer toe en ontwikkelt zich snel. Bij de bouw van fotovoltaïsche energiecentrales spelen, naast de belangrijkste apparatuur zoals zonnepanelen, omvormers en step-up transformatoren, ook de ondersteunende kabelmaterialen een cruciale rol in de algehele winstgevendheid, operationele veiligheid en efficiëntie van de centrale. Hieronder volgt een volledig overzicht van de meest gebruikte kabels en materialen in PV-energiecentrales, evenals hun impact op het milieu.
De laatste jaren neemt de toepassing van zonne-energie (PV) steeds meer toe en ontwikkelt zich snel. Bij de bouw van fotovoltaïsche energiecentrales spelen, naast de belangrijkste apparatuur zoals zonnepanelen, omvormers en step-up transformatoren, ook de ondersteunende kabelmaterialen een cruciale rol in de algehele winstgevendheid, operationele veiligheid en efficiëntie van de centrale. Hieronder volgt een volledig overzicht van de meest gebruikte kabels en materialen in PV-energiecentrales, evenals hun impact op het milieu.
Volgens het systeem van PV-energiecentrales kunnen kabels worden onderverdeeld in gelijkstroomkabels (DC-kabels) en wisselstroomkabels (AC-kabels). Deze worden als volgt geclassificeerd op basis van hun verschillende doeleinden en gebruiksomgevingen:
1. DC-kabel
(1). Seriekabels verbinden modules met modules.
(2). Tussen de snaren en hun snaren en de DC-verdeelkast (convergentiekast) via de parallelle verbinding.
(3). Sluit een kabel aan tussen de DC-verdeelkast en de omvormer.
De hierboven genoemde kabels zijn gelijkstroomkabels (DC-kabels). Deze moeten vochtbestendig zijn en bestand tegen zonlicht, kou, hitte en UV-straling. In sommige gevallen moeten ook zuren, basen en andere chemische stoffen worden vermeden.
2. AC-kabel
(1). Sluit de omvormer met de kabel aan op de opstaptransformator.
(2). De kabel die de opwaartse transformator verbindt met de elektriciteitsdistributie-eenheid.
(3). Distributie-eenheid voor het net of de aansluitkabel van de gebruiker.
Dit gedeelte van de kabel is bestemd voor de wisselstroombelasting, die binnenshuis wordt gelegd volgens de algemene normen voor de selectie van stroomkabels.
3. Speciale kabel voor fotovoltaïsche cellen
Een groot aantal gelijkstroomkabels moet buiten worden geïnstalleerd onder ongunstige weersomstandigheden. Daarom moet het kabelmateriaal bestand zijn tegen UV-straling, ozon, extreme temperatuurschommelingen en chemische corrosie. Kabels van gewoon materiaal die gedurende langere tijd in deze omgeving worden gebruikt, zullen de kabelmantel verzwakken en zelfs de isolatielaag oplossen. Deze omstandigheden beschadigen niet alleen direct het kabelsysteem, maar verhogen ook de kans op kortsluiting, brand of letsel bij werknemers op de middellange tot lange termijn, waardoor de levensduur van het systeem aanzienlijk wordt verkort.
Het gebruik van PV-specifieke kabels en componenten in PV-energiecentrales is daarom cruciaal. Met de voortdurende groei van de zonne-energiesector is de markt voor ondersteunende componenten voor fotovoltaïsche systemen gestaag gegroeid. Wat kabels betreft, zijn er diverse normen ontwikkeld voor gespecialiseerde fotovoltaïsche kabels. Recent ontwikkelde kabels met elektronenbundelvernetting, geschikt voor temperaturen tot 120 °C, kunnen zware klimatologische omstandigheden en mechanische schokken weerstaan. Een ander voorbeeld is de RADOX-kabel, een gespecialiseerde zonne-energiekabel die is ontworpen volgens de internationale norm IEC216 en een levensduur buitenshuis heeft die 8 keer langer is dan die van rubberkabels en 32 keer langer dan die van PVC-kabels. Gespecialiseerde fotovoltaïsche kabels en componenten bieden superieure weerbestendigheid, UV- en ozonbestendigheid en kunnen een breder temperatuurbereik aan. In Europa hebben technici vastgesteld dat de temperaturen op daken kunnen oplopen tot 100 à 110 °C.
4. Kabelgeleidermaterialen
DC-kabels worden het meest gebruikt in zonne-energiecentrales voor langdurig gebruik buitenshuis; vanwege bouwkundige beperkingen worden kabelverbindingen echter voornamelijk gebruikt voor connectoren. Kabelgeleiders worden onderverdeeld in koperen en aluminium kernen. Koperen kabels hebben een betere oxidatieweerstand dan aluminium kabels, een lange levensduur, stabiliteit en goede prestaties, een lage spanningsval en een laag vermogensverlies. Door de goede flexibiliteit van de koperen kern is de toegestane buigradius klein, waardoor de kabel gemakkelijk te buigen is en minder snel slijt. Bovendien is de koperen kern bestand tegen vermoeiing en breekt deze niet snel bij herhaaldelijk buigen, waardoor de verbinding eenvoudig is. Tegelijkertijd heeft de koperen kern een hoge mechanische sterkte. Aluminium kabels daarentegen zijn door hun chemische eigenschappen gevoelig voor oxidatie (elektrochemische reactie) en vooral voor kruipverschijnselen, wat tot storingen kan leiden.
Als gevolg hiervan bieden koperkabels aanzienlijke voordelen in zonne-energiesystemen, met name bij de aanleg van ondergrondse stroomkabels. Ze kunnen het aantal storingen verminderen, de betrouwbaarheid van de stroomvoorziening verhogen, de aanleg en het onderhoud vereenvoudigen, enzovoort. Dit is precies de reden waarom koperkabels in China voornamelijk worden gebruikt voor ondergrondse stroomvoorziening.
5. Isolatiematerialen voor kabelmantels
Tijdens de installatie, exploitatie en het onderhoud van een fotovoltaïsche energiecentrale kan de kabel zich in de grond bevinden, tussen begroeide rotsen, in de dakconstructie, tussen scherpe randen van de bedrading of in de lucht. De kabel wordt dus blootgesteld aan diverse externe invloeden. Als de kabelmantel onvoldoende sterk is, raakt de kabelisolatie beschadigd, waardoor de levensduur van de kabel wordt verkort of kortsluiting, brand en letsel kunnen ontstaan. Kabelonderzoekers en -technici hebben ontdekt dat materialen die door bestraling zijn gecrosslinkt, een hogere mechanische sterkte hebben dan vóór de behandeling. Het crosslinkingproces verandert de chemische structuur van het polymeer dat in het isolatiemateriaal van de kabelmantel wordt gebruikt, waardoor het smeltbare thermoplastische materiaal wordt omgezet in een niet-smeltbaar elastomeer. Crosslinking door bestraling verbetert ook de thermische, mechanische en chemische eigenschappen van de kabelisolatie aanzienlijk.
Gelijkstroomcircuits worden tijdens gebruik vaak blootgesteld aan diverse ongunstige omstandigheden, wat kan leiden tot aarding en een slechte werking van het systeem. Extrusie, slechte kabelproductie, ontoereikende isolatiematerialen, onvoldoende isolatieprestaties, veroudering van de isolatie van het gelijkstroomsysteem en de aanwezigheid van specifieke beschadigingen kunnen allemaal aardingsproblemen veroorzaken of een aardingsgevaar opleveren. Bovendien kunnen klimaatinvloeden, het binnendringen van kleine dieren of beten leiden tot aardingsproblemen bij gelijkstroomcircuits. Daarom wordt de kabelmantel in dergelijke gevallen doorgaans voorzien van een knaagdierbestendige coating.
