Wprowadzenie do popularnych przewodów i materiałów stosowanych w elektrowniach fotowoltaicznych

W ostatnich latach wykorzystanie energii słonecznej (PV) do generowania energii staje się coraz bardziej powszechne. Dynamiczny rozwój technologii w procesie budowy elektrowni fotowoltaicznych, oprócz głównego wyposażenia, takiego jak moduły fotowoltaiczne, falowniki i transformatory podwyższające napięcie, wpływa na ogólną rentowność elektrowni fotowoltaicznej, bezpieczeństwo eksploatacji i wysoką sprawność. Poniżej znajduje się pełny przegląd typowych kabli i materiałów stosowanych w elektrowniach fotowoltaicznych, a także ich wpływu na środowisko.

Zgodnie z systemem elektrowni fotowoltaicznych kable można podzielić na kable prądu stałego i kable prądu przemiennego. Na podstawie zróżnicowanych celów i środowisk użytkowania, klasyfikuje się je następująco:

1. Kabel prądu stałego
(1) Kable szeregowe łączą moduły ze sobą.
(2) Pomiędzy stringami a ich stringami i skrzynką rozdzielczą prądu stałego (skrzynką konwergencyjną) poprzez połączenie równoległe.
(3) Podłącz kabel między skrzynką rozdzielczą prądu stałego a falownikiem.

Wymienione powyżej kable to kable prądu stałego, które muszą być odporne na wilgoć, promienie słoneczne, zimno, ciepło i promieniowanie UV. W niektórych przypadkach należy również unikać kwasów, zasad i innych substancji chemicznych.

2. Kabel sieciowy
(1) Podłącz falownik do transformatora podwyższającego napięcie za pomocą kabla.
(2) Kabel łączący transformator podwyższający napięcie z jednostką rozdzielczą energii elektrycznej.
(3) Jednostka rozdzielcza do sieci lub kabla przyłączeniowego użytkownika.

Ta sekcja kabla jest przeznaczona dla kabla obciążenia prądu przemiennego, który jest układany w pomieszczeniu, zgodnie z ogólnymi normami doboru kabla zasilającego.

3. Specjalny kabel fotowoltaiczny
Duża liczba kabli prądu stałego musi być instalowana na zewnątrz w niesprzyjających warunkach atmosferycznych, dlatego materiał, z którego są wykonane, powinien być odporny na promieniowanie UV, ozon, ekstremalne wahania temperatury i erozję chemiczną. Kable wykonane ze zwykłych materiałów, używane w takich warunkach przez dłuższy czas, osłabiają powłokę kabla, a nawet rozpuszczają warstwę izolacyjną. Warunki te nie tylko natychmiast uszkadzają system kablowy, ale także zwiększają ryzyko zwarcia kabla, a w perspektywie średnio- i długoterminowej – pożaru lub obrażeń pracowników, co znacznie skraca żywotność systemu.

Dlatego stosowanie kabli i komponentów dedykowanych do instalacji fotowoltaicznych w elektrowniach fotowoltaicznych ma kluczowe znaczenie. Wraz z ciągłą ekspansją branży fotowoltaicznej, rynek komponentów wspierających instalacje fotowoltaiczne stopniowo się rozwija, a w odniesieniu do kabli opracowano szereg norm dla specjalistycznych produktów kablowych do zastosowań fotowoltaicznych. Niedawno zaprojektowany kabel sieciowany wiązką elektronów, o wytrzymałości na temperaturę 120°C, jest w stanie przetrwać trudne warunki klimatyczne i wstrząsy mechaniczne. Innym przykładem jest kabel RADOX, specjalistyczny kabel do energii słonecznej, zaprojektowany zgodnie z międzynarodową normą IEC216, o żywotności 8 razy większej niż w przypadku kabli gumowych i 32 razy większej niż w przypadku kabli PVC. Specjalistyczne kable i komponenty fotowoltaiczne charakteryzują się doskonałą odpornością na warunki atmosferyczne, promieniowanie UV i erozję ozonową oraz mogą wytrzymać szerszy zakres wahań temperatury. W Europie technicy odkryli, że temperatura mierzona na dachu może sięgać od 100 do 110°C.

4. Materiały przewodzące kable
Kable prądu stałego są najczęściej wykorzystywane w elektrowniach słonecznych do długotrwałej pracy na zewnątrz; jednak ze względu na ograniczenia budowlane, połączenia kablowe są stosowane przede wszystkim do złączy. Materiały przewodzące kable klasyfikuje się jako rdzeń miedziany i rdzeń aluminiowy. Kabel z rdzeniem miedzianym ma lepszą odporność na utlenianie niż kabel aluminiowy, długą żywotność, stabilność i dobre parametry, mały spadek napięcia i małe straty mocy; w budownictwie, ze względu na dobrą elastyczność rdzenia miedzianego, dopuszczalny promień gięcia jest mały, więc łatwo go zginać, łatwa do zużycia rura; i zmęczenie rdzenia miedzianego, wielokrotne zginanie nie jest łatwe do złamania, więc łatwe do łączenia; jednocześnie wytrzymałość mechaniczna rdzenia miedzianego jest wysoka, może Wręcz przeciwnie, kabel z rdzeniem aluminiowym, ze względu na swoje właściwości chemiczne, jest podatny na utlenianie (reakcja elektrochemiczna) i jest szczególnie podatny na zjawiska pełzania, które mogą prowadzić do awarii.

W rezultacie kable miedziane oferują znaczące korzyści w systemach energii słonecznej, szczególnie w obszarze przesyłu energii elektrycznej kablami układanymi bezpośrednio w ziemi. Mogą one zmniejszyć liczbę wypadków, zwiększyć niezawodność zasilania, ułatwić budowę i konserwację itd. Właśnie dlatego kable miedziane są w Chinach wykorzystywane głównie do przesyłu energii kablem podziemnym.

5. Materiały osłon izolacyjnych kabli
Podczas instalacji, eksploatacji i konserwacji elektrowni fotowoltaicznej kabel może znajdować się w ziemi pod ziemią, w zarośniętych skałach, w konstrukcji dachu, w ostrych krawędziach przewodów lub być odsłonięty w powietrzu; kabel jest narażony na różnorodne uderzenia zewnętrzne. Jeśli osłona kabla nie jest wystarczająco wytrzymała, izolacja kabla ulegnie uszkodzeniu, co skróci jego żywotność lub spowoduje zwarcia, pożary i obrażenia. Naukowcy i technicy zajmujący się kablami odkryli, że materiały sieciowane radiacyjnie mają wyższą wytrzymałość mechaniczną niż przed obróbką. Proces sieciowania zmienia strukturę chemiczną polimeru użytego w materiale osłony izolacyjnej kabla, przekształcając topliwy materiał termoplastyczny w nietopliwy materiał elastomerowy. Sieciowanie radiacyjne znacząco poprawia również właściwości termiczne, mechaniczne i chemiczne izolacji kabla.

Obwody prądu stałego są często narażone na szereg niekorzystnych warunków podczas eksploatacji, co prowadzi do uziemienia i uniemożliwia prawidłowe funkcjonowanie systemu. Wyciskanie, słaba produkcja kabli, nieodpowiednie materiały izolacyjne, niewystarczająca wydajność izolacji, starzenie się izolacji systemu prądu stałego oraz obecność określonych uszkodzeń mogą powodować uziemienie lub stanowić zagrożenie dla uziemienia. Ponadto, zewnętrzne warunki klimatyczne, inwazje małych zwierząt lub ugryzienia mogą powodować problemy z uziemieniem prądu stałego. W rezultacie, w takim przypadku osłona kabla jest zazwyczaj zabezpieczona materiałem chroniącym przed gryzoniami.