Úvod do populárnych vodičov a materiálov používaných vo fotovoltaických elektrárňach

V posledných rokoch sa využitie solárnej energie (FV) na výrobu elektriny stáva čoraz rozšírenejším a rýchlym rozvojom. V procese výstavby fotovoltaických elektrární sa okrem hlavných zariadení, ako sú fotovoltaické moduly, meniče a zvyšujúce transformátory, okrem podpory pripojenia materiálov fotovoltaických káblov zohráva kľúčovú úlohu v celkovej ziskovosti fotovoltaickej elektrárne, prevádzkovej bezpečnosti a vysokej účinnosti. Nasleduje úplný prehľad bežných káblov a materiálov používaných vo FV elektrárňach, ako aj ich vplyvu na životné prostredie.

Podľa systému fotovoltaických elektrární možno káble rozdeliť na jednosmerné káble a striedavé káble a klasifikovať ich nasledovne na základe rôznych účelov a prostredí použitia:

1. Kábel jednosmerného prúdu
(1). Sériové káble spájajú moduly s modulmi.
(2). Medzi reťazcami a ich reťazcami a rozvodnou skriňou jednosmerného prúdu (zbernou skriňou) prostredníctvom paralelného zapojenia.
(3). Pripojte kábel medzi rozvodnú skrinku jednosmerného prúdu a menič.

Vyššie uvedené káble sú jednosmerné káble, ktoré musia byť odolné voči vlhkosti, slnečnému žiareniu, chladu, teplu a UV žiareniu. V niektorých prípadoch sa treba vyhnúť aj kyselinám, zásadám a iným chemickým látkam.

2. Napájací kábel
(1). Pripojte menič k zvyšujúcemu transformátoru pomocou kábla.
(2). Kábel spájajúci zvyšujúci transformátor s rozvodnou jednotkou elektrickej energie.
(3). Rozvodná jednotka pre sieť alebo pripojovací kábel používateľa.

Táto časť kábla je určená pre kábel striedavého prúdu, ktorý sa kladie vo vnútornom prostredí v súlade so všeobecnými normami pre výber napájacích káblov.

3. Špeciálny fotovoltaický kábel
V nepriaznivých poveternostných podmienkach musí byť vonku inštalovaný veľký počet jednosmerných káblov, preto by mal byť materiál kábla odolný voči UV žiareniu, ozónu, extrémnym teplotným výkyvom a chemickej erózii. Káble z bežných materiálov používané v tomto prostredí dlhší čas oslabia plášť kábla a dokonca rozpustia izolačnú vrstvu. Tieto podmienky nielen okamžite poškodia káblový systém, ale zvýšia aj riziko skratu kábla, ako aj pravdepodobnosť požiaru alebo zranenia pracovníkov v strednodobom až dlhodobom horizonte, čím sa výrazne skráti životnosť systému.

Preto je používanie káblov a komponentov špecifických pre fotovoltaiku vo fotovoltaických elektrárňach kritické. S pokračujúcim rozmachom solárneho priemyslu sa postupne rozvíja trh s fotovoltaickými podpornými komponentmi a pokiaľ ide o káble, bola vytvorená celá škála noriem pre špecializované fotovoltaické káblové výrobky. Nedávno navrhnutý kábel s elektrónovým zosieťovaním, dimenzovaný na 120 ℃, dokáže odolať náročným klimatickým podmienkam a mechanickým nárazom. Ďalším príkladom je kábel RADOX, čo je špecializovaný kábel pre solárnu energiu navrhnutý v súlade s medzinárodnou normou IEC216 s vonkajšou životnosťou, ktorá je 8-krát dlhšia ako u gumových káblov a 32-krát dlhšia ako u PVC káblov. Špecializované fotovoltaické káble a komponenty ponúkajú vynikajúcu odolnosť voči poveternostným vplyvom, odolnosť voči UV žiareniu a ozónovej erózii a dokážu odolať širšiemu rozsahu teplotných zmien. V Európe technici zistili, že teploty namerané na streche môžu dosiahnuť 100 až 110 °C.

4. Materiály káblových vodičov
DC káble sa najčastejšie používajú v solárnych elektrárňach na dlhodobú vonkajšiu prevádzku; avšak kvôli stavebným obmedzeniam sa káblové spoje používajú predovšetkým ako konektory. Materiály káblových vodičov sa delia na medené jadro a hliníkové jadro. Medené jadro má lepšiu odolnosť voči oxidácii ako hliník, dlhú životnosť, dobrú stabilitu a výkon, malý pokles napätia a malé straty výkonu; v stavebníctve je vďaka dobrej flexibilite medeného jadra povolený polomer ohybu malý, takže sa ľahko ohýba a ľahko sa opotrebováva; a medené jadro sa pri opakovanom ohýbaní ľahko neláme, takže sa ľahko spája; zároveň je mechanická pevnosť medeného jadra vysoká. Naopak, hliníkové jadro je kvôli svojim chemickým vlastnostiam náchylné na oxidáciu (elektrochemická reakcia) a je obzvlášť náchylné na tečenie, čo môže viesť k poruche.

V dôsledku toho majú medené káble významné výhody v solárnych systémoch, najmä v oblasti priameho napájania káblami uloženými do zeme. Môžu znížiť počet nehôd, zvýšiť spoľahlivosť napájania, uľahčiť výstavbu a údržbu atď. Práve preto sa medené káble v Číne používajú predovšetkým v podzemnom napájaní káblami.

5. Materiály na izoláciu káblov
Počas inštalácie, prevádzky a údržby fotovoltaickej elektrárne sa kábel môže nachádzať v zemi pod pôdou, zarastenými skalami, strešnou konštrukciou s ostrými hranami vedenia alebo vystavený vzduchu; kábel je pravdepodobne vystavený rôznym vonkajším vplyvom. Ak plášť kábla nie je dostatočne pevný, izolácia kábla sa poškodí, čím sa skráti životnosť kábla alebo dôjde k skratom, požiarom a riziku zranenia. Výskumníci a technici v oblasti káblov zistili, že materiály zosieťované žiarením majú vyššiu mechanickú pevnosť ako pred úpravou. Proces zosieťovania mení chemickú štruktúru polyméru použitého v izolačnom materiáli plášťa kábla, čím sa premieňa taviteľný termoplastický materiál na netaviteľný elastomérový materiál. Zosieťovanie žiarením tiež výrazne zlepšuje tepelné, mechanické a chemické vlastnosti izolácie kábla.

Jednosmerné obvody sú počas prevádzky často vystavené rôznym nepriaznivým okolnostiam, ktoré vedú k uzemneniu a bránia správnemu fungovaniu systému. Extrúzia, zlá výroba káblov, nedostatočné izolačné materiály, nedostatočný izolačný výkon, starnutie izolácie jednosmerného systému a prítomnosť špecifických poškodení môžu spôsobiť uzemnenie alebo sa stať nebezpečenstvom uzemnenia. Okrem toho vonkajšie poveternostné podmienky, vniknutie malých zvierat alebo uhryznutie spôsobia problémy s uzemnením jednosmerného prúdu. V dôsledku toho je v tomto scenári plášť kábla zvyčajne pancierovaný látkou odolnou voči hlodavcom.